microbit盲人指南针

micro:bit盲人指南针

盲人在自己不熟悉的环境中辨别方向是一件很困难的事情，为了解决盲人外出时辨别方向的难题，我用micro:bit设计、制作了一种指南针，它可帮助盲人通过声音辨别方向。

电路工作原理

micro:bit中有一个磁场传感器（电子罗盘），它和加速度计在一个芯片中，如图1所示，盲人指南针就是利用这个磁场传感器制作的。

图1?micro:bit上的加速度计和电子罗盘

盲人指南针的电路很简单，如图2所示，由micro:bit、有源蜂鸣器、电池等部分组成。

图2?电路图

micro:bit用两节7号电池通过3V电源插座供电，有源蜂鸣器的电源直接接micro:bit的3V端口。电路中，有源蜂鸣器采用低电平触发方式，其控制端I/O连接micro:bit的引脚0，当引脚0输出低电平时，蜂鸣器发出持续的响声，我们控制引脚0输出低电平的时间即可控制蜂鸣器持续鸣响的时间，通过不同长短声音的组合可以传递不同的信息，盲人指南针就是通过此方式来提示方向的。

程序设计

程序采用MakeCode在线图形化编程平台编写，由方向识别、方向提示、关机提示和校准指南针等部分组成，编写好的程序如图3所示。

图3?图形化程序

方向识别和关机提示部分设置在主程序中，方向提示部分设置了东、西、南、北4个方向提示函数。

东、西、南、北4个方向对应的方位角如图4所示，读取所指方向的方位角参数即可判断方向，调用相应的方向提示函数。

图4?东、西、南、北对应的方位角

4个方向提示函数中设置了提示音，我受莫尔斯电码的启发，提示音由ms的短音和ms的长音组成，每个方向用两个音组合，正好有4种不同的声音组合用来提示4个方向，两个音之间的间隔为ms。方向和提示音的对应关系如表1所示（表中表示短音，表示长音）。盲人指南针在用声音提示方向的同时，也分别在显示屏上用E、W、S、N显示相对应的方向。使用时只要按一下按钮A即可得到方向提示，按住按钮A不放可以连续测量、提示。

设置关机提示程序是为了避免长期开机浪费电池电量。程序使用系统的“运行时间”参数计时，无操作时间每超过60s即发出长1s的关机提示音。

为了防止改变使用地点和环境后指南针产生误差影响测量，程序中设置了校准指南针功能，只要长按按钮B5s以上即可进入指南针校准状态，校准方法和写入程序后初次使用时的校准方法一样，当然这项工作要由其他人帮忙。设置长按5s以上才进入校准状态，是为了防止用户误操作。如果不慎进入校准状态也不要紧，关机即可退出，重新开机后不会进入校准状态。

元器件选择

元器件清单如表2所示。经测试，micro:bit无法直接驱动两个引脚的有源蜂鸣器，因此要选用带三极管驱动的有源蜂鸣器模块，如图5所示。程序是按照使用低电平触发的有源蜂鸣器编写的，如果使用高电平触发的有源蜂鸣器，程序中P0的数字写入值要进行相应的修改。

图5?有源蜂鸣器模块

外壳3D设计

盲人指南针的外壳为3D打印件，使用SketchUp（草图大师）建模，壳体和面板3D设计图分别如图6、图7所示，面板上设计了方向箭头和“指南针”的盲文字符。

图6?壳体3D设计

图7?面板3D设计

安装与使用

安装时，将电池盒正极导线从中间剪断，串联接入电源开关，将电源插头插入micro:bit的3V电源插座，如图8所示。

图8?电源接线

有源蜂鸣器模块用3根导线连接至micro:bit上相应的接口，安装好的整机内部结构如图9所示。固定micro:bit电路板的螺丝由于离磁场传感器很近，最好使用没有磁性的不锈钢螺丝或铜螺丝，避免螺丝被磁化后影响指南针的正常工作。

图9?盲人指南针的内部结构

下载程序后首次使用，按下按钮A，读取“指南针朝向”参数时，矩阵显示屏会显示英文提示“TILTTOFILLSCREEN”，意思是倾斜电路板直至满屏LED都点亮，这是要求进行指南针校准操作。校准方法是在提示结束后倾斜电路板加以转动，把屏幕上所有LED都点亮，此后指南针就可以正常使用了。

使用时，将盲人指南针平放，面板的箭头指向正前方，按动按钮A就可以测量方向了。在使用和存放的过程中，不要把它靠近强磁铁，以免元器件上的磁性材料被磁化，影响正常工作。