系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1手機APP程序設(shè)計為了實現(xiàn)智能語音導(dǎo)盲儀的功能，本課題采用了多種技術(shù)手段。通過GSM/GPRS模塊使得導(dǎo)盲儀可以實時獲取用戶的位置信息，對數(shù)據(jù)進行上傳。同時，課題還利用WiFi模塊，實現(xiàn)了無線通信功能。用戶可以通過手機APP與導(dǎo)盲儀進行交互，隨時查看視力障礙人士的位置、接收導(dǎo)盲儀的提醒等信息。設(shè)計軟件程序的幾個方面如下：基礎(chǔ)開發(fā)環(huán)境配置：STM32常用的編譯工具是Keil，提供了代碼編輯、項目管理、編譯、調(diào)試和仿真等功能的全面集成環(huán)境。智能語音導(dǎo)盲儀軟件程序設(shè)計：語音導(dǎo)盲儀軟件系統(tǒng)構(gòu)建先對各個傳感器及模塊的驅(qū)動程序進行書寫，包括超聲波傳感器、光敏電阻傳感器、LED蜂鳴器、GPS定位模塊、GSM模塊、語音播報模塊和ESP8266WIFI模塊的驅(qū)動，保證實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取和傳輸；接著采用AndroidStudio開發(fā)環(huán)境進行手機APP的開發(fā)與調(diào)試，在模擬環(huán)境中進行調(diào)試；最后多傳感器協(xié)同調(diào)試，確保功能的實現(xiàn)；最后進行系統(tǒng)的穩(wěn)定性測試，在不同工況下測試軟件代碼穩(wěn)定工作能力上位機程序開發(fā)，需要設(shè)計簡潔易用的Android手端的APP程序，實現(xiàn)手機APP與下位機（導(dǎo)盲儀）的數(shù)據(jù)交互和實時監(jiān)測功能。通過WiFi模塊實現(xiàn)了導(dǎo)盲儀與手機APP之間的數(shù)據(jù)傳輸。通過建立TCP連接，導(dǎo)盲儀可以將用戶的位置、光照強度等信息實時上傳到上位機，以便于用戶或他人進行數(shù)據(jù)的查看和管理。AndroidStudio提供了基于Gradle的靈活編譯系統(tǒng)，使用了快速且功能豐富的模擬器，使用統(tǒng)一的環(huán)境開發(fā)手機APP（開發(fā)適用于所有Android設(shè)備的應(yīng)用）。這些特性功能使得在AndroidStudio上開發(fā)手機APP有著簡化便捷的流程和可視化的調(diào)試環(huán)境。Android應(yīng)用的工作流程可分為五個步驟：①設(shè)置工作區(qū)；②編寫應(yīng)用；③構(gòu)建并運行；④調(diào)試、剖析和測試；⑤發(fā)布。下面章節(jié)將分為前端界面設(shè)計與后端交互設(shè)計兩方面進行闡述。4.1.1前端界面設(shè)計選用紅十字會的圖標作為手機App的Logo，體現(xiàn)出語音智能導(dǎo)航儀幫助視力障礙人士的理念。AndroidStudio找到配置文件Androidmanifest.xml文件中的android:icon這一項，修改為選用的圖片。如下圖4.1所示：圖4.1手機APP圖標AndroidStudio工作區(qū)UI如下圖所示。應(yīng)用編寫需要實現(xiàn)①網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)限。在AndroidManifest.xml文件中為應(yīng)用添加網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)限。在application節(jié)點前添加<uses-permissionandroid:name=”android.permission.INTERNET”></uses-permission>，如下圖4.2所示：圖4.2網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)限訪問網(wǎng)絡(luò)通過Thread訪問，防止UI線程連接Android異常。同時，在application后第一行添加android:usesCleartextTraffic="false"開放明文傳輸，如下圖4.3所示：圖4.3開放明文傳輸APPUI界面實現(xiàn)用戶端口、用戶IP連接，可以查看導(dǎo)盲儀的GPS定位和光照數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)據(jù)存儲如，界面如下圖4.4所示：圖4.4AndroidStudio工作區(qū)UI4.1.2后端交互設(shè)計在應(yīng)用后端構(gòu)建應(yīng)用交互邏輯。