基于rtos的智能拐杖系统设计

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1、基于RTOS的智能拐杖系统设计　　摘要：为使视力残疾者出行更加安全，设计了一种基于实时操作系统SmallRTOS51的智能拐杖系统。介绍了SmallRTOS51操作系统在STC12C5A32S2单片机上的移植，给出了部分硬件接口设计方案，详细介绍了软件实现过程。试验表明，使用嵌入式实时操作系统，软件开发过程简单方便。　　关键词：智能拐杖；实时操作系统；单片机；硬件接口；软件开发　　DOIDOI：10.11907/rjdk.161746　　中图分类号：TP319　　文献标识码：A文章编号：16727800（2016）010010003

2、　　0引言　　世界卫生组织数据显示：中国盲人数量在800万以上，而且还以每分钟新增一例的数量增加，视障者人数高达1300万以上。视力残疾者生活上有诸多不便，特别是出行时，经常会碰到障碍物、摔跤或走丢。虽然有相关机构培训导盲犬为盲人服务，但每条导盲犬的训练成本极高，申请者一般至少要等待3年。为此，本文设计了一款多功能智能拐杖系统。该系统使用51系列单片机，移植了实时操作系统SmallRTOS51。使用实时操作系统，使系统软件设计变得简单方便，更易于维护和扩展相应功能。　　1SmallRTOS51简介　　Small6RTOS51由陈明计

3、先生开发，主要运行于基于51系列单片机的硬件平台。该RTOS可以免费应用，源代码全部公开。SmallRTOS51支持16个任务，每个任务可设置成不同的优先级。SmallRTOS51任务由4种状态组成：就绪、运行、等待和中断，4种任务状态在不同条件下可以相互转换，如图1所示[1]。　　2系统方案　　为方便盲人或视障者出行，智能拐杖系统设计了以下功能：①当智能拐杖靠近障碍物时能发出报警声，离障碍物的距离越近，报警声越急促，提醒盲人注意障碍物；②总控开关打开后，智能拐杖能自动判断是白天还是黑夜，如果是黑夜，就自动打开提示灯，提示过往行人和

4、车辆注意；③当盲人走丢后，按下系统的定位开关，系统能通过GPS定位盲人位置，并通过短消息模块把定位信息发送给系统设定的手机，方便家人根据此定位信息及时找到盲人。　　智能拐杖系统CPU采用STC12C5A32S2单片机。该CPU是宏晶科技有限公司生产的一款高性能8位单片机，运行速度快、抗干扰能力强[2]。该单片机包含32K字节程序存储器[3]，1280字节内部数据存储器，完全满足移植SmallRTOS51操作系统对存储器的需求。该单片机还包含2个全双工串行通信口，4个16位定时器，8通道10位ADC。智能拐杖系统框图如图2所示，主要包

5、含CPU模块、GSM模块、GPS模块、超声波测距模块、亮度检测模块、键盘模块、蜂鸣器模块和指示灯模块等。　　3部分硬件接口设计　　（1）GPS和GSM模块接口。GPS采用台湾生产的HOLUXM-896GPS模块，该模块有6个引脚，本系统只使用其中3个引脚（电源、地、GPS串行信号输出）与CPU连接。GSM采用SIM900模块。SIM900是SIMCOM公司生产的双频GSM/GPRS模块[4]，通过串口与单片机连接。GPS和GSM模块硬件接口如图3所示。　　（2）超声波测距模块接口。智能拐杖对障碍物的感知采用HC-SR04超声波测距模

6、块，该模块可以测量2cm到4m的距离范围。模块有4个引脚，分别是电源、地、触发信号输入脚和回响信号输出脚。模块工作时，单片机向超声波模块的触发信号输入引脚发出超过10ms的高电平，模块发出8个40KHz的脉冲，单片机通过超声波模块的回响信号输出脚判断是否接收到超声波反射信号，并通过公式S=V*T/2计算障碍物和盲人之间的距离。公式中V表示超声波在空气中的声速，T代表超声波从发射到反射回接收模块的时间。超声波测距模块接口原理如图4所示。　　（3）亮度检测模块接口。如图5所示，亮度检测模块采用一只光敏电阻R2，并通过一片LM393集成块

7、组成比较电路。当智能拐杖所处的环境比较亮时，LM393的LOUT脚输出低电平，否则输出高电平，单片机通过判断LOUT电平的高低决定是否需要打开提示灯。RP为可变电阻，通过此电阻调节亮度检测模块的灵敏度。　　（4）键盘、蜂鸣器和指示灯模块接口。智能拐杖需要的按键不多，采用独立式按键就能满足需求。声音提示采用一只直流蜂鸣器，通过一只三极管驱动。指示灯采用5只不同颜色的高亮LED。　　4软件设计　　4.1RTOS移植　　系统编程采用美国KeilSoftware公司出品的集成开发环境Keilμ6Vision4。KeilμVision4编译器

8、支持内嵌汇编编程，通过关键字Reentrant产生可重入代码，可用C语言允许或禁止中断，这些特性正是移植SmallRTOS51操作系统所必需的。SmallRTOS51的移植需要开发者在头文件OS_cpu.h中定义相关变量的类型、变量存