基於51微控制器的盲文助讀器系統設計研究論文

基於51微控制器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900萬盲人。盲人接受文字資訊的途徑主要有利用語音合成發聲軟體閱讀和觸控盲文凸字兩種形式。語音合成發聲感情生硬，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，供盲人閱讀的新版圖書只有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於採用壓電陶瓷，其價格也頗為昂貴。本文基於51微控制器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個凸點為一個基本單位，6個凸點之間透過不同的排列組合形成不同的文字，本文基於流行最廣的現行盲文設計了一種8方的盲文助讀器。因微型步進電機具有體積小、利於控制、價格低廉等優點，機械部分採用步進電機來實現凸點的起落，控制部分則採用STC89C51微控制器，透過6個1,B1848M步進電機驅動晶片來控制6個步進電機，每個步進電機控制1個凸點的起降，每6個步進電機控制的凸點表示1個盲文單元(即盲文的1方)，每個盲文單元可以顯示1個阿拉伯數字或英文字母，2個或3個單元可以顯示1個漢字。電路連線部分採用自行設計的PC'B板，將電機驅動晶片、步進電機、微控制器有序地連線。微控制器透過內部程式控制來實現盲文單元內6個步進電機間以及每個盲文單元間的協調組合，從而實現盲文的表達輸出。

　　2機械整體架構

　　採用微型步進電機作為原動機(即控制終端)，透過單片機發送的訊號控制電機的旋轉，帶動螺旋機構控制螺母和凸點的升降運動。將微型步進電機鑲嵌在底盤內，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和繞二，y軸轉動，使之只能繞二軸轉動從而實現沿導軌板壁的上下移動，每6個凸點為1個單元，透過不同凸點的起降變化，顯示不同的文字。

　　步進電機是四線二項混合式微型步進電機，此款電機屬於二相四拍式步進電機。透過1,B1848M晶片產生的驅動訊號驅動步進電機，帶動絲軸上的螺母上下運動，距離控制在2 mm的統一高度。步進電機結構示意圖如圖3所示。

　　3控制部分設計

　　3. 1多機通訊的硬體設計

　　PC機作為上位機，主機和從機都為51微控制器。PC'機與主機透過串列埠通訊。由於通訊距離較短，所以本專案採用RS232進行串列埠通訊，波特率為9 600，資料位為8位。

　　主機利用緩衝暫存器SBUF接收PC'機發來的字元資料後經過內部轉碼處理，將字元資料翻譯為對應的電機控制碼，透過序列通訊傳送給從機。從機接收完主機發來的資料後，實時控制相應步進電機的`轉動狀態。其中從機部分只顯示出了一個微控制器和1個電機。

　　PCB板的設計是本專案硬體系統的重要部分，使用Propel DXP2004，實現了SCH(原理圖)設計、SCH模擬、PCB(印製電路板)設計、Auto Router(自動佈線器)和FPUA設計。

　　在PC'B的製作過程中，晶片IB1848M的封裝根據技術手冊完成。為了減小盲人助讀器的整體尺寸並且配合微型步進電機的焊接，實際製作時，採用兩層PCB板作為訊號層，其主要的工藝指標如下:PCB板寬為24 mil;最小線寬為6 mil;走線與焊盤的最小距離為12 mil;過孔最小內徑為16 mil。

　　3.2多機通訊的軟體設計

　　透過對51微控制器內部的多機通訊控制位SM2SM1的控制實現多機通訊。利用序列通訊來實現主機與從機間的通訊，主機先利用串列埠向所有從機發送地址，在從機接收到地址時進行判斷。若地址不符則不作為，地址相符則繼續接收主機發來的電機控制資訊，進而對電機進行控制以實現盲文的顯示。

　　在進行多機通訊時，主機依次對從機進行控制，實現8組步進電機的依次控制，先控制第1個從機，令電機顯示第1個盲文，再控制第2個從機，令電機顯示第2個盲文。

　　在8組從機依次控制完畢後將所有從機的控制位SM2-SM1恢復為初始狀態，準備進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，指出了現有語音合成發聲軟體和紙質書籍的弊端，並詳細介紹了新型盲文助讀器的具體設計原理。利用微型步進電機控制凸點，用微控制器控制電機，透過PCB進行電路搭建，實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，價格低廉，對盲人的學習、生活有很大的幫助。