基于单片机的盲人定位避障装置.doc

桂林理工大学本科毕业设计论文摘 要针对盲人无法确定自己所在的位置以及在行走过程中无法判断前方是否存在障碍物的问题，本文设计了一种新型的基于单片机的盲人定位避障装置，并且该系统带有语音提醒功能。本方案主要采用GPS模块来获取定位信息以及通过超声波传感器模块来确定前方是否存在障碍物。若盲人想知道自己所在的位置，只需要轻轻按一下该装置预设按键，该装置就会把位置信息通过语音的形式告诉盲人。另外，若探测到前方有障碍物存在，语音模块就会发出提醒语音。此装置简单实用且便携，在很大程度上解决了盲人行走中所遇到的安全问题。关键字：单片机；GPS模块；超声波测距；语音提醒。Positioning and Obstacle Avoidance Device based on Single Chip for the BlindStudent: HUANG Zi-he Teacher: YANG Xiao-feiAbstract: In view of the problem that the blind cant determine their location and cant understand whether there are obstacles in front during walking ，a new Positioning and Obstacle Avoidance Device was designed，which is based on single chip. In addition，it has the function of voice-reminding. The program is mainly use GPS module to obtain location information as well as use the ultrasonic sensor module to determine whether there is an obstacle ahead. If blind people want to know their location, only need to gently press the default button for the device, the device will be the location information in the form of voice to tell the blind. In addition, if detect the presence of obstacles in front of the blind, the voice module will send out reminders voice. This device is simple and practical and portable, to a large extent solve the security issues associated with blind walking.Key words: Single Chip; GPS module; Ultrasonic Ranging; Voice alert目 次摘 要IAbstractII1绪论11.1本课题的意义和目的11.2本课题的技术条件12系统原理32.1系统框图32.2系统概述33主要功能模块性能参数43.1CPU性能参数43.2GPS模块性能参数43.3超声波模块性能参数53.4语音芯片性能参数64系统硬件设计74.1单片机最小系统设计74.1.1电源电路74.1.2复位电路74.1.3时钟电路84.1.4输入输出电路94.1.5EA/VPP（31 脚） 的功能和接法94.2GPS模块电路设计104.3超声波模块电路设计114.4ISD1760语音芯片电路设计124.4.1引脚功能说明124.4.2ISD1760 典型应用电路155软件设计及调试175.1主要软件框图175.2软件系统概述175.3GPS模块程序设计及说明185.3.1NEMA0183格式185.3.2本设计的主要思想195.4超声波模块程序设计与验证205.4.1超声波发射接收的基本原理205.5ISD1760语言芯片的程序设计与验证215.5.1微机接口215.5.2SPI 协议总述215.5.3SPI 命令与程序设计216实验结果分析与展望236.1实验结果与分析236.2展望23致 谢25参考文献26附录127附录228281 绪论1.1 本课题的意义和目的根据世界卫生组织的调查报告显示，全球大约有盲人4000万到4500万，这其中还没有包括低视力者，根据调查发现，低视力者是盲人的3倍，即全球约有14亿低视力者。