手機在連接了語音導(dǎo)盲儀發(fā)出的WiFi熱點后，通過設(shè)置固定的IP和通信端口，發(fā)出連接請求。連接請求按鍵底層代碼讀取IP地址和端口地址，建立類connectthread，connectthread新建socket建立與服務(wù)器端的連接。設(shè)置數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)，并在反饋信息窗口打印數(shù)據(jù)，APP交互邏輯如下圖4.5所示：圖4.5APP交互邏輯發(fā)送數(shù)據(jù)按鍵底層代碼利用連接按鍵建立的類connectthread中的outputStream.write向ESP8266發(fā)送發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。GPS按鍵與預(yù)警按鍵采用與發(fā)送按鍵相同的代碼邏輯，向服務(wù)器發(fā)送命令幀，并將返回的數(shù)據(jù)值存入接收數(shù)據(jù)緩存取中，打印至反饋信息窗口。代碼如下圖4.6所示：圖4.6socket數(shù)據(jù)接收函數(shù)保存數(shù)據(jù)按鍵底層代碼利用連接按鍵建立的類FileOutputStream中的outputStream.write函數(shù)向外輸出文件數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)儲存的文件路徑為內(nèi)部存儲，可以通過AndroidStudio1在DeviceExplorer看到文件具體路徑以及文件本身。5系統(tǒng)功能測試5.1低亮度聲光預(yù)警功能測試視障人士在室內(nèi)行動時，由于視力的不足，家中的燈光關(guān)閉了也難以察覺，當與他人一同生活時，就不容易被發(fā)現(xiàn)，在亮度不足的環(huán)境中，開啟語音導(dǎo)盲儀的低亮度聲光預(yù)警功能對于提高視障人士家居生活的安全性和臨時出行的安全性有極大的幫助。實現(xiàn)功能需要聯(lián)動的傳感器包括光敏傳感器、語音播報模塊、蜂鳴器、LED。低亮度聲光預(yù)警代碼如下圖5.1所示：圖5.1低亮度聲光預(yù)警代碼光敏傳感器檢測環(huán)境光照強度，當環(huán)境光照強度低于一定的閾值，語音播報模塊播報打開低亮度聲光預(yù)警功能，蜂鳴器以較低的頻率報警同時LED燈閃爍提醒周圍人員注意視障人士的安全；當環(huán)境光照強度高于一定的閾值，語音導(dǎo)盲儀靜默（關(guān)閉語音提示，蜂鳴器靜默同時熄滅LED燈）。低亮度聲光預(yù)警功能實現(xiàn)的流程圖如下圖5.2所示：圖5.2低亮度聲光預(yù)警流程圖低亮度時，光敏傳感器檢測光照強度，語音播報模塊播報‘低亮度’，低亮度播報標志位置零，只播報一次。此時，LED1燈持續(xù)閃爍，提醒周圍行人注意，如下圖5.3和5.4所示：圖5.3低亮度時光敏傳感器a圖5.4低亮度時LED1(最左側(cè))閃爍b用手機手電筒替代高光照強度照射光敏傳感器，可以在watch窗口看到光照強度為70，此時LED1燈停止閃爍。當亮度再次降低，語音播報標志位刷新，播報‘低亮度’提醒使用者與周圍人，LED1燈閃爍。手機APP還可以查看光敏數(shù)據(jù)，如下圖5.5、圖5.6、圖5.7所示：圖5.5高亮度watch窗口光強70圖5.6高亮度時LED1停止閃爍c圖5.7低亮度和高亮度的光照數(shù)據(jù)5.2障礙預(yù)警功能測試針對視障人士在室內(nèi)生活過程中，常常會遇到不同類型的障礙，這些障礙會對視力障礙人士的生活造成一定的風(fēng)險，所以設(shè)計一款帶有障礙預(yù)警功能的語音導(dǎo)盲儀是非常有用的，實現(xiàn)障礙警報功能需要的傳感器，包括超聲波距離傳感器、LED、蜂鳴器和語音播報模塊。由前文可知選，定了5個超聲波距離傳感器組成超聲波距離傳感器陣列，多個超聲波距離傳感器檢測方位障礙距離，當距離小于設(shè)定的安全閾值時，語音播報模塊開始工作，提醒障礙方向，LED和蜂鳴器開始進行聲音和光亮報警。超聲波傳感器的數(shù)據(jù)在主控芯片中融合處理，距離越近，報警的頻率次數(shù)越高，提醒使用者哪個方向危險。