基于单片机与GPRS的定位导盲系统设计

基于单片机与GPRS的定位导盲系统设计

李学春,张美玲,崔雨婷,宋艳梅,王世俊

黑龙江省，哈尔滨市，哈尔滨石油学院，邮编：150000

摘要：在日常生活中，盲人因为生理缺陷失去了视觉效果功能，所以盲人朋友在日常生活中，有很多不方便的地方。因此，经过社会的调研，设计出一种基于单片机和GPRS的定位导盲系统能够为盲人带来很多的便利，例如:可以定位等功能，同时还可以组合超声波避障功能，NFC功能等，能够大幅度的帮助盲人朋友出行。NfC处理芯片，它可以使盲人朋友出行更加便捷，当手机触到芯片，就会弹出来防疫健康码，还可以根据对使用人开展测量人体体温，假如人体体温发生正常的，就可以通过GPS模块和GPRS控制模块开展精准定位，及其向指定手机上发送体温情况和求救信息。

关键词：单片机；GPRS；导盲系统

0引言

随着社会的快速发展，盲人朋友的出行会遇到很多的未知的风险，例如：在路上进行移动的时候前方出现了行人，或者其他影响出行的障碍物，由于不能及时注意到障碍物而发生安全事故的可能性比较大，在过道时，人潮汹涌，难以被非常好的兼顾到，进而非常容易和人产生磨擦或产生矛盾，如在光源昏暗街道社区走动及其在夜间时出行，可能难以被大家立即注意到，就很容易造成安全事故。该产品目的是为了协助盲人进行社会活动，搭配机器能大幅处理所存在问题，同时在疫情防控期间，配备NFC芯片能协助盲人弹出自己的信息，帮如进出公共场合，若配戴者不幸感染病毒，能过通过轨迹记录得知当天所经过的所有地点，能够及时得发现展开流动调查，进行精准防控，降低病毒性感的危害性。

1 系统硬件设计

1.1 系统结构设计

系统软件关键硬件配置包含STM32单片机设计外场电路，GPS联接电路，开关电源电路，功能键电路、超音波避障模块, GPRS模块、温度测量模块、NFC为独立载入的模块。多个模块模块的连动，为配戴该产品的盲人给予最大的一个便捷。系统软件结构框图如下图1-1所显示。

图1-1 导盲系统结构图

系统开始运行后，超声波避障模块就会开始检验前方的障碍物，若前方有障碍物，就会通过蜂鸣器报警，同时搭配定位轨迹模块，后台设置app，当盲人朋友在路上出现意外时，可以随时通过仪器上的呼救按钮进行呼救，系统则会通过GPRS模块进行发送短信，当家人收到呼救短信时，可以马上打开app，随时查看盲人朋友所在得具体位置。当盲人朋友体温发生异常时，测温模块可以马上检测到，随后通过GPRS模块进行短信的发送，若是疫情，可以马上查看app内的轨迹功能，查看盲人朋友一天的去向，搭载nfc芯片，盲人朋友不能随时提供各种所需要的信息，nfc可以通过工作人员手机的触碰，可以跳转出所需要的信息，同时也可作为门禁卡使用。

1.2 GPS模块电路设计

针对导盲全面的GPS模块电路来设计，通常采用的2种方式供电系统，完成全导航栏精密度。在此次设计之中，我们自己的GPS系统能同时追踪12卫星，并且能快速地开展精准定位，精准度减少到15米以内。插上电源以后，最先GPS开始自查，而且导出自查得到的结果，查验完成后开始通讯卫星检验及其追踪，全过程全是自动。关键GPRS模块的功效要在忙人出事故或者设备故障时，可以向有关手机推送应急信息，并且能够把盲人的运动轨迹上传至云空间开展纪录。

1.3 超声波测距模块设计

超声波测距原理，超声波是一种频率比较高的声音,指向性强.超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离，HC-SR04模块中STC11是一款STC单片机（STC单片机的一个系列，而不是一个具体的单片机型号），P65/P64接口外接4MHz的晶振电路，P63口接复位电路，STC11的作用是根据收到的发送信号TRIG，发送一端40kHZ波形给MAX232；还有个作用是根据接收到的超声波波形，返回一段ECHO信号。MAX232芯片起电平转换的作用，因为STC11单片机在P51/P52口输出的波形是TTL。为了使HC-SR04模块的测距变宽，MAX232对40KHZ的信号进行电平转换，功率放大。TL074为四路低噪声输入运算放大器。其作用为对接收到的超声波电压信号进行信号放大、滤波、电压比较等。本次选用的超声波传感器为HC-SR04传感器

1.4 测温模块设计

本次设计测温模块采用DS1820 ，它数字温度计以 9 位数字量的形式反映器件的温度值。DS1820 通过一个单线接口发送或收信息，因此在中央微处理器和 DS1820 之间仅需一条连接线（加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。因为每个 DS1820 都有一个独特的片序列号，所以多只 DS1820 可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。测温模块如果发现温度异常，会立即通过GPRS模块把体温发送到指定的手机中，从而引起家人注意。

1.5 NFC感应模块设计

针对NFC磁感应模块而言，是在双方接近的情况下去有关的数据传输，通过网络技术的应用处理芯片上设定传感器及其追线通讯的功效开展数据传输，针对NFC的应用有许多，能够进行付款，还可以进行报案。在此次的设计之中，我们应该应用NFC的配备基本功能，例如能通过门禁系统、付款，为智障人士给予许多便捷。

1.6定位与轨迹设计

本设计的定位与轨迹模块，其中搭载了GPS模块以及保持与手机app连接d的GM模块，在使用过程中，当设备开机时，可以在模块内置的app中看到目前所在的位置，同时显示出手机端与设备的距离，以及模块具体位置的名称，本模块还可以非常精准的进行轨迹的记录，大幅度的保证了盲人朋友出行的安全性。

2主程序设计

本设计方案共输入和输出两个方面，输入模块包含超声检测和定位，输出模块包含报警和GPRS短信收取。超声波模块检测出阻碍物后，把信息的传递给单片机设计，然后由单片机设计分析辨别能否报警，当盲人体温出现异常或者发生危险状况，家人手机可以接到消息，并且及时打开app查看位置信息。

3 结论

本产品当盲人使用我们的产品，通过超声波避障功能，配合上语音导航的语音功能，可以为盲人辨别道路，也可以为盲人引路让盲人安全的走路，若有车辆过来，会提示盲人暂停通过，NFC等功能为盲人提供便利，若发生突发事故，即可通过GPRS功能及时向特定手机发送紧急消息。

参考文献:

[1]孟卓. 基于STC89 C52单片机的导盲系统设计[J]. 陕西能源职业技术学院学报, 2019.

[2]陈林, 陈金松, 沈俊艺,等. GPS定位智能导盲系统[J]. 数字技术与应用, 2017, 000(003):P.192-193.

[3]薛晶晶, 周旭, 董宇欣,等. 基于STC89C52的超声波导盲系统设计[J]. 物联网技术, 2019, 9(9):4.

[4]杨洋. 基于GPS\\GPRS\\RFID的导盲机器人室外导航系统关键技术研究[D]. 江苏科技大学.

该论文源于黑龙江省大学生创新创业项目  编号：202213299040