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[导读]为了适应西藏旅游业的发展,满足西藏旅游市场的需求,本文采用16位微处理器实现了一款藏地特色的高原登山辅助仪的设计。本项目利用温度湿度传感器采集信息,并通过液晶显示将采集到的相关信息显示播报出来,从而达到提示的目的。本系统采用了语音识别的的技术,可以通过藏语的识别控制播报和开关灯,它还集成了GPS定位的功能,可以显示出此仪器所在地的经纬度,GPS(Global Positioning System-全球定位系统)是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

 被称为“世界屋脊”的青藏高原拥有世界上无与伦比的自然景观,这里有远近驰名藏式宫殿建筑布达拉宫,世界最高峰珠穆朗玛峰,多少神山圣水,吸引了大量的国内外游客到此国光旅游,这里可以说是旅游者的天堂。到此登山的游客更是络绎不绝,而西藏地处高原,海拔相对较高,紫外线强烈,氧气浓度较低,气候比较干燥,导致游客皮肤晒伤、因缺氧导致高原反应等不利情况。而在登山过程中,也会发生因意外事件如手机相机在拍照时没电,夜晚在野外缺乏照明设备等。综上笔者设计了此款辅助仪器,它采用不同的传感器对温度、湿度、紫外线强度环境变量的实时测量,通过显示屏显示;及时提醒游客采取保护措施;本仪器开发了外设充电模块,采用太阳能作为主充电。当使用太阳能充电不能满足需求时,我们可以采用交流充电,如在野外阴天采用手摇发电,此充电方法简单快捷;能够最大限度的解决野外供电问题;本仪器还增添了USB应急充电接口以及LED照明灯,可以在偏远或者紧急情况下照明使用;同时它还集成了GPS定位的功能,可以显示出此仪器所在地的经纬度,方便使用者了解自己的位置信息。

1 系统设计方案

1.1 系统硬件设计

本文设计的硬件包括,凌阳公司的SPCE061A单片机、稳压电路、过充过放保护电路。本文中主要利用由蓄电池给硬件部分提供电源,通过稳压电路提供单片机工作电压,主控芯片控制LCD显示和AD采样,系统硬件设计框图如图1所示。

 


 

1.2 GPS Module定位原理

GPS定位的基本原理:根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。如图2所示,假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机,可以测定GPS信号到达接收机的时间△t,再加上接收机所接收到的卫星星历等数据可以确定以下4个方程式:

[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+c(Vt1-Vt0)=d1

[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+c(Vt2-Vt0)=d2

[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+c(Vt3-Vt0)=d3

[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+c(Vt4-Vt0)=d4

 


 

上述4个方程式中待测点坐标z、y、z和Vt0为未知参数,其中dt=cti(i=△1、2、3、4)。di(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。ti(i= △1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。c为GPS信号的传播速度(即光速)。

1.3 温度/光线检测传感器电路

温度/光线检测模块电路如图3,电源电压经稳压管TL431稳压到2.5V,提供给由R8和热敏电阻R9组成的分压电路以及R10和光敏电阻R11组成的分压电路,热敏电阻R9分得的电压通过TO输出,光敏电阻R11分得的电压通过LO输出。可以直接把SPCE061A单片机ADC的任一通道与TO或LO连接,利用单片机进行A/D转换,并计算出对应的温度和光线强度。

 


 

1.4 液晶显示子函数软件流程框图

设备启动后,系统调用液晶驱动函数,端口初始化后,执行一个循环,判断是否完成清屏,然后调用液晶显示函数,并执行另一个循环,判断相应的数据是否完全显示,如

图4所示。

 


 

1.5 GPS数据转换程序

 

 


 

2 整体测试结果

本项目顺利完成,最终效果与设计要求误差不大。图5为实物显示图,图中显示出了从GPS模块接收过来的时间和经纬度信息,图中时间和纬度后面都带了一个A,这是一个标志信息说明GPS模块接收到的信息是有效且正确的。图5中后两幅图是液晶显示屏显示当前环境的温度、湿度和紫外线强度,这组数据是在室内测量的,我们用了相应的温湿度计和紫外线辐射计进行对照,本仪器测量的和实测结果相差并不大。实物如图6所示。

 


 

下表为仪器测量出的一些实际数据,由于液晶显示屏效果较差我将显示的数据分别列出,表中显示的是在校园中实际测量的数据,它包括了藏语显示和汉语显示,至于所显示出的经纬度是在西藏大学校园内实际测量出来的。

 


 

3 结束语

文中运用16位主控芯片结合传感器模组、温湿度传感器、液晶显示等制作了一个由可充电电池供电,并且便携、人性化的多功能电子高原登山辅助仪。本文采用的16位控制芯片具有较高的执行效率,功耗低,稳定性好,实现了智能化控制。通过对西藏地区实际情况的考察,结合游客和当地市民的需要本设计不但解决了西藏地区的实际问题,而且具有非常好的市场空间,完全可以在内地诸多城市进行推广。

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