对于有些低视力者，利用手术及屈光矫正技术可以恢复视力；有些低视力者则不能回复视力，对这部份人来说，最好的办法就是加强眼保健，防止视力再度下降，另外可以利用科学设备来提高视力，例如可以佩戴助视眼镜后者是视觉康复仪等。对于我国盲人数量的情况并不乐观，根据国家权威部门调查显示，我国是全球盲人对多的国家，盲人数量达到550万，低视力者到达750万，这样一来，我国视力残疾患者占到了全世界视力残疾患者人口的18%。而且我国盲人人口以每年45万的速度增长，防治防盲的情形不容乐观。由于生理上的缺陷，给盲人的生活和工作带了很大的不便，如何安全出行和如何确定自己所在的地方是盲人在生活中所遇到的最大问题。一直以来，盲人都是靠拐杖来探路，使用振铃来提醒路人注意。随着科技的发展，越来越多人关注盲人的生活，为此盲人电子眼镜、无线电红外线、导盲机器人等现代化导盲手段正逐步走进盲人的生。这些导盲工具的出现增强了盲人的行走能力，提高了盲人的生活质量。但传统的盲人导航工具在使用中有很大的局限性，在以往的设计中，常常是使用红外线探测障碍物的存在与否来给盲人导航，但在实际应用中，红外干扰源较多；而在有反射光的情况下，有与光线的干扰，很容易判断失误，出现虚警。本课题设计了一种新型的基于单片机控制的盲人定位避障装置，且该装置带有语音提醒功能。本方案通过超声波发送接收来检测前方一段距离内是否有障碍物的存在，若有，则语音提醒模块发出提醒信息；另外，本方案还具有GPS定位功能，通过接收卫星定位信息，来确定盲人自己所在的方位，只要轻轻按一下按键该装置就会使用语音的方式告诉盲人所在的位置，给盲人带来了很大的方便。1.2 本课题的技术条件（1） 单片机技术越来越成熟，在控制领域发挥着重大的作用。单片为核心，只要在它的外围加上简单电路，就能完成一个实用的系统。（2） 随着新技术革命的到来，传感器的地位越来越显著，传感器的发展，使人们可以获取大量人类感官无法直接获取的信息。如今，传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。如本课题使用的超声波测距传感器，它采用超声波回波测距原理，运用精确的时差测量技术，检测传感器与目标物之间的距离，采用小角度，小盲区超声波传感器，具有测量准确，无接触，防水，防腐蚀，低成本等优点，可应于液位，物位检测，特有的液位检测方式，可保证在液面有泡沫或大的晃动，不易检测到回波的情况下有稳定的输出，应用行业：液位，物位检测，工业过程控制等1（3） GPS定位技术已经相当成熟，GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。（4） 语音芯片可以将语音信号通过采样转化为数字，存储在IC的ROM中，再通过电路将ROM中的数字还原成语音信号。2 系统原理2.1 系统框图图 2.1 盲人定位避障系统框图2.2 系统概述本课题以STC89C516RD+为系统的核心，采用超声波原理进行测距，并采用VK_162GPS模块进行定位，语音芯片采用ISD1760。本系统的关键技术问题是障碍物的距离检测，GPS定位技术，语音提醒技术，单片机控制技术。本系统采用了超声波传感器（HC_SR04）进行5米以内的距离测量。超声波测距的方法为渡越时间法，发射换能器不断发出超声波脉冲，声波遇到障碍物后反射回来被接收换能器接收，并根据声速及时间差计算出障碍物的距离。在定位方面，采用VK_162GPS模块，它是一个内建卫星接收天线的卫星定位接收机，接收核心采用最先进的SIRF第三代定位核心，提供高精度的定位信息。在语音提醒方面，采用语音芯片ISD1760，输出音量大，吐字清晰。在单片机应用方面采用单片机的定时器和外部中断实现超声波的准确发送和接收；采用串口接收GPS模块的定位信息；采用单片机I/O口模拟SPI总线时序，传送语音合成数据。