基于80C51系列单片机的盲人语音导航系统

文章编号：1007-757X(2021)06-0022-03基于51单片机的智能盲人助行器的设计严莉莉，张慎，胡应超，张宪萍(南京信息职业技术学院电子信息学院，江苏南京210023)摘要：介绍了以STC12C5A60S2单片机为控制器，结合超声测距模块、GPS信号接收模块、GSM模块和语音模块设计了一款智能盲人助行器。

该助行器通过超声模块和语音模块实现使用者周围障碍物探测和语音提醒，当使用者需要帮助时通过按键控制GSM模块发送GPS位置信息给指定手机号。

该助行器结构简单，操作方便，成本低廉，能够给盲人出行带来便利。

关键词：智能盲人助行器；GPS；GSM；超声模块；STC12中图分类号：TP368.1%TN871文献标志码：ADesign of Intelligent Walking Aids for the Blind Based on MCS-51YAN Lili,ZHANG Shen,HU Yingchao,ZHANG Xianpin g(School of Electronic Information,Nanjing Vocational College of Information Technology,Nanjing210023,China) Abstract:The paper introduces a kind of intelligent walking aid for the blind,it is designed to use STC12C5A60S2single chip microcomputer as controller and ultrasonic ranging module,GPS signal receiving module,GSM module and voice module.The walking aid can detect obstacles around the user and give voice reminders through the ultrasonic module and language module. When the user needs help,the GSM module can send GPS position information to the designated mobile phone number through the key control.The walking aid has the advantages of simple structure,convenient operation,low cost,and can bring conven-enceLoLheblindpeople.Key words:intelligent walking aid for the blind；GPS%GSM；ultrasonic module；STC120引言随着现代电子技术的迅速发展，各类生活用智能电子产品可谓是琳琅满目，比如：声控LED台灯、自动面包机、电子血糖仪等等，这些电子产品极大地方便了我们的生活，但是针对残障人士的智能电子产品依然较少&本文提出了以51单片机为核心控制器件设计的一款盲人智能助行器，该助行器能够通过超声避障和语音提醒帮助使用者及时避开周围障碍物，并且配置GPS和GSM模块,当使用者需要帮助时，可以一键发送自己的位置信息给指定手机号&由于盲人一般不能准确说出自己的位置，通过GPS 定位，方便家人能够及时找到*勺&11.1助行器结构及工作原理智能助行器以51单片机为控制核心结合超声波模块、语音模块、GPS模块、GSM模块和按键构成，其结构框图如图1所示&助行器使用时单片机通过控制安装在前方、左方、右方图1智能助行器结构框图的三个超声波模块探测周围两米内的障碍物,当某个方向有障碍物时,通过语音模块提醒使用者“某方向有障碍物,请小心！”而且助行器中安装的GPS模块实时接收使用者所处位置的经纬度信息，当使用者需要帮助时,可以按下控制键,通过GSM模块发送自己的位置信息短信给绑定手机号码,接收者可以通过经纬度信息获知具体位置,及时找到求助者所在位置&1.251单片机选型本文设计的智能助行器以51系列单片机为核心控制器,但是51系列的单片机型号众多,考虑到智能助行器中有GPS模块和GSM模块,这两个模块都是通过串行口和单片基金项目：江苏省大学生实践创新项目(201913112003Y)作者简介：严莉莉(1976-),女，硕士，副教授，研究方向：电子工程技术&张慎(1998-),男，大专，研究方向：测控技术&胡应超(1998-),男，大专，研究方向：测控技术&张宪萍(1999-),女,大专,研究方向：测控技术&・22机进行通信，所以在选择控制器时考虑选用具有双串口的单片机&本设计最终选用STC12C5A602作为控制器，它是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快812倍，而且具有双串口，能够满足本设计的需求&1.3超声避障语音功能实现超声避障功能是依据超声波方向性好、反射能力强的特点设计的&本助行器中超声模块采用HC-SR04,它可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可高达3mm,性能稳定，体积小，便于与微控制器连接在使用中单片机控制三个超声模块每隔2秒依次轮流发出超声波,当周围两米之内有障碍物时，单片机触发语音模块进行语音提醒，提醒使用者在某个方向有障碍物，请小心&语音提醒功能是通过WT588D语音模块来实现的, WT588D语音芯片是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片，内置SPI-Flash存储器&WT588D提供了MP3控制模式、按键控制模式、并口控制模式、串口控制模式&本设计中使用了串口控制模式下的三线串口控制模式,三线串口控制模式由三条通信线组成，分别是数据DATA(P01)、片选CS(P02)、时钟CLK(P03),时序根据标准SPI 通信方式&音频输出采用PWM输出模式，直接连接扬声器。

