超声波测距在导盲系统中的应用(附件)【字数：18240】
摘 要摘 要社会变化日新月异基础设施的快速发展以及生活节奏的不断加快使得盲人的出行难度不断加深，普通的导盲设备因为功能少使用不够便利已经很难满足盲人在日常生活中的需要。盲人事故的持续发生，导致导盲设备的要求也随之提高。随着对智能可穿戴设备需求的增加，导盲设备多功能化的需求也随之不断增长。近年来，关于超声波探测、GPS定位和GSM通信的研究及其应用层出不穷。本设计主要实现多功能的导盲系统，由超声波收发模块、DS18B20温度检测模块、报警模块、1602液晶显示模块、GPS定位模块、GSM模块组成，其中采用STC12C5A60S2单片机作为系统的主控芯片。HC-SR04超声波模块实现对超声波脉冲信号的收发，DS18B20模块实现对环境温度的检测，距离检测通过超声波脉冲信号往返的时间并加上温度对于超声波速度的影响求解得出。并通过蜂鸣器实现距离分段报警当距离在0-1米内以频率1报警，距离在1-2米以频率2报警。1602液晶显示模块能实时显示超声波模块测量的距离和环境温度并能切换显示经纬度信息。GPS模块选用国产VK2828U7G5LF模块实现对卫星导航电文的接收计算得出经纬度数据，GSM模块SIM900A 由单片机通过AT指令控制的方式对GPS定位数据以短信方式发送至手机端。关键词超声波测距；温度补偿；GPS定位；GSM通信
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 超声波技术研究现状 2
1.2.2 GPS研究现状 2
1.2.3 GSM通信研究现状 3
1.3 课题内容及安排 4
1.4 本章小结 5
第二章 系统方案论证和总体设计 6
2.1 总体方案设计 6
2.2 方案论证 6
2.2.1 主控芯片的选择 6
2.2.2 超声波测距方案 7
2.2.3 GPS信号接收方案 8
2.2.4 定位数据传送方案 9
2.3 本章小结 9
第三章 系统硬件设计 10
3.1 STC12C5A60S2单片机 10
3.1.1 STC12C5A *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
60S2简介 10
3.1.2 STC12C5A60S2电路设计 11
3.2 超声波模块HCSR04 12
3.2.1 HCSR04简介 12
3.2.2 HCSR04测距原理 12
3.2.3 HCSR04电路设计 13
3.3 定位模块VK2828U7G5LF 14
3.3.1 VK2828U7G5LF简介 14
3.3.2 VK2828U7G5LF定位原理 16
3.3.3 VK2828U7G5LF电路设计 16
3.4 SIM900A GSM模块 17
3.4.1 SIM900A简介 17
3.4.2 SIM900A电路设计 18
3.5 DS18B20温度模块 19
3.5.1 DS18B20简介 19
3.5.2 DS18B20测温原理 20
3.5.3 DS18B20电路设计 22
3.6 LCD1602显示屏 22
3.6.1 LCD1602简介 22
3.6.2 LCD1602电路设计 23
3.7 本章小结 23
第四章 系统软件设计 24
4.1 超声波测距设计 24
4.2 温度测量设计 25
4.2.1 DS18B20通信协议 25
4.2.2 温度测量流程 27
4.3 GPS定位设计 28
4.3.1 GPS通信协议 28
4.3.2 GPS定位流程 28
4.4 SIM通信设计 29
4.4.1 AT指令 29
4.4.2 短信收发流程 30
4.5 本章小结 31
第五章 系统调试与测试 32
5.1 系统调试与测试 32
5.1.1 超声波测距及误差分析 32
5.1.2 分段报警 33
5.1.3 GPS定位 33
5.1.4 接收定位数据 35
5.2 问题及解决 36
5.2.1 串口问题 36
5.2.2 GPS数据无法识别 36
5.2.3 温度显示故障 36
5.3 本章小结 36
结 论 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
人类探知客观社会、提高认知能力和搜集信息主要得益于视觉的帮助。视觉能力从某种程度上可以说是人类所有感知能力中必不可少的功能之一。但是盲人却因为天生的视觉疾病或是眼部的意外创伤永久失去了这一感官功能。也因为视觉的丧失导致盲人们在日常的起居尤其是独立行走过程带来了很大的不便。数据显示中国的盲人数量位居世界第一，达到1500万人次，并且这一数据正在不断增加，大约每年新增四十万人。社会变化日新月异基础设施的快速发展以及生活节奏的不断加快使得盲人的出行难度不断加深，普通的导盲设备因为功能少使用不够便利已经很难满足盲人在日常生活中的需要。又因为导盲犬的匹配复杂、不易训练、费用高这些原因造成导盲犬的应用无法普及[1]。因为盲人事故的持续发生，导盲设备的要求也随之提高。
为了帮助失去视力的人能够安全起居生活，让他们方便的行走，提高他们遇到障碍时的安全水平，许多的研究机构和公司都不断改造设计和研究智能导盲辅助设备。例如：智能导盲拐杖、多功能语音提示设备、导盲定位防丢系统等[2]。多功能智能导盲装置的应运而生能够丰富盲人的生活，提高他们生活的趣味性，与此同时导盲装置的存在也减轻了盲人家庭的忧虑，所以从某种角度而言导盲系统的设计与研发不仅能够降低了社会压力，而且能够促使新的导盲设备市场的产生。
