基于单片机的多功能智能拐杖设计.docxVIP

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基于单片机的多功能智能拐杖设计

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摘要：现如今，我国的老龄化发展越来越快，我国的老年人无论在记忆力减退、腿脚不便、盲人视力等等都会导致生活不便等问题，文中设计了一款多功能智能拐杖，能够为老年人和盲人提供行走支撑、实时监控、及时求救、障碍物报警、告知使用者当前的方位和时间、紧急情况下向家人求助等功能。该拐杖符合老年人和盲人的生活需求，有助于安全出行，保障他们的人身安全。

关键词：智能拐杖；GSM通信；语音识别；GPS定位；单片机；安全出行

引言

本文介绍的一种多功能智能盲人拐杖的实现方法，这种多功能智能盲人拐杖应用了GPS、语音功能、超声波、线性传感器以及APP等新技术，能够实现对前方障碍物实时探知报警、位置等信息的语音提示等功能。GPS功能和语音功能可规划出行的路线，引导盲人到达目的地。超声波探测障碍物，保障盲人的安全。线性传感器的伸缩功能，方便盲人上下楼梯；求救功能，可在紧急情况下发送求救信号。该多功能智能盲人拐杖以AT89S51单片机为核心，采用低成本、高精度、微型化硬件和软件相结合的设计方法，其设计和实现方法如下。

1概述

21世纪的中国各地人口老龄化现象日益明显，外出出行及运动是新世纪老年人的生活理念，但另一方面摔倒也是老年人经常发生的意外，严重影响了老人的身心健康。考虑到老年人对拐杖的需求，设计了一款基于STM32单片机控制的集环境信息显示、语音识别、短信报警、GPS定位等功能于一体的智能拐杖系统，能够实时监护使用者的行走状态及周边情况，综合采集信息进行多方面显示。系统可适用于居民小区或社会福利站等小型社区的老年人群体，并可以进行功能扩展，应用到单独个体使用，达到应用到日常生活中的作用。

2系统硬件设计

1）超声波测距模块超声波测距模块的工作原理是使用超声波发射模块发射超声波，当确定发射模块已经开始工作时，利用软件进行计时，当超声波接收模块收到超声波在空气中碰到障碍物返回来的反射波后，程序便立刻停止计时，这样就可以得到发射超声波和接收回波的时间差△t，将空气中超声波的传播速度设为v，然后利用S=v·△t/2，就能够计算出超声波模块发射点距障碍物的距离S，即时间差测距法。设计中，当测距按键被按下后，启动超声波测距模块，该模块可实时检测前方障碍距离，当前方障碍小于30cm时，语音播报“前方有障碍”，从而帮助使用者避开障碍。2）单片机模块单片机模块为核心模块，采用AT89S51单片机芯片来控制其他模块的运行。AT89S51是一个低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。3）语音识别模块选用LD3320模块。系统主控上电后首先进行各项初始化，经过初始化后SD卡文件系统会在SD卡中寻找sys－tem.ini配置文件，将里面的字段进行拆分后提取，送给LD3320相关寄存器，随后把关键字句列表和长度信息传送给LD3320并启动识别过程，当识别成功后串口会发出响应的返回值参数，并且按照用户需求可以指定需要解码的音频文件，经过LD3320进行MP3文件解码输出。4）障碍物报警模块该模块使用超声波测距，利用发射器发射超声波，同时单片机开始计时，当超声波接收器接收到障碍物反射的回波后，单片机停止计时。这段时间为Δt，将空气中超声波的传播速度设为v，利用s=v×Δt，就能够计算出超声波模块发射点距障碍物的距离s。该模块可实时检测距前方障碍物的距离，当测量值小于程序中设定的安全距离时，系统会语音提示使用者。5）电子罗盘指南模块地磁场可以被看作是一个矢量，它对于一个固定的地点来说可以被分解为两个分量，分别是垂直于当地水平面分量和平行于当地水平面的分量。若放置罗盘的位置和当地的水平面平行，那么水平方向的两个分量的矢量和总是指向磁北的。将磁北和当前方向的夹角定义为电子罗盘的航向角，当水平放置电子罗盘时，航向角可以通过磁力计水平方向两轴的检测数据来计算，并且航向角的变化范围为0~360度。设计中，为了帮助使用者能够更好地辨识方向，使用了HMC5883L数字罗盘对方向进行识别。当方向辨别按键被按下后，可通过语音对使用者的当前方位进行播报。

3系统软件设计

软件设计采用模块化思想，正常情况下，系统处于待机状态。当使用者需要帮助时，可以按下所需服务的按键，微处理器会对按键状态进行实时检测并进行处理，然后启动相应的模块，完成要求的功能。障碍检测按键被按下时，微处理器向超声波模块RX引脚发送1