基于蓝牙语音传输的导盲器
【摘要】本设计采用STCC51单片机作为内核控制器，利用超声波测距的原理，对盲人前面道路上的障碍物进行距离探测，并把障碍物距离信息变成声音提示存储在语音芯片内，通过单片机控制蓝牙模块CSR BC417143把语音传送到蓝牙耳机，盲人收到语音后根据提示语音来判断周围是否存在障碍物，进而做出路径选择，达到导盲作用。
【关键词】超声波；单片机；蓝牙
1.研究的意义
从全国防盲技术指导组办公室得到的数据也显示，我国有500万盲人，占世界盲人总数的1/5。因此，设计一款适合盲人在生活中使用的导盲器十分必要。以往设计的导盲器，如电子导盲仪（ETA）、移动式机器人穿、戴式导盲仪等。ETA在工作的时后需要盲人进行不断的扫描，当ETA检测奥障碍物还必须经过附加测量才能知道其大小，因此大大降低了盲人的移动速度。移动式机器人虽然功能上比ETA更完善，使用时更加的智能，但是它对需要跨越的障碍物的处理相当困难，受到地形；而且行走的路径是由移动机器人决策显得盲人非常被动。NavBelt是直接穿载在盲人的身上的，半被动式的指引让盲人缺乏安全感和依赖感。本系统设计的导盲器是以引导性的拐杖为载体，延续传统导盲杖的使用可以为盲人带来安全感和依赖感。同时在拐杖接地端设置的四个超声波探头可以实现对前方障碍物的精确探测，满足盲人使用的智能性，为盲人的生活带来方便。真人的语音提示录制，模拟真实的路况做出的指导，为盲人提供最直接的指引。生处嘈杂的环境中，带上无线的蓝牙耳机接收提示音，可以清楚听清语音做出正确的行进。本设计制作的导盲器旨在真正做到为盲人的生活带来方便性和准确的指导。
2.导盲器结构框图
导盲装置是以STCC51单片机作为控制器，利用超声波发射与接收的原理对前方是否有障碍物进行分析，用蓝牙耳机进行语音提示。系统的硬件结构框图如图2-1所示，主要由单片机控制系统、超声波发射电路、接收放大电路、语音提示电路、蓝牙传输模块和蓝牙耳机组成。STCC51单片机是整个系统的核心部件，用来控制、协调各部件的工作。工作时先由单片机控制扫描P2口，看超声波传感器是否有低电平传入（也就是前方是否有障碍物），通过判定并执行相应的提示音。
3.导盲器硬件设计
3.1 蓝牙模块电路图
本设计采用CSR BC417143芯片，该芯片支持蓝牙2.0协议和EDR模式，支持π/4 DQPSK和8DPSK调制模式，最大速率可以达到3Mbps，外置最大支持8Mbit FLASH。Firmware支持HF和HSprofile，工作在source模式。其中8M的闪存用来存储蓝牙模块的代码和协议，复位控制用单片机的一个IO来实现；模拟音频输入信号接到ISD4004的AOUT管脚；单片机通过UART接口与蓝牙模块进行连接，单片机的TXD和RXD端分别接在蓝牙模块的RXD和TXD端。具体的连接框图如图3-1所示。
3.2 超声波发射与接收电路
本设计采用测量原理简单、测量精度较高、覆盖性较大的超声波来探测前方障碍物，超声波探测系统主要利用压电转换效应完成声能与电能转换。即在发射超声波的时候，它是将电压能转换为发射的超声波信号。在接收超声波回波的时候，则将超声振动转换成电
能信号。在设置时在导盲杖的着地端安置四个方向不同的超声探头，分别指向前、上、左、右四个方向。在超声波发射电路和接收电路中都要对相应信号进行整形及放大，并加上温度补偿电路就可以保证测量数据尽可能精确。
超声波探测系统主要由超声波谐振频率发生电路和频率调理电路、超声波发射电路部分、超声波接收电路、超声波回波信号整形电路四部分组成该系统。
超声波谐振频率发生电路使用NE555和电容电阻组成的电路产生40KHz的方波，以使超声波传感器产生谐振，具有分压器，比较器，触发器等功能。
超声波接收处理部分的电路前级采用低噪声输入的NE5532构成一个10000倍放大器，对接收超声波信号进行放大，后级采用LM311比较器对接收的超声波信号进行调整，信号低通滤波后滤除4KHz以上的信号，将超声波信号放大后送入单片机。
3.3 语音提示
单片机对四个超声探头采集的信息进行处理，得到的数字信息通过串口送入语音芯片，与预先录好的提示音匹配，找到对应的提示音，再经过AOUT输出传送给蓝牙模块的PCM输入。其中单片机与语音芯片的硬件连接如图3-2所示。
4.导盲器的软件设计
本设计采用Keil C软件来实现系统的程序编程，具体的系统工作流程如图4-1所示：
4.1 CSR BC417143模块通信程序设计
单片机控制CSR BC417143是通过串口进行的，因此单片机控制CSR BC417143实际就是对串口的操作，单片机可以控制蓝牙模块完成复位蓝牙设备、读相关蓝牙设备模块、对蓝牙地址初始化、查询蓝牙模块、对蓝牙模块进行快速建立连接、同时可以进行蓝牙的发送数据、蓝牙的接受数据和断开连接等。单片机将控制命令和数据发送给蓝牙模块是通过HCI传输层实现的，蓝牙模块将其状态信息及数据以HCI事件的形式返回给单片机也是通过HCI传输层。每个HCI分组都是以HCI指示符为开始，不同的指示符代表不同类型的HCI分组，如：0x01 HCI指令分组；0x02 HCI ACL数据分组；0x03 HCI SCO数据分组；0x04 HCI事件分组。
在蓝牙数据传输应用中，采用一对一串口数据通讯，即蓝牙设备事先设好两个蓝牙设备之间的配对信息，主端预先绑定与从端设备的PIN码、地址等，两端设备加电即自动建链，透明串口传输，无需外围电路干预体设置过程如下：
CSR BC417143模块采用的是串口进行的初始化配置，模块默认波特率9600bps，设备名称：dz，配对密码：1234，如按默认参数进行自动配对连接则无需以下个性设置。所有AT指令设置好的参数掉电都可保存。
