基于51單片機的盲文助讀器系統設計研究論文
引言
中國是全世界盲人最多的國家之一，據統計約有900萬(wàn)盲人。盲人接受文字信息的途徑主要有利用語(yǔ)音合成發(fā)聲軟件閱讀和觸摸盲文凸字兩種形式。語(yǔ)音合成發(fā)聲感情生硬，缺乏閱讀快感，較晦澀的文字和公式更是難以理解記憶。同時(shí)，供盲人閱讀的新版圖書(shū)只有104種，盲文期刊僅8種，品種數量可謂奇缺叫。另一方面，現有的盲文助讀器由于采用壓電陶瓷，其價(jià)格也頗為昂貴。本文基于51單片機設計了一種新型的盲文助讀器。
1新型盲文助讀器的總體架構設計
目前廣泛應用的盲文有現行盲文和雙拼盲文兩種，現行盲文以三行兩列的6個(gè)凸點(diǎn)為一個(gè)基本單位，6個(gè)凸點(diǎn)之間通過(guò)不同的排列組合形成不同的文字，本文基于流行最廣的現行盲文設計了一種8方的盲文助讀器。因微型步進(jìn)電機具有體積小、利于控制、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，機械部分采用步進(jìn)電機來(lái)實(shí)現凸點(diǎn)的起落，控制部分則采用STC89C51單片機，通過(guò)6個(gè)1,B1848M步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片來(lái)控制6個(gè)步進(jìn)電機，每個(gè)步進(jìn)電機控制1個(gè)凸點(diǎn)的起降，每6個(gè)步進(jìn)電機控制的凸點(diǎn)表示1個(gè)盲文單元(即盲文的1方)，每個(gè)盲文單元可以顯示1個(gè)阿拉伯數字或英文字母，2個(gè)或3個(gè)單元可以顯示1個(gè)漢字。電路連接部分采用自行設計的PC'B板，將電機驅動(dòng)芯片、步進(jìn)電機、單片機有序地連接。單片機通過(guò)內部程序控制來(lái)實(shí)現盲文單元內6個(gè)步進(jìn)電機間以及每個(gè)盲文單元間的協(xié)調組合，從而實(shí)現盲文的表達輸出。
2機械整體架構
采用微型步進(jìn)電機作為原動(dòng)機(即控制終端)，通過(guò)單片機發(fā)送的信號控制電機的旋轉，帶動(dòng)螺旋機構控制螺母和凸點(diǎn)的升降運動(dòng)。將微型步進(jìn)電機鑲嵌在底盤(pán)內，焊接在PCB板上，利用導軌板壁和與之配合的電機限制螺母沿二，二軸平動(dòng)和繞二，y軸轉動(dòng)，使之只能繞二軸轉動(dòng)從而實(shí)現沿導軌板壁的上下移動(dòng)，每6個(gè)凸點(diǎn)為1個(gè)單元，通過(guò)不同凸點(diǎn)的起降變化，顯示不同的文字。
步進(jìn)電機是四線(xiàn)二項混合式微型步進(jìn)電機，此款電機屬于二相四拍式步進(jìn)電機。通過(guò)1,B1848M芯片產(chǎn)生的驅動(dòng)信號驅動(dòng)步進(jìn)電機，帶動(dòng)絲軸上的螺母上下運動(dòng)，距離控制在2 mm的統一高度。步進(jìn)電機結構示意圖如圖3所示。
3控制部分設計
3. 1多機通訊的硬件設計
PC機作為上位機，主機和從機都為51單片機。PC'機與主機通過(guò)串口通訊。由于通訊距離較短，所以本項目采用RS232進(jìn)行串口通訊，波特率為9 600，數據位為8位。
主機利用緩沖寄存器SBUF接收PC'機發(fā)來(lái)的字符數據后經(jīng)過(guò)內部轉碼處理，將字符數據翻譯為對應的電機控制碼，通過(guò)串行通訊發(fā)送給從機。從機接收完主機發(fā)來(lái)的數據后，實(shí)時(shí)控制相應步進(jìn)電機的`轉動(dòng)狀態(tài)。其中從機部分只顯示出了一個(gè)單片機和1個(gè)電機。
PCB板的設計是本項目硬件系統的重要部分，使用Propel DXP2004，實(shí)現了SCH(原理圖)設計、SCH仿真、PCB(印制電路板)設計、Auto Router(自動(dòng)布線(xiàn)器)和FPUA設計。
在PC'B的制作過(guò)程中，芯片IB1848M的封裝根據技術(shù)手冊完成。為了減小盲人助讀器的整體尺寸并且配合微型步進(jìn)電機的焊接，實(shí)際制作時(shí)，采用兩層PCB板作為信號層，其主要的工藝指標如下:PCB板寬為24 mil;最小線(xiàn)寬為6 mil;走線(xiàn)與焊盤(pán)的最小距離為12 mil;過(guò)孔最小內徑為16 mil。
3.2多機通訊的軟件設計
通過(guò)對51單片機內部的多機通訊控制位SM2SM1的控制實(shí)現多機通訊。利用串行通訊來(lái)實(shí)現主機與從機間的通訊，主機先利用串口向所有從機發(fā)送地址，在從機接收到地址時(shí)進(jìn)行判斷。若地址不符則不作為，地址相符則繼續接收主機發(fā)來(lái)的電機控制信息，進(jìn)而對電機進(jìn)行控制以實(shí)現盲文的顯示。
在進(jìn)行多機通訊時(shí)，主機依次對從機進(jìn)行控制，實(shí)現8組步進(jìn)電機的依次控制，先控制第1個(gè)從機，令電機顯示第1個(gè)盲文，再控制第2個(gè)從機，令電機顯示第2個(gè)盲文。
在8組從機依次控制完畢后將所有從機的控制位SM2-SM1恢復為初始狀態(tài)，準備進(jìn)行下一次通訊命令的接收。
4結論
本文從我國盲文使用現狀入手，指出了現有語(yǔ)音合成發(fā)聲軟件和紙質(zhì)書(shū)籍的弊端，并詳細介紹了新型盲文助讀器的具體設計原理。利用微型步進(jìn)電機控制凸點(diǎn)，用單片機控制電機，通過(guò)PCB進(jìn)行電路搭建，實(shí)現了新型盲文助讀器的設計。它能很方便地將電子版文字轉化為盲文凸起形式，價(jià)格低廉，對盲人的學(xué)習、生活有很大的幫助。
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