现今各类导盲仪层出不穷，不同的导盲仪也基于不同的原理进行开发，其中一种导盲设备原理是基于超声波测距。超声波拥有其特殊的传播特征和不可替代的位置。其普遍运用在工业生产制造和日常活动的许多相关领域。另外超声波在众多领域有着不可替代的地位例如医学研究、冶金以及机械加工等领域[3]。但是现如今单一的导盲设备显然无法满足需要，盲人除了需要避免障碍物还需要具备应对突发情况的能力，当盲人意外走失时GPS的实时定位成为必不可少的功能之一，家属可以根据GSM的短信通信功能快速获取GPS的定位数据。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 超声波技术研究现状 2
1.2.2 GPS研究现状 2
1.2.3 GSM通信研究现状 3
1.3 课题内容及安排 4
1.4 本章小结 5
第二章 系统方案论证和总体设计 6
2.1 总体方案设计 6
2.2 方案论证 6
2.2.1 主控芯片的选择 6
2.2.2 超声波测距方案 7
2.2.3 GPS信号接收方案 8
2.2.4 定位数据传送方案 9
2.3 本章小结 9
第三章 系统硬件设计 10
3.1 STC12C5A60S2单片机 10
3.1.1 STC12C5A *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
60S2简介 10
3.1.2 STC12C5A60S2电路设计 11
3.2 超声波模块HCSR04 12
3.2.1 HCSR04简介 12
3.2.2 HCSR04测距原理 12
3.2.3 HCSR04电路设计 13
3.3 定位模块VK2828U7G5LF 14
3.3.1 VK2828U7G5LF简介 14
3.3.2 VK2828U7G5LF定位原理 16
3.3.3 VK2828U7G5LF电路设计 16
3.4 SIM900A GSM模块 17
3.4.1 SIM900A简介 17
3.4.2 SIM900A电路设计 18
3.5 DS18B20温度模块 19
3.5.1 DS18B20简介 19
3.5.2 DS18B20测温原理 20
3.5.3 DS18B20电路设计 22
3.6 LCD1602显示屏 22
3.6.1 LCD1602简介 22
3.6.2 LCD1602电路设计 23
3.7 本章小结 23
第四章 系统软件设计 24
4.1 超声波测距设计 24
4.2 温度测量设计 25
4.2.1 DS18B20通信协议 25
4.2.2 温度测量流程 27
4.3 GPS定位设计 28
4.3.1 GPS通信协议 28
4.3.2 GPS定位流程 28
4.4 SIM通信设计 29
4.4.1 AT指令 29
4.4.2 短信收发流程 30
4.5 本章小结 31
第五章 系统调试与测试 32
5.1 系统调试与测试 32
5.1.1 超声波测距及误差分析 32
5.1.2 分段报警 33
5.1.3 GPS定位 33
5.1.4 接收定位数据 35
5.2 问题及解决 36
5.2.1 串口问题 36
5.2.2 GPS数据无法识别 36
5.2.3 温度显示故障 36
5.3 本章小结 36
结 论 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
人类探知客观社会、提高认知能力和搜集信息主要得益于视觉的帮助。视觉能力从某种程度上可以说是人类所有感知能力中必不可少的功能之一。但是盲人却因为天生的视觉疾病或是眼部的意外创伤永久失去了这一感官功能。也因为视觉的丧失导致盲人们在日常的起居尤其是独立行走过程带来了很大的不便。数据显示中国的盲人数量位居世界第一，达到1500万人次，并且这一数据正在不断增加，大约每年新增四十万人。社会变化日新月异基础设施的快速发展以及生活节奏的不断加快使得盲人的出行难度不断加深，普通的导盲设备因为功能少使用不够便利已经很难满足盲人在日常生活中的需要。又因为导盲犬的匹配复杂、不易训练、费用高这些原因造成导盲犬的应用无法普及[1]。因为盲人事故的持续发生，导盲设备的要求也随之提高。
为了帮助失去视力的人能够安全起居生活，让他们方便的行走，提高他们遇到障碍时的安全水平，许多的研究机构和公司都不断改造设计和研究智能导盲辅助设备。例如：智能导盲拐杖、多功能语音提示设备、导盲定位防丢系统等[2]。多功能智能导盲装置的应运而生能够丰富盲人的生活，提高他们生活的趣味性，与此同时导盲装置的存在也减轻了盲人家庭的忧虑，所以从某种角度而言导盲系统的设计与研发不仅能够降低了社会压力，而且能够促使新的导盲设备市场的产生。
现今各类导盲仪层出不穷，不同的导盲仪也基于不同的原理进行开发，其中一种导盲设备原理是基于超声波测距。超声波拥有其特殊的传播特征和不可替代的位置。其普遍运用在工业生产制造和日常活动的许多相关领域。另外超声波在众多领域有着不可替代的地位例如医学研究、冶金以及机械加工等领域[3]。但是现如今单一的导盲设备显然无法满足需要，盲人除了需要避免障碍物还需要具备应对突发情况的能力，当盲人意外走失时GPS的实时定位成为必不可少的功能之一，家属可以根据GSM的短信通信功能快速获取GPS的定位数据。
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