基于51单片机的盲人避障系统设计作者：刘旭蔡丽来源：《科教导刊·电子版》2016年第35期摘要随着单片机技术的广泛应用，盲人导航系统可以采用单片机进行设计，本文主要以盲人手杖为载体，以51单片机为核心，采用红外技术，通过语音模块提示实现盲人避障的目的，本系统主要由三部分构成，包括红外发射模块，红外接收模块和语音提示输出模块。

关键词单片机盲人拐杖导航中图分类号：TP368 文献标识码：A0引言目前盲人导航主要靠传统的手杖，不便为盲人提供路面信息，这类拐杖的弊端很多，只能通过手杖碰触感知前方地面物体，而难以发现较远的物体或者半空物体。

当前国内生产的导盲设备也存在各种问题，而国外成熟的手杖产品价格较贵，难以普及化，因此采用廉价的单片机进行盲人导航设计具有实际意义。

本文主要以盲人手杖为载体，以51单片机为核心，由红外发射模块、红外接收模块和语音提示输出模块组成。

通过红外技术，用语音模块提示实现盲人避障的目的。

本系统主要分析盲人前方或半空遇到障碍物时，当距离障碍物大于50CM以正常速度前进，当小于50CM时根据语音提示，停止或者拐弯，从而实现避障目的。

2硬件系统设计系统硬件组成如图1所示，利用单片机的中断对红外线发射管进行调制发射38KHz信号，发射距离远近可由可调电阻调节。

发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调输出TTL电平，在遇障碍物时控制电机并使基础机器人转向。

外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现。

接收头采用HS0038A2型一体化接收探头，接收头的输出脚OUT与单片机INT0引脚相接，如图2所示。

红外接收头在没有接收到红外信号时，INT0输出高电平，单片机不中断。

在接收到信号时输出低电平，单片机中断。

目前单片机系列很多，比较常用的如Intel公司的MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列产品。

本系统中选用51系列中的AT89S51。

传感器选择至关重要，目前有超声波、红外、视觉、雷达等方式，各有优缺点，其中超声波夜间不受影响，但容易受到环境影响，如天气等；视觉传感器分辨率好，但是不能直接测量距离，处理过程相对复杂；雷达也不受夜间影响，但容易受灰尘等因素的影响；而红外传感器价格合理，检测距离满足要求。

图１　语音导盲系统的硬件设计
1.1 89C52单片机
从性能上来看，89C52单片机是一款8位CMOS微控制
器，内核为MCS-51，即51内核，是51单片机的升级版本。

89C52单片机的体积较小，能够嵌入到语音导盲的硬件中[1]。

89C52单片机内还有3个16位的定时器，实现了T0、T1、
T2的同步计时功能，为本设计所选用的超声波模块提供强大
的计算能力，从而提高了超声波模块在测距方面的准确性。