障礙預(yù)警功能實現(xiàn)的流程圖和代碼如下圖5.8、圖5.9所示：圖5.8障礙預(yù)警GBK指令代碼圖5.9障礙預(yù)警判斷代碼為了區(qū)分障礙的類型，通過設(shè)計按鍵輸入進入障礙類型區(qū)分的任務(wù)。當按鍵按下正前方三個傳感器開始檢測距離，設(shè)計檢測障礙類型算法。障礙分為兩種平面型障礙與突起型障礙，使用者通過對準障礙按下按鍵，通過三個距離傳感器獲得的距離計算障礙模擬的曲率，當曲率超過一定的閾值便判斷為突起障礙，當小于一定的閾值判斷為平面性障礙此時語音播報功模塊播報障礙類型，用以提醒使用者注意。5.2.1前方障礙預(yù)警功能測試為了區(qū)分障礙的方向，通過設(shè)計組成五個超聲波傳感器陣列形成對不同方向的障礙檢測。當檢測到距離小于1000mm時，對應(yīng)方向的傳感器返回數(shù)據(jù)，語音播報“左邊危險”，“前方危險”，“右邊危險”。將訂書機模擬障礙物品，放置在超聲波傳感器陣列的右側(cè)，此時，語音播報模塊模塊播報“右邊危險”，如下圖5.10所示：圖5.10右邊危險預(yù)警模擬示意圖a將訂書機模擬障礙物品，放置在超聲波傳感器陣列的正前方，此時，語音播報模塊模塊播報“前方危險”，如下圖5.11所示：圖5.11前方危險預(yù)警模擬示意圖b將訂書機模擬障礙物品，放置在超聲波傳感器陣列的左側(cè)，此時，語音播報模塊模塊播報“左邊危險”，所下圖5.12所示：圖5.12左邊危險預(yù)警模擬示意圖c5.2.2突起障礙預(yù)警功能測試為了識別障礙的類型，在實時監(jiān)測障礙方向的同時設(shè)計了障礙類型檢測功能，通過按鍵KEY1的輸入進行喚醒，按下按鍵KEY1，進入按鍵中斷，將障礙類型檢測標志位置為1，然后主循環(huán)開始計算前方障礙類型，通過計算左右兩側(cè)的傳感器均值與中間傳感器的差值判斷障礙物體是突起障礙還是平面障礙。采用筆記本模擬平面障礙物，對應(yīng)傳感器檢測到與障礙物之間的距離較為平均，鑒定為平面障礙，語音播報模塊播報“平面障礙”，如下圖5.13所示：圖5.13平面障礙預(yù)警模擬示意圖a采用圓柱水壺模擬突起障礙物，對應(yīng)傳感器檢測到與障礙物之間的距離估算障礙物曲率較大，鑒定為突起障礙，語音播報模塊播報“突起障礙”，如下圖5.14所示：圖5.14突起障礙預(yù)警模擬示意圖b5.3定位功能測試采用GSM模塊實現(xiàn)定位功能，在主線程中使用串口向GSM模塊傳輸AT指令，確認信號強度，配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，獲取定位信息。當手機APP按下GPS按鍵時，通過WiFi發(fā)送控制指令給控制系統(tǒng)，ESP8266模塊接收到控制指令，通過串口傳回單片機，在數(shù)據(jù)處理函數(shù)中將GPS定位返回。獲取GPS定位的控制流程圖如下圖5.15所示：圖5.15手機獲取定位數(shù)據(jù)流程圖獲取GPS定位的實物測試圖如下圖5.16所示；圖5.16定位數(shù)據(jù)獲取示意圖5.4數(shù)據(jù)保存功能測試測試手機App數(shù)據(jù)保存功能，首先在AndroidStudio仿真界面，連接語音導(dǎo)盲儀系統(tǒng)，獲取GPS信號和光照強度等數(shù)據(jù)，再按Save保存鍵顯示保存成功，此時文件已經(jīng)保存，結(jié)果如下圖5.17、圖5.18、圖5.19所示：圖5.17手機保存數(shù)據(jù)仿真測試圖5.18DeviceExplorer中應(yīng)用保存路徑圖5.19應(yīng)用保存路徑數(shù)據(jù)存儲在應(yīng)用內(nèi)部通過DeviceExplorer查看應(yīng)用內(nèi)部文件，應(yīng)用保存路徑位于/data/user/0/com.example.tcp_led/files，文件名為myFile，如下圖5.20所示：圖5.20查看保存數(shù)據(jù)文件本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）6結(jié)論與展望6結(jié)論與展望6.1結(jié)論論文根據(jù)分析當前視力障礙者在生活過程中所面臨的諸多問題進行了具體的分析，提出智能語音導(dǎo)盲儀需要設(shè)計的多種功能，包括對視障人士的定位功能、前方障礙實時預(yù)警功能、低亮度環(huán)境的聲光提醒功能。完成了光敏傳感器模塊、超聲波測距傳感器陣列、GSM定位模塊、語音播報模塊、ESP8266WiFi模塊的驅(qū)動程序編寫，并通過傳感器協(xié)同測試，實現(xiàn)了預(yù)先設(shè)計的各項功能。