3 主要功能模块性能参数3.1 CPU性能参数 STC90C516RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。（1） 工作电压可以选用3V或5V;（2） 频率范围：080MHz;（3） 具有64K flash存储器、1280字节RAM;（4） 内置系统ISP监控功能；（5） 具有看门狗功能；（6） 四个并行8位端口；（7） UART串口功能；（8） 3个定时器； 3.2 GPS模块性能参数VK-162卫星接收器 ，是一个内建卫星接收天线的卫星定位接收机，卫星接收核心采用最先进的SIRF第三代定位核心，提供高精度的定位信息，能满足个人使用需要和工业级定位需求。可以使用于地图制作、汽车导航、各种调查等。它使用USB、TTL 信号、232串口等通信接口与其它电子设备进行通信，内部有纽扣型电池用以储存卫星资，如卫星讯号状态、上次使用的最后的位置及时间等信息，以增加开机时的定位速度。其耗电量极低，且能同时追踪12颗定位卫星的讯号。可以快速定位及追踪12颗卫星的能。支持 NMEA0183 3.01 版本输出资格式。表格 3.1 GPS模块技术规格技术规格名称描述一次定位时间 （户外空旷的地方或固定位置的要求）冷启动42S热启动8S重 启1S动态条件高度18000米速度515m/s加速度4g电源主电源推荐3.3V 最高5V功耗 100mW（连续工作模式）电流 60mA3.3 超声波模块性能参数型号：HC-SR04超声波模块可提供非触式距离感测功能，包括超声波触发器，接收器，控制电路。其基本原理是给予超声波测距模块一个触发信号后发射超声波，当超声波投射到物体而发射回来时，模块输出一个回应信号，以触发信号和回应信号的时间差来判定物体的距离2。电气参数：表格 3.2 超声波模块电气参数电气属性电气参数工作电压DC5V工作电流15mA静态电流5mA工作频率40HZ测量距离2cm400cm测量角度小于20输出回应信号输出TTL信号，与射程成比例规格尺寸45*20*15mm3.4 语音芯片性能参数ISD1760 系列是华邦公司新推出的语音芯片， 该芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。1、特点： （1） 可以录放音十万次以上，存储内容可以在断电的情况下保留一百年。 （2） 拥有两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式（独立按键模式和SPI 模式）。 （3） 可以操作多达255段以上的语音信息 （4） 有多样的工作状态提示，主要采用LED 不同闪烁类型来指示。 （5） 拥有多种采样频率并对应多种录放时间及录放音效果。 （6） 音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美2、电器特性： （1） 工作电压：2.4V-5.5V,最高不能超过6V。 （2） 静态电流：0.5 - 1 A （3） 工作电流：20mA 4 系统硬件设计4.1 单片机最小系统设计这部分主要介绍STC89C516RD+ 单片机的最小系统的实现。单片机的最小系统就是由最少元件组成并能保证让单片机能正常工作并发挥其功能时所必须的部分。主要包括电源电路，时钟电路，复位电路，以及输入输出电路设计等。如图2：输入（输出）电路单片机复位电路电源电路时钟电路图 4.1 单片机最小系统框图4.1.1 电源电路STC89C516RD+单片对电源的要求比较简单，对于电源的纹波要求也不严格，只需要一个5V电源外加简单滤波就行了。4.1.2 复位电路图 4.2 单片机复位电路在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要进行复位。要使51单片机实现复位，则需要在其第9引脚提供持续2US以上的高电平。在单片机系统中，系统上电启动的时候需要复位一次，叫做上电复位；当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位，叫做手动复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中实现复位。