陕西能源职业技术学院科研计划研究项目“一种具有语音功能的超声导盲仪的设计与研究”（项目编号：(1986—)，男，陕西华阴人，本科，讲师。

研究方向：电力电子、自动控制。

基于51单片机的语音导盲系统的设计摘要本文介绍了一款基于51单片机为核心的语音导盲系统的设计方案。

系统由两部分组成：一时超声眼镜探测器，二是语音提醒器。

探测器主要根据超声获取数据，经单片机处理后由无线模块发送出去。

语音提醒器有单片机控制，接收数据，然后驱动语音芯片提醒。

该系统具有成本低廉、使用方便等优点，是一款通用性较强的理想导盲设备。

研究了一种基于嵌入式体统和超声波测距系统的设计方案，应用移植嵌入式操作系统并给出障碍物检测优化方法，并且根据超声波测距的工作原理对障碍物进行距离测量。

实验结果表明，该系统在自然盲道情况下达到了处理实时性和判断的准确性要求，可较好地服务与盲人的独立出行。

关键词：51单片机语音提醒超声测距无线数传模块导盲系统；AbstractThis page mainly introduce a design of voice guide device based on 51 MCU .The device consists of two parts: Part one ——ultrasound glasses detector , Part two ——voice alarm device. Data gotten from ultrasound glasses detector has been put into process by 51 MCU and then be sent into air by wireless module. After that ,the voice alarm device will get the data from another a voice alarm .Cheap, convenience and other advantages make it a perfect device for blind man.Studies are made on the embedded systems and ultrasonic distance measurement system. Porting embedded operating system and giving optimization method for obstacle detection, and measuring the obstacles distance by ultrasonic ranging works. The experimental results she that the system achieved to deal with circumstance and judge accuracy of real-time requirements in a natural blind road, which may provide better serves for the blind’s independent travel.KEY WORD ：51 MCU V oice alarm Ultrasound detector Wireless module Guide system for blind目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪言 (1)第一节总体方案 (1)第二章硬件电路的设计 (2)第一节超声模块电路 (2)第二节液晶显示电路 (6)第三节语音输出电路 (7)第四节无线模块电路设计 (8)第三章软件设计 (9)第四章结语 (11)致谢 (12)参考文献 (1)第一章绪言盲人群体一直是社会中需要关心的弱势群体，出门不便对于所有盲人患者是一个较大的难题。

C8051F040单片机在语音识别系统中的应用语音识别是人机交互的一种重要技术手段。

根据实际需要和应用场合的不同，语音识别可以分为孤立词识别和连续语音识别、特定人识别和非特定人识别。

语音识别追求的主要指标为高识别率、实时性和大词汇量；而对于一个语音识别系统，还应考虑软硬件设计简单、价格低廉、外围控制灵活、人机交互便捷等特点。

性能良好且成本低廉的语音识别系统在智能家电接口、智能玩具、智能仪器等领域提供便捷的人机交互服务，将具有广阔的应用前景。

语音识别系统构成语音识别系统主要包括识别单元选取、预处理、特征提取、模式匹配、参考模式库等几个部分。

根据模式识别的原理，对未知的语音的模板与已知语音的参考模板逐一进行比较，得到的最佳匹配的参考模板就是识别的最终结果。

语音识别的系统框图。

初步处理：语音信号首先经过话筒会变成电信号，之后进行初步处理。

初步处理包括对信号进行的滤波、数字化、预加重、分帧加窗以及端点检测等一系列步骤。

通过这些处理，将语音信号变成数字信号，并利用窗函数把语音数据序列分成连续的信号帧，找出信号中的语音部分。

特征提取：信号经过初步处理之后，进入特征提取单元进行特征分析和特征提取。

提取特征单元的功能一般是完成基于频谱的特征矢量的计算，提取出代表信号特征的参数，形成矢量模板。

语音帧的特征矢量按照一定的规则进行处理之后，作为参考模型和待识别语音的模板。

参考模型库：参考模型库就是语音信号的参考模板库，通常是对说话人进行多次重复的语音训练之后，使用平均或者聚类的分析方法，对这些语音信号进行一系列的分析和计算得到的特征矢量模板组成。

