盲人导向转 基于SPCE061A的盲人导向仪的设计
时间：2019-01-04 03:31:06 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要: 本文介绍了使用16位单片机SPCE061A设计的一个盲人导向系统的过程。在硬件电路设计过程中,采用了PIN公司的PNI-11096芯片组模块进行导向,选择了一款SPLC501的点阵式LCD显示屏进行数据显示。该系统还可以外接其他功能模块,在导航系统、盲人拐杖、汽车内置设备等诸多领域有着广泛的应用。
关键词: 16位单片机SPCE061A 盲人导向系统 数据校正
1.引言
盲人导向仪是为盲人指引方向的重要仪器,也可作为指南针,而指南针是航海航行的重要仪器,也是人们外出旅行、考察的必备工具。本方案使用16位单片机实现系统和SPLC501液晶模组,可以实现图形及文字显示当前方向,语音播报方向,方向校正,显示日期、时间,有秒表、闹钟、语音报时等功能。
2.系统结构及其功能
2.1系统结构
盲人导向仪系统框图如图1所示,该系统以16位单片机SPCE061A为数据处理核心,外扩SPLC501液晶模组,利用电子导向模组得到与正北方向沿顺时针方向的夹角,在液晶屏上显示角度信息。
2.2各模块功能以及硬件实现
2.2.1电子导向模块
如图2所示,电子导向模组由两个磁性传感器SEN-S65和一个驱动芯片PNI-11096构成。磁性传感器SEN-S65里面包含一个LR振荡电路,当磁性传感器SEN-S65与地球磁感线平行方向夹角发生变化时,LR振荡电路的磁感应系数也会发生变化。驱动芯片PNI-11096通过磁性传感器SEN-S65磁感应系数的变化可以计算出磁性传感器与地球磁感线之间的夹角,驱动芯片PNI-11096最多可以连接三个磁性传感器SEN-S65,这三个磁性传感器SEN-S65方向互为垂直,这样就可以测量在三维方向上与地球磁感线的夹角,从而得到当前的三维方向。只要电子导向模组得到水平方向上与地球磁感线的夹角就可以测得方向了,因此驱动芯片PNI-11096上使用了两个磁性传感器SEN-S65。
电子导向模组采用SPI接口输入与输出,16位单片机使用I/O口模拟SPI接口与电子导向模组通讯。电子导向模组在每个时钟周期的上升沿,锁存数据。
2.2.2液晶显示模块
液晶显示模块采用的SPLC501型图形点阵式液晶显示器。液晶显示器(LCD)具有显示信息丰富,功耗低,体积小,重量轻,超薄,无辐射等许多其他显示器无法比拟的优点,被广泛应用于微处理器控制的智能仪表、仪器和低功耗电子产品中。LCD可分为段位式、字符式和点阵式。其中,段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和数字的简单显示,不能满足图形曲线和汉字显示的要求。本文中所采用的MG12864型点阵式液晶显示器不仅可以显示字符和数字,而且可以显示各种图形、曲线与汉字,并且可以具有实现屏幕上下左右滚动、反转、闪烁、动画等功能。
2.2.3 SPCE061A核心处理模块
本系统采用SPCE061A开发板作为数据处理核心,通过向电子导向模组发送不同的命令字,得到X轴和Y轴磁性传感器的测量值,经过计算可以得到电子导向模组与正北方向的顺时针夹角。并将处理后的数据在SPLC501液晶模组上进行显示。
3.系统的软件实现
3.1电子导向模块的软件实现
电子导向模块的软件实现主要由PNI11096驱动程序和导向功能程序两部分组成。
PNI11096驱动程序PNI_Driver主要是用来模拟SPI时序完成对PNI11096的控制及读取数据,16位单片机SPCE061A是通过I/O口模拟SPI接口与电子导向模组通信。PNI11096驱动程序包括两个函数,PNI11096初始化函数F_PNI_11096_Init PNI,PNI11096读取函数F_PNI_11096_Read。PNI11096驱动程序函数PNI_Driver的程序流程如图3所示。
导向功能程序主要是用来实现命令的发送与接收、数据校正、图形显示,以及方向数值显示。电子导向模块在接收到系统发送的命令字后,根据命令读取x和y轴的数据,然后将得到的x和y轴的值进行校正,根据校正后的值进行进一步计算,将得到的结果返回系统。导向功能程序的核心部分在于误差的校正。
