智能盲人路面导航系统报告

计算机学院单片机设计与开发技术报告题目：盲人智能导航路面系统设计与开发姓名：学号姓名：学号姓名：学号指导老师：起止时间：2016年9月至2016年12月西安电子科技大学计算机工程系2012年5月制摘要此系统目的在于提供一种方便盲人独自安全出行的导航系统，旨在解决现有的盲人导航系统不能够准确、安全的为盲人导航的问题。系统采用RFID射频识别技术进行导航，将道路存储在电子标签，再转换成相应的语音提示信息，从而实现为盲人提供精确、安全的导航，解决盲人的出行问题。现阶段已完成预定功能，实现RFID盲人导航、语音提示、盲人输入法、GPS导航、语音读取短信、GSM相关功能等。系统能准确的帮助盲人到达目的地，让盲人实现自由地出行。关键词：盲人出行；盲人导航；RFID第一章绪论当今社会科技发展迅速，带给人们生活的便利也越来越多，从物联网到大数据，从互联网到人工智能，所有的一切都是为了让人们体会到更加便捷。然而这些技术中却很少有为盲人服务的。中国是世界盲人最多的国家之一，目前约有500万盲人占世界盲人总数的10%以上，低视力者600多万，盲人的出行成了一个不可忽视的社会问题。目前盲人出行主要依靠盲道、手杖。已经面世的盲人导航系统大多基于超声波识别系统，现有的超声波盲产品往往只能够辨别出前方是否有障碍物以及障碍物的距离，无法知道障碍物到底是什么。而这些在实际使用过程中，都存在一些不足之处，存在安全隐患和导盲的精确性问题。利用RFID新兴技术进行盲人导航有着可靠性高、定位精确的特点，通过语音的方式对盲人出行进行引导，为成千上万的盲人出行带来方便。第二章系统需求分析近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。当今世界盲人众多，且他们的出行问题成了影响他们正常生活最主要的因素之一。目前盲人出行主要依靠盲道、手杖。已经面世的盲人导航系统大多基于超声波识别系统，现有的超声波盲产品往往只能够辨别出前方是否有障碍物以及障碍物的距离，无法知道障碍物到底是什么。而这些在实际使用过程中，都存在一些不足之处，存在安全隐患和导盲的精确性问题。本系统是一个基于RFID的盲人导航系统，旨在解决盲人独立出行不方便的问题。系统主要由RFID感应读取IC卡内容和RFID重写IC卡内内容两部分构成。现目前的成果基本能够实现这两个功能：1、读取IC卡内内容：主要实现的现实意义是能够感应IC卡并语音播报出当前IC卡内的信息，以达到能够让盲人知道目前的位置信息。在试验阶段我们还加入了电子屏幕显示卡内信息的功能，以方便在改变卡内信息以后能够确定卡内信息是否被正确地改变了。2、改写IC卡内内容：该功能主要是为IC卡安放以及设计人员提供，其主要的功能是利用上位机实现IC卡和PC端的连接，并利用上位机改写IC卡固定扇区的内容，以此来实现不同的位置安放的IC卡内的信息也有所不同。3、重置功能：该功能主要是为了清空单片机内读入的IC卡的数据，以达到更换卡片时，重新读入的数据是当前IC卡的数据而不是上一次缓存的数据。第三章系统软硬件设计与实现3.1系统结构如图3-1图3-1系统结构3.2系统所使用的的硬件(1)、STC89C52作为主控芯片1）STC89C52单片机的主要特性如下Stc89c52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，stc的stc89c52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，stc89c52芯片引脚图如图3-2所示。图3-2stc89c52芯片引脚图主要特性：·与MCS-51兼容·8K字节可编程闪烁存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·6个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路2）STC89C52RC引脚功能说明：1、主电源引脚VSS和VSSSTC89C52芯片引脚图VSS——（40脚）接+5V电压；VSS——（20脚）接地。2、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对SHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP①RST/VPD（9脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与VSS引脚之间连接一个约10μF的电容，以保证可靠地复位。VSS掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VSS主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（5±0.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。②ALE/PROG（30脚）：当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。对于EPROM单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。③PSEN（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。④EA/VPP（引脚）：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PS（程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80S51）或1FFFH（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以EA脚须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源（VPP）。4．控制或与其它电源复用引脚RST/Vpd，ALE/PROG，PSEN和EA/Vpp。RST/Vpd当振荡器运行时。在此引脚上出现两个机器同期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位。在VSS掉电期间，此引脚可接上备用电源，由Vpd向内部RAM提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。ALE/PROG正常操作时为ALE功能（允许地址钱存），提供把地址的低字节锁存到外部锁存器。ALE引脚以不变的频率（振荡周期的1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）八个LSTTL电路。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚接收编程脉冲（PROG功能）。PSEN外部程序存储器读选通信号输出端。在从外部程序存储器取指令（或数据）期间；PSEN在每个机器周期内两次有效。PSEN同样可以驱动八个LSTTL输入。EA／VppEA为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当EA为高电平时，访问内部程序存储器（PS值小于4K）。当EA为低电平时，则访问外部程序存储器。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚上加21VEPROM编程电源（Vpp）。5、输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）①P0口（39脚至32脚）：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。②P1口（1脚至8脚）：是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。③P2口（21脚至28脚）：是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。④P3口（10脚至17脚）：是准双向8位I/O口，在MSS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。如表3-1。表3-1P3口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）本设计中采用的单片机是宏晶科技的STC89C52，指令代码完全兼容8051系列单片机，并且可通过串口直接下载用户程序，不需要专用的编程器和仿真器，片上集成有高容量的程序存储空间和数据RAM，无需拓展存储器件就可满足设计需要，如下图3-3图3-3（2）、LCD1602显示屏显示电路设计采用1602液晶显示屏，该液晶显示屏的显示功能强大，内置192种字符，可显示符号、数字，清晰可见，而且功率消耗小寿命长抗干扰能力强。所以在此设计中采用1602液晶显示屏。LCD1602有16个引脚，各引脚与单片机及外部其他接口的连接如下图，VCC是电源，VL是液晶显示偏压，RS引脚控制寄存器选择1：数据寄存器0：指令寄存器。R/W引脚控制读写信号1读0写。EN/E是显示器模块使能信号输入端，高电平有效。B_VCC和B_GND是背光板工作电压的输入端。DB0~DB7是八位双向数据总线与单片机上P0.0~P0.7引脚相连，用于并口传送数据，如图3-4图3-4（3）、RFID模块MF-RC522射频芯片电路PHILIPS公司的MF-RC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员。其利用先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。MF-RC522支持IS014443A的多层应用。为了驱动天线，MF-RC522通过TXl和TX2提供13.56MHz的能量载波。根据寄存器的设定对发送数据进行调制得到发送的信号。智能卡采用RF场的负载调制进行响应。天线拾取的信号经过天线匹配电路送到RX脚，RC522内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理，然后将数据发送到串行接口由微控制器进行读取。在每次上电或硬件复位后，MF-RC522也复位其接口模