一種嵌入式智能導盲儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種嵌入式智能導盲儀，包括主控制器、FLASH存儲器、溫度傳感器、超聲波傳感器、A\D轉換器、液位傳感器、語音播報器、GSM求助器、蜂鳴器、警戒燈與邏輯譯碼電路；其中，主控制器采用DSP芯片；FLASH存儲器與DSP芯片及邏輯譯碼電路相連；DSP芯片還與溫度傳感器、超聲波傳感器相連；水位傳感器通過A/D轉換器與DSP芯片相連；語音播報器與GSM求助器均采用串口與DPS芯片進行通信；蜂鳴器通過放大電路與DPS芯片相連；警戒燈通過開關與電源電路相連；本實用新型的優(yōu)點為：能夠實時檢測盲人距前方障礙物的距離；當盲人需要求助時，發(fā)送求助短信或求助電話；且實時檢測到路面積水信息；并具有夜晚警戒燈。
【專利說明】一種嵌入式智能導盲儀

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及DSP處理器、傳感器技術、GPRS、語音播報等相結合的技術，具體 來說，是一種嵌入式智能導盲儀。

【背景技術】
[0002] 導盲犬是引領盲人出行的一種方式。導盲犬訓練周期比較長，購買和飼養(yǎng)導盲犬 的價格非常昂貴，大多數(shù)盲人無力承擔這筆費用。
[0003] 導盲輔助產(chǎn)品是新科技背景下盲人出行的另一種選擇方式。目前市場上的導盲輔 助產(chǎn)品存在功能比較單一、體積較大、價格昂貴等不足。設計精確避障、功能多樣、體積小 巧、價格低廉的導盲設備是導盲領域研宄的熱點和難題。 實用新型內容
[0004] 為了解決上述問題，本實用新型提出一種嵌入式智能導盲儀，主要針對盲人出行 難的問題，利用超聲波測距理論實現(xiàn)為盲人出行導航。
[0005] -種嵌入式智能導盲儀，包括主控制器、FLASH存儲器、溫度傳感器、超聲波傳感 器、A\D轉換器、水位傳感器、語音播報器、GSM求助器、CPLD邏輯譯碼電路、蜂鳴器與警戒 燈。
[0006] 其中，主控制器采用DSP芯片，具有JTAG仿真接口以及由電源電路、時鐘電路、復 位電路構成的控制電路。FLASH存儲器與DSP芯片及邏輯譯碼電路相連。DSP芯片還與溫 度傳感器、超聲波傳感器相連。水位傳感器通過A/D轉換器與DSP芯片相連。語音播報器 與GSM求助器均采用串口與DPS芯片進行通信。蜂鳴器通過放大電路與DPS芯片相連。警 戒燈通過開關與電源電路相連。邏輯譯碼電路輸入端的IO來自DSP芯片的部分數(shù)據(jù)線、部 分地址線、K、沉、兩、IOSTRB、MSTRB、R/W、屈、MΡ/?^、串行時鐘BCLKX信 號；輸出端的IO為FLASH存儲器的片選信號、讀信號、寫信號、復位信號、準備好信號；A/D 轉換芯片的時鐘信號；GSM模塊的片選信號、讀信號、寫信號；擴展串口外設的片選信號、讀 信號、寫信號、主復位信號。
[0007] 所述電源電路具有±12V、+5V、+3. 3V和+1.6V輸出電壓，±12V和+5V電壓分別 給擴展外設供電，+3. 3V和+1. 6V電壓分別給DSP芯片的I/O接口和CPU內核供電。
[0008] 本實用新型的優(yōu)點在于：
[0009] 1、本實用新嵌入式智能導盲儀，能夠實時檢測盲人距前方障礙物的距離，檢測距 離通過語音系統(tǒng)進行實時播報或通過蜂鳴器進行報警；
[0010] 2、本實用新嵌入式智能導盲儀，當盲人需要求助時，可一鍵向設定求助人的手機 發(fā)送求助短信或求助電話；
[0011] 3、本實用新嵌入式智能導盲儀，能夠實時檢測到路面積水信息，積水信息通過語 音系統(tǒng)進行提示或通過蜂鳴器進行報警；
[0012] 4、本實用新嵌入式智能導盲儀，具有夜晚警戒燈，提示車輛或行人對盲人進行避 讓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本實用新型嵌入式智能導盲儀整體結構框圖。
[0014] 圖中：
[0015] 1-主控制器 2-FLASH存儲器 3-溫度傳感器
[0016] 4-超聲波傳感器 5_A\D轉換器 6-水位傳感器
[0017] 7-語音播報器 8-GSM求助器 9-邏輯譯碼電路
[0018] 10-蜂鳴器 11-警戒燈