模板匹配：模板匹配单元完成特征矢量与已存语音信号模板之间的匹配计算。

将输入语音形成的特征矢量模板与训练得的到语音模板库进行分析比较，根据一定的搜索和匹配原则找出与参考模板中差别最小的特征矢量模板，然后根据此模板对应的语音信号找出识别结果。

语音识别系统的设计思想随着语音识别算法的发展以及嵌入式设备的运算能力的提高，在具有一定计算能力和存储空间的嵌入式硬件平台上实现语音识别，进而取代一些繁杂的直接操作已经成为了语音识别的重要发展方向。

毕业设计（论文）说明书本设计为红外检测盲人避障手杖器，其智能化功能设计要求如下：（1）正常情况下，人来后或有障碍后，第一阶段自动报警说明有人或障碍，人或障碍移动后，第二阶段自动报警说明前方无障碍；（2）如果遇到人或障碍太频繁，如使用间隔小于1min，则在第二个人或有障碍后，不进行二次的报警，避开障碍后，报警说明前方无人或障碍；（3）无障碍后自动进入省电模式。

2.2 系统组成及原理由图2.1可见，本系统主要包括红外发射、红外接收、单片机处理与控制系统以及控制信号放大与驱动等几个部分。

红外发射部分装有红外发光二极管，由红外发光二极发射红外光波，如果有障碍靠近，则红外光波受到人体的反射，反射回来的红外光波由红外接收部分接收。

红外接收部分接收到反射回来的红外光波后，红外光电传感器将此红外光信号转化为电信号，此电信号经放大、整形后传送到单片机。

单片机接收到驱动信号后，根据系统设计的需要做出相应的控制决策，输出相应的动作指令，由此来指挥执行部分执行相应的动作。

单片机发出的控制信号，传送给放大与驱动环节，由驱动电路驱动相应的执行机构，实现对手杖报警器的控制。

红外发射红外接收单片机处理部分放大驱动部分执行部分30H位寻址区16B 2FH 位地址20H 00H-7FH1FH 3区低128BRAM 18H R0-R717H 2区10H R0-R7工作寄存器区32B 0FH 1区08H R0-R707H 0区00H R0-R73.3各单元电路设计单片机所需要的控制信号不能是原始信号，因为单片机对其控制信号有一定的要求。

本系统对信号的处理使用了低通滤波电路、施密特整形电路以及正反放大等电路，下面做简单介绍。

3.3.1 低通滤波电路图3.1 低通滤波本系统采用的一阶RC低通滤波电路，如图3.1所示。

（1）传递函数电路的微分方程为：进行S域变换后可得 RC低通电路的传递函数是：（2）幅频响应令τ=RC，带入微分方程并取拉氏变换可得或者由此可得幅频关系为：由上式可知w=1/τ为该滤波器的截止频率，红外信号的频率是已知的，而τ=RC，因此，可以通过设定 R和C的值来设定滤波器的截止频率，使红外信号能通过滤波器而高于截至频率的信号被滤除。