如果单片机第9引脚持续为高电平，则单片机就处于循环复位状态。上电复位：在图3中，电容的大小为10uF，电阻的大小是1k。在上电的瞬间，由于时间很快（相当于频率很高的交流电），所以电路两端相当于短路，这时全部的高压将落在电阻的两端，这时RESET为高电平，之后电容快速充电，充电时间为T=RC=0.01s，电源趋向稳定，这时电压基本上落在电容的两端, RESET为低电平，（其实当RESET的电平小于1.5V的时候已经被单片机认为是低电平了，在此不必计较它），单片机实现了复位。按键复位：当按键按下时，RESET为高电平，当按键放开时，RESET并不是马上变为电平，因为有电容充电，电阻两端的电压慢慢变小，在论述上电复位的时候已经讲过，在此不再重复。4.1.3 时钟电路图 4.3 单片机时钟电路MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为51单片机的输入引脚为第19脚（XTAL1），输出引脚为18（XTAL2）。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。如图4电路中C1和C2的电容值通常取为30pF左右，虽然对外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响石英晶体振荡器频率的高低，以及振荡器的稳定性和起振的快速性。石英晶体振荡器的频率范围通常在1.2 MHz-12 MHz之间取值，晶振的频率越高，则单片机的时钟频率也就越高，运行速度也就越快。为了这样可以减少寄生电容，晶振和电容应该尽可能靠近单片机芯片放置。更好地保证振荡器稳定，可靠地工作，为了提高温度稳定性，应该采用温度稳定性能高的瓷片电容。在这个系统中，由于使用到串口通信，我们选用11.0592MHZ的晶振，这样可以更精确地设置9600pbs(所使用的GPS模块的通信速度为9600),保证通信的准确性。4.1.4 输入输出电路P0口作为I/O 口输出的时候时， 输出低电平为0 ，输出高电平为高组态（并非5V，相当于悬空状态），也就是说P0 口并不能真正输出高电平，想要给所接的负载提供电流，则必须有外部电路提供，通过串接电阻到电源，由电源通过该电阻给负载提供电流。由于P0口内部没有上拉电阻，属于开漏极，不管它的驱动能力多大，相当于它是没有电源的提供电流，需要外部的电路提供，但也有些情况下P0口不必加上拉电阻的，比如说P0口在作为地址/ 数据复用时就不需接上拉电阻，另外P0口用来驱动PNP 三极管，因为PNP 三极管低电平有效，所以不需要上拉电阻； 在下列情况下，P0口必须加外部上拉电阻；1.作为一般的I/O 口时用时，由于内部没有上拉电阻，故要接外部上拉电阻，2. 当P0口用来驱动NPN 管子的时候，由于NPN 三极管高电平有效，所以需要上拉电阻的。总的来说，当需要输出高电平时则需要上拉电阻，反之不用。简单一点说就是它要驱动LED 灯就必须要有电源驱动，否则点不亮LED 灯，另外接上电阻是起到限流的作用，所以对于上拉电阻的选择也要考虑，有根据所提供的驱动电流进行选择。对于P1，P2，P3口，则是集电极上拉方式，高电平输出电流等于上拉电阻的电流，这个电流比较小，大概为10mA，如果对外部驱动电流要求不是很高，则不需要外接上拉电阻。4.1.5 EA/VPP（31 脚） 的功能和接法STC89C516RD+单片机的EA/VPP（31 脚） 是内部和外部程序存储器的选择管脚。当EA 保持高电平时，单片机访问内部程序存储器；当EA 保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器，先访问外部存储器，只有访问完外部存储器时才会访问内部存储器。现如今的绝大部分单片机内部的程序存储器（一般为flash）容量都很大，基本上不需要外接程序存储器，而是直接使用内部的存储器。所以我们一般把EA 管脚直接接到了VCC 上，只使用内部的程序存储器。在这里有必要强调一下，在不使用外部程序存储器的时候，一定要把EA拉高，这样可以保证系统的稳定。4.2 GPS模块电路设计GPS模块的主要功能是获取定位信息，该模块已经引出了功能引脚如图6，引脚定义如表格3。