【具體實施方式】
[0019] 下面將結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0020] 本實用新型嵌入式智能導盲儀，包括主控制器UFLASH存儲器2、溫度傳感器3、超 聲波傳感器4、A\D轉換器5、水位傳感器6、語音播報器7、GSM求助器8、CPLD邏輯譯碼電 路9、蜂鳴器10與警戒燈11。
[0021] 主控制器1采用DSP芯片，型號為TMS320VC5416,具有先進的修正哈佛結構、專用 硬件邏輯的CPU、片內存儲器、片內外設和專用的指令集。DSP芯片具有JTAG仿真接口以及 由電源電路、時鐘電路、復位電路構成的控制電路。由于TMS320VC5416型號的DPS芯片為 雙電壓供電芯片，其中，I/O接口為+3. 3V電壓供電，CPU和其他所有的外設邏輯為+1.6V 電壓供電。因此，本實用新型的電源電路具有+1. 6V和+3. 3V電壓輸出，分別與DSP芯片的 +1. 6V電壓輸入引腳以及+3. 3V電壓輸入引腳相連，保證DSP正常工作。時鐘電路是DSP芯 片處理數(shù)字信息的基礎，同時也是產(chǎn)生電磁輻射的主要來源，其性能好壞直接影響到系統(tǒng) 是否正常運行，所以時鐘電路在數(shù)字系統(tǒng)設計中占有至關重要的地位。本實用新型的時鐘 電路采用IOMHz有源晶振，時鐘信號穩(wěn)定，電磁干擾小，時鐘電路晶振輸出引腳與DSP芯片 的時鐘引腳相連。復位電路來確保本實用新型導盲儀加電過程中，在主控制器1電壓和各 擴展設備（FLASH存儲器2、溫度傳感器3、超聲波傳感器4、A\D轉換器5、水位傳感器6、語 音播報器7、GSM求助器8)電壓達到要求之前，DSP芯片始終處于復位狀態(tài)，直到主控制器1 電壓和擴展設備電壓達到所要求的電平。同時如果電源的電壓一旦降到門限值以下，則強 制DSP芯片進入復位狀態(tài)，確保本實用新型導盲儀穩(wěn)定工作。本實用新型中復位電路應確 保復位低電平時間足夠長（一般需要20ms以上），保證DSP芯片可靠復位，且應保證穩(wěn)定性 良好，防止DSP芯片誤復位；復位電路中，復位按鍵的復位引腳接DSP芯片的復位引腳，DSP 芯片的復位引腳通過上拉電阻接至+3. 3V電壓，DSP芯片的復位引腳經(jīng)充電電容與復位按 鍵的地連接即可。JTAG仿真接口是一種國際標準測試協(xié)議，主要用于芯片內部測試及對系 統(tǒng)進行仿真、測試。JTAG技術是一種嵌入式調試技術，它在芯片內部封裝了專門的測試電 路TAP(Test Access Port，測試訪問口），通過專用的JTAG測試工具對內部節(jié)點進行測試。 本實用新型中DSP芯片的JTAG仿真接口滿足IEEE 1149. 1標準，用來連接DSP芯片和外部 測試工具，實現(xiàn)對DSP芯片的實時訪問。
[0022] 由于上述DSP芯片自身不帶有FLASH存儲器2,在做硬件設計時必須要考慮到本實 用新型導盲儀脫機運行的情況，程序代碼的存儲和固化是系統(tǒng)脫機運行的基礎。在嵌入式 系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)程序的脫機自動運行，程序一般均固化在電可擦除的FLASH存儲器2中。 因此，本實用新型中，通過擴展的FLASH存儲器2實現(xiàn)本實用新型導盲儀中各部分工作指 令的存儲和固化，實現(xiàn)本實用新型導盲儀的脫機運行。其中，DSP芯片的數(shù)據(jù)線、地址線與 FLASH存儲器2的數(shù)據(jù)線、地址線分別相連，F(xiàn)LASH存儲器2的片選信號、讀信號、寫信號與 CPLD邏輯譯碼電路9的I/O邏輯引腳相連，通過CPLD邏輯譯碼電路9實現(xiàn)FLASH存儲器2 片選信號、讀信號、寫信號的模擬。所述FLASH存儲器2是新型的可電擦除的非易失性只讀 存儲器，屬于EEPROM器件，與其它的ROM器件相比，其存儲容量大、體積小、功耗低，特別是 其具有在系統(tǒng)可編程擦寫而不需要編程器擦寫的特點，使它迅速成為存儲程序代碼和重要 數(shù)據(jù)的非易失性存儲器，成為嵌入式系統(tǒng)必不可少的重要器件。