基于单片机的盲人避障器摘要：由于盲人在走路的时候没有办法知道前方有没有危险，这个问题给他们的生活带来了很多的不方便。

针对这类问题本文设计了一个由单片机控制的盲人避障器，这个器件装置具有语音提醒和报警的功能。

该方案的原理是探测前方一定范围内没有任何障碍，根据发送和接收超声波如果有，那么语音提示模块可以发出声音，按钮可以播放的距离。

当距离达到10cm时，蜂鸣器会报警提醒，如果有障碍物快速靠近的时候语音会发出“危险请躲避”的声音。

关键词：AT89S52 HY-SRF05 语音芯片ISD1420Blind avoidance device based on micorocontroller Abstract: Since there is no way to know ahead the Blind whether there are obstacles in the process of walking,this issue has brought to their lives a lot of inconvenience.For this problem ,a obstacle-avoidance device was designed,which is based onprinciple of the program is based on transmitting and receiving ultrasonic probe to the front there exists a range of obstacles.If having,then the voice will sound to remind module, After pressing the button,it can broadcast the distance,when the distance is less than 10cm,Buzzer will alarm to remind,If there is an obstacle when approaching fast,then the voice will issue a “dangerous,please avoid”.This design uses A T89S52 microcontroller as the core of the low-power, high-performance, high-precision Ultrasonic Ranging display hardware and software design. The main chip ultrasonic ranging module HY-SRF05, voice chip ISD1420.Keywords：AT89S52 HY-SRF05 V oice remind ISD1420目录第1章绪论 (1)1.1设计的目的和意义 (1)1.2盲人避障器的研究前景 (2)第2章设计所用的主要技术 (3)2.1硬件技术 (3)2.2软件技术 (3)第3章硬件部分 (4)3.1总体框架 (4)3.3 系统的软件流程图 (4)3.4 系统各个模块的设计 (5)3.4.1 超声波测距模块 (5)3.4.2语音模块设计 (7)3.4.3单片机模块设计及应用 (10)3.4.4 液晶显示模块LCD1602 (14)3.4.5整个硬件电路的电路图和实物图 (15)第四章软件部分 (16)4.1主程序的流程图和过程 (16)4.2 子程序流程 (17)第五章总结 (21)第六章致谢 (22)参考文献 (23)第1章绪论1.1设计的目的和意义日常生活中，盲人在各个方面都有很多的不方便，在行走过程中也只能通过触觉来感知前方是否存在障碍物，这样就很容易遭遇危险，面对这种现实的问题，本次设计了一个由单片机控制的盲人用来躲避障碍物的器件。

基于语音识别技术的盲人导航系统设计随着社会科技的发展，人们对于科技的要求越来越高，尤其是对于某些群体来说，科技可以帮助他们更好地融入社会。

其中，盲人作为一个特殊的群体，因为没有视力，导致他们在生活、工作中的各种问题都要比普通人多一些。

因此，盲人的生活需要更多的关注和帮助。

在此背景下，基于语音识别技术的盲人导航系统已经得到了广泛的关注。

本文将从系统的设计、功能等方面进行探讨。

一、系统的设计1.硬件设计对于盲人来说，系统的硬件设计非常重要。

为了满足盲人的使用需求，我们需要设计一个轻便的设备，体积小、重量轻，盲人可以携带，在使用过程中能够很方便地操作。

此外，设计时还需要注重外观的美观度，因为美观的外形能够增加盲人使用时的乐趣，让使用者更加愿意使用。

2.软件设计首先，系统需要具备语音识别技术，这是整个系统的核心部分。

通过语音识别，盲人用户可以通过说话向系统输入信息，这样就能够实现导航等功能。

同时，为了方便盲人用户的使用，系统的软件需要具备简单易懂的操作界面。

界面上的按钮和标识需要更大、更明显，让盲人能够更容易地识别和操作。

二、系统的功能1.导航功能盲人导航系统最核心的功能就是导航。

通过语音识别技术，盲人可以告诉系统他想去哪个地方，系统会利用GPS信号定位盲人当前位置，并给出导航路线，指引盲人到达目的地。

在这个过程中，系统将通过语音提示的方式，给盲人提供路线指引和方向指引等信息，以帮助盲人准确地走向目的地。

2.交通信息获取除了导航，对于盲人来说，获取交通信息也是非常重要的。

通过盲人导航系统，盲人可以通过语音输入需要查询的交通信息，比如公交、地铁等的时间表、站点位置信息等。

这些信息系统会根据盲人的输入，通过语音提示的方式返回给用户，以帮助盲人更好地规划行程。

3.预警设施在导航过程中，如果盲人遇到危险，比如道路状况不良或者有人行道障碍物等情况，系统会立即通过语音提示的方式告知盲人，以确保盲人的安全。

三、可行性分析1.硬件方面从目前技术和市场上来看，基于语音识别技术的盲人导航系统的硬件设备是非常可行的。