图 1 VK162 接口图图 4.4 GPS 模块表格 4.2 VK162引脚定义表名称说明PSS指示灯VCC+3.3V+5.0VTX输出RX接收GND接地BOOT烧录为了方便识别是否定位成功，VK162正面带有PPS指示灯，定位前常亮，定位后每秒闪烁一次。BOOT引脚是烧录用的，模块中存储器所带的板上备用电池，使它能保留如上一次的卫星轨道参数、位置和时间等关键数据，此外板上的非易失性存储器也用于保留接收机的配置信息即使在备用电池没电的情况下，提供1个全双工UART通道波特率可选(1200 bps，2400 bps，4800 bps，9600 bps)，出厂时默认是：9600 bps，支持最大速度为515m/s和最大加速度为4g。+5VDC士5%的输入电压，60mA的典型输入电流使得它非常适合于组成嵌入式应用系统。GPS模块通过串口来跟单片机通信，由于它们都是CMOS/TTL电平，故无须电平转换，电路图4.5所示：图 4.5 GPS电路设计4.3 超声波模块电路设计HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。图 4.6 HC-SR04超声波测距模块实物图VCC 供5V电源，GND 为地线，TRIG 接单片机IO 口，触 发 控 制 信 号 输入，ECHO 接单片机IO 口，回响信号输出。如图9所示：图 4.7 HC-SR04电路设计图注：1、此模块不宜带电连接，若要带电连接，则先让模块的GND 端先连接，否则会影响模块的正常工作。2、测距时，被测物体的面积不少于0.5平方米且平面尽量要求平整，否则影响测量的结果24.4 ISD1760语音芯片电路设计ISD1760语音芯片具有独立按键模式也有SPI程序控制模式，按照系统的要求，只需要SPI模式就能满足要求了，不过为了方便调试，我们一般会加上独立按键模式。ISD1700的独立按键工作模式录放电路非常简单（如图），而且功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。4.4.1 引脚功能说明表格 4.1 ISD1760引脚的介绍3引脚名称功能1VCCD数字电路电源2/LEDLED 指示信号输出3/RESET芯片复位4MISOSPI 接口的串行输出。ISD1700 在 SCLK 下降沿之前的半个周期将数据放置在MISO端。数据在SCLK 的下降沿时移出5MOSISPI 接口的数据输入端口。主控制芯片在SCLK 上升沿之前的半个周期将数据放置在MOSI端。数据在SCLK上升沿被锁存在芯片内。此管脚在空闲时，应该被拉高6SCLKSPI接口的时钟。由主控制芯片产生，并且被用来同步芯片MOSI和MISO端各自的数据输入和输出。此管脚空闲时，必须拉高。7/SS为低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启SPI 接口。空闲时，需要拉高8VSSA 模拟地9ANAIN 芯片录音或直通时，辅助的模拟输入。需要一个交流耦合电容（典型值为0.1uF），并且输入信号的幅值不能超出1.0Vpp 。APC 寄存器的D3可以决定ANAIN信号被立刻录制到存储器中，与 MIC 信号混合被录制到存储器中，或者被缓存到喇叭端并经由直通线路从AUD/AUX输出。10MIC+麦克风输入+11MIC-麦克风输入-12VSSP2负极PWM 喇叭驱动器地13SP- 喇叭输出- 14VCCP PWM喇叭驱动器电源15SP+喇叭输出+16VSSP1正极PWM 喇叭驱动器地17AUD/ AUX辅助输出，决定于APC 寄存器的D7，用来输出一个AUD或AUX输出。AUD是一个单端电流输出，而AUXOUT是一个单端电压输出。他们能够被用来驱动一个外部扬声器。出厂默认设置为AUD。APC 寄存器的D9可以使其掉电。18AGC自动增益控制19/VOL音量控制20ROSC振荡电阻ROSC 用一个电阻连接到地，决定芯片的采样频率21VCCA模拟电路电源22/FT在独立芯片模式下，当 FT一直为低，ANAIN直通线路被激活。ANAIN信号被立刻从ANAIN 经由音量控制线路发射到喇叭以及AUD/AUX 输出。D0所控制。该管脚有一个内部上拉设备和一个内部防抖动设计，当在SPI 模式下，SPI 无视这个输入，而且直通线路被APC 寄存器的，允许使用按键开关来控制开始和结束。