[0023] 所述溫度傳感器3的控制線與DSP芯片的一個GPIO引腳相連，用來實時測量實 際環(huán)境溫度。所述溫度傳感器3采用單總線數(shù)字溫度傳感器3,具有9?12位的測量精度， 溫度測量范圍為-55?+125°C，采用+5V電源供電。上述溫度傳感器3可準確測量外界溫 度，抗干擾能力強，轉換精度高，接口電路簡單。
[0024] 所述超聲波傳感器4是實現(xiàn)聲電轉換的裝置，又稱為超聲波換能器或超聲波探 頭，既能發(fā)射超聲波，又能接收發(fā)射出去的超聲波的回波，并能轉換成電信號。本實用新型 中超聲波傳感器4與DSP芯片的一個GPIO引腳相連，用來模擬發(fā)射40KHz的超聲波，超聲 波遇障礙物反射的回波通過DSP芯片的外部中斷引腳進行判斷，并通過DSP芯片的內部定 時器進行精確計時，得到超聲波到障礙物的距離。本實用新型的測距范圍為〇?3米。
[0025] 由于超聲波信號在空氣中傳播速度會隨介質溫度的升高而增加，氣溫每上升1°C， 聲波速度增加〇. 6m/s，所以在測量中要考慮溫度變化的因素，根據(jù)溫度傳感器3實時測量 實際環(huán)境溫度，對超聲波的聲速進行溫度補償，減少測量誤差，提高測距精度。
[0026] 所述水位傳感器為全密封小型液位傳感器6,采用MEMS技術，選用高穩(wěn)定性、高可 靠性傳感器，且具有高可靠性的放大電路，利用壓力與液位高度正比的關系，輸出與被測液 位高度成正比的模擬信號。水位傳感器的模擬信號輸出引腳與A/D轉換器5的模擬輸入引 腳相連。本實用新型中小型的液位傳感器6量程范圍為0?1米，傳感器直徑Φ4_、高度 12mm〇
[0027] 上述A/D轉換器5的芯片與DSP芯片的一組McBSP串行接口（McBSP串行接口配 置為SPI模塊）相連，因 McBSP的串口發(fā)送時鐘與AD7887的工作時鐘反向，所以McBSP的 串口發(fā)送時鐘通過CPLD邏輯譯碼電路9軟件譯碼后，反向后的時鐘信號由CPLD邏輯譯碼 電路9 一個引腳輸出，并與AD7887的工作時鐘相連，實現(xiàn)時鐘控制。通過DSP控制A/D轉 換芯片對水位傳感器輸出的模擬信號進行模數(shù)轉換。本實用新型中A/D轉換芯片型號為 AD7887,是一款高速、低功耗、12位的模數(shù)轉換器，供電電壓為+5V，具有125kSPS的吞吐率， 轉換的信號速率可達2. 5MHz ;且具有單/雙通道兩種工作模式和靈活的電源管理模式，并 可通過芯片上的控制寄存器進行轉換。在缺省的單通道模式中，AD7887還可作只讀ADC。
[0028] 所述語音播報器7采用高集成度的語音合成芯片，可實現(xiàn)中文、英文語音合成；并 集成了語音編碼、解碼功能，支持用戶進行錄音和播放。用戶可選用耳機或揚聲器播報。語 音播報單元用來提醒盲人距前方障礙物的距離或路段的積水信息。
[0029] 所述GSM求助器8采用集成的GSM模塊，具有開放的44引腳接口，由串口進行控 制，方便用戶進行二次開發(fā)。GSM求助器8用來在盲人遇到危險或緊急情況時，向設定的求 助人發(fā)送求助短信或求助電話。GSM模塊的讀信號、寫信號、片選信號均通過CPLD邏輯譯碼 電路9軟件譯碼實現(xiàn)。
[0030] 上述語音播報器7與GSM求助器8均采用串口與DPS芯片進行通信，因 TMS320VC5416型號DSP芯片無串口外設，因此，本實用新型中DSP芯片采用兩片16C550芯 片進行兩組串口擴展，實現(xiàn)DSP芯片并口到串口的轉換，使DSP芯片可快速高效地與語音播 報器7、GSM求助器8進行通訊。其中，16C550芯片的片選信號、讀信號、寫信號、主復位信 號均通過CPLD邏輯譯碼電路9軟件譯碼實現(xiàn)。
[0031] 所述蜂鳴器的工作電流一般比較大，以至于TMS320VC5416DSP芯片的GPIO 口 是無法直接驅動的，所以要利用放大電路來驅動，一般使用三極管來放大電流即可。 TMS320VC5416DSP芯片的GPIO引腳經(jīng)4. 7K Ω接NPN三極管的b極，三極管的c極接蜂鳴器 的控制引腳，三極管的e極接GND，蜂鳴器的電源引腳接5V電壓即可。本實用新型導盲儀不 選用語音實時播報時，可選用蜂鳴器報警。語音播報和蜂鳴器的播報通過撥碼開關進行選 擇。