在理想状态下,X轴测量数据与Y轴测量数据变化范围都应是-32768―32767之间,X轴数据与Y轴数据组成的坐标刚好构成一个正圆形,但实际测量中,X轴测量数据与Y轴测量数据最大值或最小值均达不到-32768―32767这个范围,则导致这两个数据组成坐标构成的图形成为一个中心不在原点的椭圆形。通过计算x轴和y轴的偏移量和测量数据的极大极小值,为了得到准确的方向值我们必须对电子导向模组返回的数据进行校正,将椭圆调整为正圆形,图4(a)和图4(b)为显示了测量坐标图在校正前后的对比情况。
从电子导向模组得到X轴方向和Y轴方向测量数据经过较正后,根据公式angle=atan(y/x)就可以计算出电子导向模组与正北方向的顺时针夹角了。还有一个问题是要根据角度所在的不同的象限,对求得的角度值加以修正。角度值修正程序的示意性代码如下所示:
Ratio=yRevise/xRevise;
if(角度值小于0)
{
Ratio=0 - Ratio;
使用反正玄函数计算角度值;
}
else if(角度值在第一象限)
{
return 360 - Angle;
}
else if(角度值在第二象限))
{
return 180 + Angle;
}
else if(角度值在第三象限))
{
return 180 - Angle;
}
else (角度值在第四象限))
{
return Angle;
}
3.2液晶显示模块的软件实现
液晶显示模块SPLC501的驱动程序由5个部分组成,分别为底层驱动程序文件SPLC501Driver_IO.inc、SPLC501Driver_IO.asm;用户API 功能接口函数文件SPLC501User.h、SPLC501User.c、DataOSforLCD.asm。各文件的主要功能如下。
SPLC501Driver_IO.inc:该文件为底层驱动程序的头文件,主要对使用到的寄存器(如端口控制寄存器等)进行定义,还对SPCE061A与SPLC501液晶显示模组的接口进行配置;用户可以根据自已的需求来配置此文件,但要使端口的分配符合实际硬件的接线。
SPLC501Driver_IO.asm:该文件为底层驱动程序,负责与SPLC501液晶显示模组进行数据传输的任务,主要包括端口初始化、写控制指令、写数据、读数据等函数;这些函数仅供SPLC501User.c调用,不建议用户在应用程序中调用这些函数。
SPLC501User.h:该文件为用户API功能函数文件的头文件,主要对一些记住符进行定义,以及配置LCD的一些设置,另外该文件里还对SPLC501User.c中的函数作了外部声明,用户需要使用LCD的API功能函数时,需要把该文件包含在用户的C文件中。
SPLC501User.c:文件中定义了针对LCD显示的各种API功能函数。
DataOSforLCD.asm:该文件中提供了一些供API功能函数调用的数据处理子程序,主要完成显示效果的叠加、画圆偏差量的计算等。
3.3 SPCE061A核心处理模块的软件实现
SPCE061A核心处理模块主要由键盘扫描程序和系统主程序两部分组成。
键盘扫描程序先通过调用Key_Init()函数对键盘进行初始化,然后通过函数Key_Scan()对键盘进行扫描,若发现有按键按下,则使用Key_GetValue()函数获得按键值,并保存下来供系统调用。
程序运行后首先初始化各个硬件模块,校正指南针模组,然后程序进入主循环,不停地读取指南针模组的方向并显示,同时进行按键扫描,根据按键进入相应的功能模块。主程序流程图如图5所示。
4.结语
本文利用16位单片机SPCE061A强大的处理能力,配合电子导向模组设计了一个语音播报盲人导向仪,此系统可以完成图形及文字显示当前方向,语音播报方向,方向校正,显示日期、时间,有秒表、闹钟、语音报时等功能,对开发一款功能丰富的盲人导向仪系统,有一定的参考价值。语音播报盲人导向仪可以快速添加到各种产品中,作为成熟系统的子模块,其应用在导航系统、盲人拐杖、汽车内置设备等诸多领域。
参考文献:
[1]嵌入式微处理器SPCE3200原理及应用[M].凌阳科技有限公司资料,2007,08.
[2]61板课程设计指导书[M].凌阳科技有限公司资料,2005,10.
[3]61板毕业设计指导书[M].凌阳科技有限公司资料,2004,02.
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