23/PLAY播放控制端24/REC录音控制端25/ERASE擦除控制端。26/FWD快进控制端27RDY /INT一个开路输出。 Ready( 独立模式) 该管脚在录音，放音，擦除和快进操作时保持为低，保持为高时进入空闲状态。 Interrupt(SPI 模式) 在完成SPI 命令后，会产生一个低信号的中断。一旦中断消除，该脚变回为高。28VSSD数字地4.4.2 ISD1760 典型应用电路图 4.8 ISD1760 典型应用电路电源:(VCCA,VCCD) ISD1760对纹波和电源噪声比较敏感，为使减少,芯片的模拟和数字电路要使用不同的电源网络 ,模拟和数字电源要分别走线，尽可能在靠近供电端处相连。滤波电容和去耦电容也应尽量靠近器件相应引脚。地线:(VSSA,VSSD) 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。同相模拟输入：(MIC+) 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时,信号由耦合电容输入,最大幅度的峰峰值为32mV,耦合电容和本端的4.7K电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时,信号最大幅度的峰峰值为16mV。反相模拟输入：(MIC-) 差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入,最大幅度的峰峰值为16mV片选(SS)：此端为低,即向该ISD1760 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。串行输入：(MOSI) 此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前的半个周期将数据放到MOSI端口,以供ISD 输入。串行输出：(MISO) ISD1760 的串行输出端，ISD1760 未选中时,MISO呈现高阻态。串行时钟：(SCLK) ISD1760 的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步MOSI 和MISO 的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD1760,在下降沿移出ISD1760。5 软件设计及调试5.1 主要软件框图图 5.1 主要软件框图5.2 软件系统概述系统的软件设计采用C语言，可以大大提高程序编写时的效率。软件设计的关键是如何利用单片机控制超声波模块HC_SR04、PGS模块VK_162， 语音芯片ISD1760。以便超声波模块能够有效的控制超声波的发送、接收以及正确计算障碍物的距离，以及让GPS模块能够接收定位信息，还有就是能够控制语音芯片进行正确的录放音。软件实现的功能包括:(1) 控制超声波的发送与接收以及信号的实时采集实现超声波测距的计算；(2) 控制GPS模块，接收准确的定位信息；当盲人想知道当前位置时，只要按下按键，语音系统就以语音播报当前的当前位置信息。(3) 实现语音芯片的功能，能够有效地进行录放和复位。(4) 遇到障碍物时能够根据障碍物的距离，播放不同的语音提示内容。5.3 GPS模块程序设计及说明5.3.1 NEMA0183格式NEMA0183是GPS输出的数据格式，它是美国国家海洋电子协会制定的。按NEMA0183标准格式输出的数据允许接口借助RS-232通道接到电子导航设备，支持特殊信息的传递。用户可对每条信息设置允许或禁止工作方式，并可以控制信息输出的更新速率。其几种格式分别为$GPGGA,$GPGLL,$GPGSA,$GPGSV,$GPRMC, $GPVTG,$GPMSS。其中$GPGGA包括时间，位置，定位类型等信息；$GPGLL包括经度、纬度、UTC时间等信息；$GPGSA包括GPS接收机操作模式，定位使用的卫星，DOP值等信息；$GPGSV包括可见GPS卫星信息、仰角、方位角、信噪比（SNR）等信息；$GPRMC包括时间、日期、位置、速度等信息；$GPVTG包括地面速度信息；$GPMSS包括信号强度等信息。