一种新型盲人导行识别系统的设计
世界各国存在数量庞大的视觉残疾人。如何提高他们的生活质量，解决盲人的出行，已经成为全世界各国共同关注的问题。目前，盲人仍主要依靠探路棍、简单的触觉来认识世界。我国盲人用品用具市场存在两极分化的现状，低端的生活学习用品、用具较为丰富，而高端的产品却极为稀缺。当前市场上的助盲器材成型产品扁平型电感仅处于障碍物报警的初始水平，实用功能极其有限，不能给盲人提供足以理解周围环境的模压电感器信息，远远不能满足盲人的生活需求。世界上有许多国家和科研机构正在研发盲人导行识别装置。例如，盲人双耳语音提示系统[1]，采用超声波对障碍电感型号物、路面纹理变化情况等进行检测，通过声音信号进行提示;李广强利用DSP处理器开发了助盲识别、语音提示系统[2];陈美銮采用超声测距、语音报警的方法设计智能盲人导行仪[3];谢强将图像信号转换为调频式的音频信号的方法，设计电子助盲器[4];贺菊方采用超声测距,将超声波转化为声波的方法设计帮助盲人行走、识别障碍物的电子装置[5]。本文则利用无线传感器网络设计一种新型的盲人导行识别系统。
1 系统设计
本系统利用GPS测量盲人具体位置，利用超声波测量盲人与物体的距离,利用CCD摄像头拍摄物体的图像。这些信息通过ZigBee网络传输给计算机，信息经计算机处理后再通过ZigBee网络将输出结果传送给语音控制板，经语音合成处理后为盲人进行语音提示。该系统不仅能帮助盲人判断方向和障碍物的位置，也能识别障碍物的类型，帮助盲人在指定的小区里为自己定位，并指明目的地大致方向。同时，该系统也能帮助盲人识别周围的物品，为盲人日常生活提供方便。系统利用ZigBee网络进行信号无线传输,其原理图如图1所示。ZigBee网络节点包括普通节点、sink节点和网关节点。普通节点通过传感器完成数据采集，sink节差模电感点进行多跳中继传输，网关节点通过RS485串行通信把汇集的信息传输给PC机。本系统的普通节点包括GPS测量位置、超声测距、图像采集和语音提示模块。单个ZigBee网络节点在室内可覆盖10 m，在室外可覆盖30 m～75 m。sink节点可将信号进行多跳中继传输，从而扩展ZigBee网络覆盖范围。
2 无线传感网络节点设计
无线传感网络节点是一个微型化的嵌入式系统，由数据采集模块、微处理器模块、无线通信模块、电源模块4个部分组成，如图2所示。数据采集模块负责信息的采集并将采集的信号转变为数字信号，传送给微处理器模块；微处理器模块负责控制整个节点的处理操作、路由协议、功耗管理、任务管理等。本系统采用的ZigBee硬件平台可分为LPC2138控制模块、MC13192射频模块、RS232串行通信模块、数据采集模块、电源模块。LPC2138芯片是一个嵌入式32位ARM7微控制器，带有512 KB嵌入式的高速Flash存储器和32 KB片内静态RAM，具有2个8 路10位A/D转换器、1个D/A转换器、47个GPIO及9 个边沿或电平触发的外部中断。低功耗射频双向收发器MC13192，符合IEEE 802.15.4标准，工作于2.4 GHz ISM频段，可提供250 Kb/s的数据速率和16个不同的信道，采用正交QPSK调制和直接序列扩频编码，通过1个4线串行接口与MCU通信。数据采集模块中的A/D转换器选用模数转换器AD7674，具有18位高精度分辨率,最大转换时钟频率可达800 MHz。
3 射频通信电路的设计
MC13192射频通信电路包括MC13192支撑电路和天线电路，如图3所示。MC13192支撑电路包括电源电路、滤波电路和晶振电路。VBATT、VDDINT是电源输入引脚，MC13192的正常工作电压为2.0～3.6 V，引脚VBATT与引脚VDDINT并联，外接1个4.7 ?滋F的稳压电容。引脚VDDA、VDDLO1、VDDLO2并联，外接1个100 nF的滤波电容，3个引脚输出电压为经过整流的模拟电压。引脚VDDD输出电压为经过内部整流的数字电压。VDDVCO为大功率电感贴片电感器VCO电路供电，外接1个220 pF的电容。XTAL1、XTAL2外接16 MHz的专用于2.4 GHz射频电路的晶振，旁路电容为10 pF。MC13192射频电路的天线采用PCB类型的天线，这种类型的天线适合应用于无线传感器网络的硬件平台。RFIN-和RFIN+为接收通道，2个18 pF的电容能滤除高频干扰信号。PAO-、PAO+为发送通道，这2个管脚与VDDA连在一起，给发送通道提供必要的能量。 平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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