[0032] 所述夜晚警戒燈通過開關與+5V電源相連，通過開關控制其點亮與關閉的狀態(tài)。 夜晚警戒燈用于盲人夜晚出行時提醒車輛或行人進行避讓，進一步保證盲人出行的安全。
[0033] 所述CPLD邏輯譯碼電路9為擴展的外設提供匹配的時序要求和關鍵的控制信號， 滿足硬件設計的需要。其采用+3. 3V電源供電，仿真接口為標準的JTAG接口，根據(jù)硬件設計 譯碼的要求，定義為輸入端的IO主要是來自DSP芯片的部分數(shù)據(jù)線、部分地址線、K (10空 間的片選信號）、涵（數(shù)據(jù)空間的片選信號）、兩(程序空間的片選信號）、IOSTRB (I/O 選通信號）、兄玩^ (存儲器選通信號）、R/$ (讀寫信號）、而（復位信號）、ΜΡΜ0、 串行時鐘BCLKX等信號；定義為輸出端的IO主要是FLASH存儲器2的片選信號、讀信號、寫 信號、復位信號、準備好信號；A/D轉換芯片的時鐘信號；GSM模塊的片選信號、讀信號、寫信 號；擴展串口外設的片選信號、讀信號、寫信號、主復位信號。
[0034] 本實用新型導盲儀還具有GSM求助器8按鍵，警戒燈開啟/關閉的開關，以及GSM 求助器8中求助人電話號碼更改的按鍵。
【權利要求】
1. 一種嵌入式智能導盲儀，其特征在于：包括主控制器、FLASH存儲器、溫度傳感器、超 聲波傳感器、A\D轉換器、水位傳感器、語音播報器、GSM求助器、CPLD邏輯譯碼電路、蜂鳴器 與警戒燈；其中，主控制器采用DSP芯片，具有JTAG仿真接口以及由電源電路、時鐘電路、 復位電路構成的控制電路；FLASH存儲器與DSP芯片及邏輯譯碼電路相連；DSP芯片還與溫 度傳感器、超聲波傳感器相連；水位傳感器通過A/D轉換器與DSP芯片相連；語音播報器與 GSM求助器均采用串口與DPS芯片進行通信；蜂鳴器通過放大電路與DPS芯片相連；警戒 燈通過開關與電源電路相連；邏輯譯碼電路輸入端的IO來自DSP芯片的部分數(shù)據(jù)線、部分 地址線、B、M、兩、IOSTRB、MSTRB、R/W、品、MP/^--、串行時鐘 BCLKX信號； 輸出端的IO為FLASH存儲器的片選信號、讀信號、寫信號、復位信號、準備好信號；A/D轉 換芯片的時鐘信號；GSM模塊的片選信號、讀信號、寫信號；擴展串口外設的片選信號、讀信 號、寫信號、主復位信號。
2. 如權利要求1所述一種嵌入式智能導盲儀，其特征在于：所述電源電路具有±12V、 +5V、+3. 3V和+1. 6V輸出電壓，± 12V和+5V電壓分別給擴展外設供電，+3. 3V和+1. 6V電 壓分別給DSP芯片的I/O接口和CPU內核供電。
3. 如權利要求1所述一種嵌入式智能導盲儀，其特征在于：所述時鐘電路采用IOMHz 有源晶振，時鐘電路晶振輸出引腳與DSP芯片的時鐘引腳相連。
4. 如權利要求1所述一種嵌入式智能導盲儀，其特征在于：所述JTAG仿真接口滿足 IEEE 1149. 1 標準。
5. 如權利要求1所述一種嵌入式智能導盲儀，其特征在于：所述溫度傳感器采用單總 線數(shù)字溫度傳感器，具有9?12位的測量精度，溫度測量范圍為-55?+125°C，采用+5V電 源供電。
6. 如權利要求1所述一種嵌入式智能導盲儀，其特征在于：所述水位傳感器6量程范 圍為0?1米，傳感器直徑Φ4mm、高度12mm。
7. 如權利要求1所述一種嵌入式智能導盲儀，其特征在于：所述A/D轉換芯片型號為 AD7887,是一款高速、低功耗、12位的模數(shù)轉換器，供電電壓為+5V，具有125kSPS的吞吐率， 轉換的信號速率可達2. 5MHz ;且具有單/雙通道兩種工作模式和靈活的電源管理模式。
8. 如權利要求1所述一種嵌入式智能導盲儀，其特征在于：還具有GSM求助器按鍵，警 戒燈開啟/關閉的開關，以及GSM求助器中求助人電話號碼更改的按鍵。
【文檔編號】G08B21/02GK204170056SQ201420585807
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權日:2014年10月10日
【發(fā)明者】劉紅梅, 曲愛玲, 周曉峰 申請人:北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院