在本系统中，我们只需要位置信息就可以了，所以我们选用$GPGGA数据格式。它的数据样例如下：$GPGGA,161229.487,3723.2475,N,12158.3416,W,1,07,1.0,9.0,M, , , ,0000*18 $GPGGA: GGA协议头161229.487:是UTC时间（格林时间），由于北京跟格林相距8个时区，所以在使用时我们要加上8个小时，这样才等于标准的北京时间，即16+8时12分29秒487毫秒。3723.2475：纬度；N(S表示南纬)：北纬；合起来表示：北纬37度23秒2475毫秒。12158.3416：经度；W（E表示东经）：西经；合起来表示：北纬121度58秒3416毫秒。1：其中0:未定位，1:SPS模式，定位有效，2:差分，SPS模式，定位有效，3:PPS模式，定位有效。07：接受到的卫星数目，本GPS模块的收星范围是012。 1.0:水平经度。9.0：MSL幅度，单位为米。M:单位（米）。0000*18：校验和。最后是结束标志，很重要，用于判断接收$GPGGA是否结束。5.3.2 本设计的主要思想在一个城市里选取多个标志性地点，并在GOOGLE地图上获取这些地点的准确经纬度。用这些经纬度数据和单片机获取的实际地点的经纬度数据作比较，选取和实际地点最近标志性地点进行播报。如果实际地点和标志性地点相离很远，则表现为不在服务区。以桂林市为例：桂林站（北纬：251550.02 ；东经：1101641.26）十字街（北纬：251653.16 ；东经：1101728.55）七星公园（北纬：251633.66 ；东经：1101822.54）桂林理工大学（北纬：251706.85 ；东经：1101838.73）桂林电子科技大学（北纬：251714.91 ；东经：1101959.50）会展中心（北纬：251548.16 ；东经：1101815.08）西城步行街（北纬：251624.66 ；东经：1101707.25）桂林北站（北纬：251858.53 ；东经：1101738.35）联达广场（北纬：251524.35 ；东经：1101625.54）沃尔玛（北纬：251817.69 ；东经：1101802.62）西山公园（北纬：251655.95 ；东经：1101640.44）南溪山公园（北纬：251454.81 ；东经：1101715.80）卢笛公园（北纬：251852.92 ；东经：1101607.18） Wd： 表示从GPS 接收到的实际纬度值； Jd： 表示从GPS 接收到的实际经度值； GWd： 表示各地的纬度值； GJd： 表示各地的经度值； D： 表示各地到实际地点的经纬度距离；D= （5-1）经过运算之后，我们就得到D 的值，最后经过比较，选出和实际经纬度最近的值进行播报。5.4 超声波模块程序设计与验证5.4.1 超声波发射接收的基本原理(1) 采用单片IO 口TRIG 触发超声波模块测距，IO 口提供10us以上的高电平信号。(2) 超声波模块能自动发送8个40khz的方波，并能自动检测是否有信号返回；(3) 如果有信号返回，通过IO 口 ECHO 输出一个高电平，这时开启定时器，直到这个高电平变低才关闭定时器，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=( 高电平时间*声速(340M/S)/2;图 5.2 超声波时序图以上时序图表明需要提供一个10uS以上脉冲触发信号，这时模块内部会自动发出8个40kHz周期电平并开始检测是否有信号返回。一旦检测到有信号返回则输出高电平回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。通过定时器计算回应信号脉冲宽度持续的时间，由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式：距离=脉冲宽度持续的时间*声速（340M/S）/2。5.5 ISD1760语言芯片的程序设计与验证5.5.1 微机接口主控单片机主要通过四线（SCLK ，MOSI，MISO，/SS ）的SPI 协议对ISD1760 进行串行通信。ISD1700 作为从机，几乎所有的操作都可以通过这个SPI 协议来完成。