在上位機手機APP上，使用AndroidStudio設(shè)計了簡潔的人機交互界面以及靈活的交互邏輯，建立了與語音導(dǎo)盲儀的網(wǎng)絡(luò)連接，能夠及時獲取視障人士的實時動態(tài)。主要工作和結(jié)論如下：編寫了支持語音導(dǎo)盲儀的各模塊驅(qū)動程序。各模塊驅(qū)動程序設(shè)計時充分考慮了現(xiàn)有的接口情況，課題采用ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換獲取光敏傳感器的數(shù)據(jù)；采用了5個超聲波測距傳感器組成傳感器陣列，設(shè)計輸出脈沖接口和輸入接口；三個串口分別實現(xiàn)了驅(qū)動語音播報模塊、ESP8266WiFi模塊和GSM定位模塊。使用AndroidStudio設(shè)計了上位機手機APP代碼程序。根據(jù)語音導(dǎo)盲儀的需求，設(shè)計完成了連接ESP8266WiFi熱點的功能，獲取導(dǎo)盲儀GPS數(shù)據(jù)和預(yù)警數(shù)據(jù)的功能并留下了數(shù)據(jù)獲取接口等待后續(xù)開發(fā)。通過傳感器協(xié)同調(diào)試實現(xiàn)了語音導(dǎo)盲儀的功能。課題利用現(xiàn)有的光敏傳感器、超聲波測距傳感器、語音播報模塊、LED與蜂鳴器，將傳感器的數(shù)據(jù)融合實現(xiàn)了低亮度聲光預(yù)警功能和障礙預(yù)警功能并能區(qū)分障礙類型；利用GSM定位模塊，實現(xiàn)了對視力障礙人士的遠程定位，當視力障礙人士遇險時，可以及時發(fā)現(xiàn)，保障了使用者的安全性。6.2展望本論文的工作主要集中于智能語音導(dǎo)盲系統(tǒng)的程序設(shè)計方面，雖然設(shè)計的語音導(dǎo)盲儀程序能夠完成目前所需的數(shù)據(jù)采集以及危險預(yù)警功能，設(shè)計的手機App也能夠有效的獲取語音導(dǎo)盲儀的信息。但由于個人能力有限及時間有限，研究仍然存在一定的不足之處，期望后續(xù)研究人員能夠?qū)ρ芯孔龈由钊氲耐晟啤？紤]到成本的問題，目前方案中光敏電阻傳感器的檢測范圍有限，即使在一般室內(nèi)可見亮度的閾值已經(jīng)較為高，導(dǎo)致檢測環(huán)境稍微變暗，便可能觸發(fā)低亮度聲光預(yù)警功能。因此需要選用更加寬檢測范圍的光敏傳感器，但同時需要考慮增加的成本，這個問題還需要后續(xù)的開發(fā)使用者考慮開發(fā)經(jīng)濟成本權(quán)衡利弊解決。當前方案中的超聲波距離傳感器陣列檢測角度在75度，但只能完成一個高度的檢測，無法實現(xiàn)對復(fù)雜的障礙類型危險的預(yù)警功能。要想實現(xiàn)高可用性的障礙預(yù)警功能，需要選用更加密集的傳感器陣列或使用激光雷達?？紤]到經(jīng)濟性開發(fā)者需要權(quán)衡不同使用方案之間的優(yōu)劣，設(shè)計更為先進的檢測裝置。GSM定位模塊通過檢測周圍運營商使用的基站返回GPS定位信息，缺點在于定位并不是絕對的精準?？紤]在一定的成本下，實現(xiàn)對視覺障礙人士大致的定位便于家屬尋找，當前方案已是相對最優(yōu)解，希望后續(xù)開發(fā)人員增加更高可用性的GPS定位方案，提高語音導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，為視覺障礙人士的出行保駕護航。本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）致謝重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計目錄PAGE61參考文獻李婷,王晴晴,吳戀等.基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的電子導(dǎo)盲儀設(shè)計[J].信息記錄材料,2022,23(12):171-173.陳心悅,彭熙,鄒婉婷等.超聲波人工智能導(dǎo)盲儀研究與市場前景[J].中國科技信息,2022,(08):52-53.張文,靳偉,龍躍洲等.超聲波導(dǎo)盲儀技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2019,(01):75-77.楊馥語,陳娟.基于嵌入式圖像處理及路徑規(guī)劃的智能導(dǎo)盲儀[J].