完全兼容独立按键模式， 命令：PLAY ，REC，ERASE，FWD，RESET 和GLOBAL_ERASE 的运行类似于相应的独立按键模式的操作。另外，SET_PLAY，SET_REC，SET_ERASE 命令允许用户指定开始和结束进行录音、放音和擦除。另外，有一些命令还可以访问芯片内部的APC 寄存器，用来设置芯片模拟输入的方式。5.5.2 SPI 协议总述 ISD1700 系列的SPI 串行接口要遵循如下：（1） 一个SPI 命令开始于/SS 管脚的下降沿。（2） 在一个完整的SPI 指令传输周期，/SS 从开始到结束都要保持为低电平。（3） SCLK 是时钟线，在它的上升沿，数据被锁存到芯片的MOSI 管脚，在它的下降沿数据从 MISO 管脚从低位到高位输出。（4） SPI 指令操作码包括命令字节，数据字节和地址字节，在写数据的时候，都必须先操作相应的命令，然后在操作地址字节，数据字节（简单的命令除外），例如要播放某段录音，则首先读播放录音的命令，然后在操作这段录音的起始和结束放音地址，再执行相应的数据。（5） 命令字节及地址数据到达MOSI 管脚时，状态寄存器和当前行地址信息也从MISO 管脚移出。（6） 一个SPI 命令在/SS 变高后启动。（7） 当芯片完成一个SPI 命令后，会同时启动一个中断信息，并且持续保持为低，直到芯片收到CLR_INT 命令或者芯片复位。5.5.3 SPI 命令与程序设计一个SPI 命令总是由第一个命令字节开始，其中命令字节中的第四位（LED）具有非常特殊用途。因为第四位可以控制LED 的输出，就像按键操作一样，每一个操作LED 都会作不同方式的闪烁。如果使用者想使用这个特殊功能，那么就要在所有的SPI 命令字将该命令的第四位置1。存储器位置都可以通过SPI 命令进行访问。主控处理器可以访问存储器的任何行地址，也包括存储SE 音效的行地址（0x0000x00F ）。像SET_PLAY，SET_REC 和SET_ERASE 这样的命令则需要一个精确地起始地址和结束地址，如果把开始地址和结束地址设置相同，那么ISD1700 芯片则只在这一行进行操作。SET_ERASE 命令可以精确地擦除在起始地址和结束地址间的所有语音信息；SET_REC 命令从起始地址开始录音，并在结束地址结束录音，因为在结束地址自动加上EOM 标志，这是录音的结束标志；同样SET_PLAY 命令从起始地址开始播放语音信息，并在在结束地址停止播放，在结束地址也会自动加上EOM 标志。此外，SET_PLAY，SET_REC 和SET_ERASE 命令还有一个先入先出的缓存器，这样使得芯片可以从一个存储模块块到下一个存储模块之间实现无缝转移。但是这个先入先出的缓存器也只有在相同类型的设置命令下才能有效执行，比如说SET_PLAY 在SET_ERASE 之后将就不能利用这个缓存器，并且这还是一个错误的命令，SR0 寄存器中的COM_ERR 位将会被置1。在芯片准备好接收第二个SPI 命令的时候，SR1 寄存器中的RDY 位将会被置1 。同样，在操作完成时也会输出一个中断命令，但这时芯片并没有停止，而是继续执行第二条命令。例如，如果两个连续但带有两对不同地址的SET_PLAY 命令被正确发送后，此时缓存器装满，在完成第一个语音信息的播放后，第一个SET_PLAY 操作会遇到一个EOM ，但这时不会像一般遇到 EOM 时自动STOP ，而是继续执行第二个SET_PLAY 命令，芯片将播放第二段语音信息。这个动作将让任何两段录音信息之间潜在的停留时间最小化，并且使芯片能流畅地连接这两个独立的信息。6 实验结果分析与展望6.1 实验结果与分析本设计的目的是：采用GPS模块来获取定位信息以及通过超声波传感器模块来确定前方是否存在障碍物。若盲人想知道自己所在的位置，只需要轻轻按一下该装置预设按键，该装置就会把位置信息通过语音的形式告诉盲人。另外，若探测到前方有障碍物存在，语音模块就会发出提醒语音。定位的设计思想：在一个城市里选取多个标志性地点，并在GOOGLE地图上获取这些地点的准确经纬度。用这些经纬度数据和单片机获取的实际地点的经纬度数据作比较，选取和实际地点最近标志性地点进行播报。如果实际地点和标志性地点相离很远，则表现为不在服务区。避障的设计的思想是：超声波模块直对前方，当探测到前方有障碍物时，则发出预