一、概述
正常人是无法体会到失去视觉的痛苦的，也无法想像盲人朋友在黑暗的世界里是如何生活和工作的，更不能了解他们的真正需要是什么。如果你要真正地理解他们，了解他们的需求，请蒙上自己的双眼生活一周、一天、或者实实在在地生活几个小时，就会知道他们需要全社会全体正常人的帮助是多么的迫切！
其实一个盲人的真正需要不是物质，不是金钱，更不是名誉和地位，也不是人们的同情与怜悯，而是全社会、全人类对他们的公平对待。他们渴望能像健全人那样公平接受教育、就业，所有人和全社会承认他们的社会价值，各级政府能够关心支持他们，为他们提供生活、学习、工作的环境和条件，为他们开发研究、设计生产更多的适用他们生活、学习、工作的用品和用具，为他们提供便利，减少痛苦。根据1987年全国人口抽样调查统计数据和目前我国人口总数推算，我国有残疾人6000万，其中视力残疾就有800多万。世界盲人有2500多万，专家推算到2020年，世界盲人可达7600多万。这样一个庞大的弱势群体，关注他们的存在，关心他们的生活，做好他们的生活、就业工作，提高他们的社会地位，发挥他们在社会发展中的作用，直接关系到一个国家的社会进步和文明程度。所以全社会都要重视残疾人事业，要为他们献出一份热情，一份爱心，利用现代科技发展成果，为他们提供生活的便利，好的工作、学习条件和环境，用现代科技成果研究出实用的、能够弥补他们生理缺陷的、使他们户外活动和工作更加便利的用具，提高他们的生活质量，让他们也和正常人一样享受到高科技发展的成果，让他们体会到社会大家庭的温暖和人文关怀，从而激起他们自强、自立、自信的意志和战胜困难的信心，成为能够自食其力的，也能为社会做出贡献的不可忽视的群体，这是全社会和全体正常人义不容辞的责任。因此，研究开发先进实用的残疾人用品具有十分重要的社会意义和现实意义。
开发盲人用品首先要提高认识，更新观念，关心残疾人事业。要开发研究适用于他们的工作学习用品用具、生活用具，特别是盲人用品，要适合他们户外活动，增加他们对社会活动的参与，使他们更多地了解社会，在功能上实现多功能化，语音提示化，操作简单化。盲人在日常生活中时空感和方向感十分差，因此以电子语音定向系统来实现方位播报，对盲人朋友有着十分重要的价值。在语音定向系统应用上与其他功能相结合，要提高档次、增加科技含量，形成系列产品，使盲人朋友借助这种语音系统工具更直接地了解社会，感知环境。
二、实现指南针的方向指示语音化
指南针是中国的四大发明之一，它为人类认识世界，改造自然，增强各民族的交往提供了可能，是理想的导航工具。但是它也存在着很多弊病，稳定性差，易磨损、磁性衰退，使用环境限制大，正常人在夜间或者视度不良的情况下不便使用。特别对盲人使用更受到限制。因此要使盲人朋友能够随时识别方向，在黑暗的世界里也能有方向感，出行和户外活动可以很容易地识别方向，从根本上改变现在盲校利用温度、自然景象和固定物体进行定向教学的方法，就必须根据盲人的感官和听觉灵敏的特点，设计一种能够把自己所处的位置和行进的方向用语音提示的形式表现出来，使之也和正常人一样外出可以按照方位角度行进，能够随时知道自己所在的位置。
1.机械指南针的声音单方向提示
现在使用的机械指南针，磁针由于大地磁场的作用，具有N极始终指向北(0度)的特性。人们要按照自己需要的方位行进，或者了解自己行进的方向，旋转指南针座，根据指针指示的方向和对应角度，就可以判断自己行进的方位。只要把磁针和指南针座的相对位置的变化变成一种光电信号，就可转换成音频信号的形式提示给使用者。在实际制作过程中，在固定磁针的磁盘上的东西便于传递光线的位置上打一个小孔，底座的背面也在同一个圆半径线上打一个小孔，小孔与光感电路、语音电路相连接，指南针上方装有光源，当转动指南针磁盘上的孔与底座的孔重合时，光线通过小孔传递到光感电路的光敏元件上，启动语音电路发出响声。这时如果预先标定矢标指示的方向是正北方，语音电路发出声响时矢标指示的方向就是正北方。以标定磁针指向正北方，磁盘和底座上的小孔打在正对西的一定位置为例，装上语音电路，在使用者不知道行进方向时，只要转动指南针，当两个孔重合时，光源通过小孔，传递给光感电路同时启动语音电路，发出提示声响，就可以知道正北方位。此时背向的是南，左手方向是西，右手方向就是东。
2.电子指南针的多向语音定向播报
(1)机械指南针的弊端：
利用光电原理实现单向语音定向从根本上改变了传统指南针的使用方法，基本可以满足在视度不良情况下和视力障碍人员的标定大概方位问题。但是，还存在一定的缺点和弊病：一是机械指南针稳定性差，磁针抖动大，造成标定方向的不准确；二是受使用场合的限制，特别是视力障碍者使用，无法判断所在的场合有无磁场的干扰，容易误报；三是在使用上有很大的局限性，因为实现多方向提示比较困难，所以只可以一至两向提示，多方向容易误报或者停报。同时使用对象单一，因在制作时指南针需要封闭，所以正常人不可以看到磁针指示的角度；四是机械指南针的磁性容易退磁，顶针易磨损老化，萤光粉脱落，使用时间长、环境条件差时准确度大大降低。因此解决的根本方法是使用电子指南针。
(2)电子指南针的设计方案：
电子指南针有效地克服了机械指南针结构的限制，可以代替机械指南针设计成电子语音指南针。电子指南针采用固态元件，没有任何移动部件，具有体积小、灵敏度高、防震性能好、与语音电子线路连接简单、数字液晶显示准确清晰、使用方便等特点。基本设计包括传感器、微处理器、及连接微处理器的信号装置、语音播报电路、信号放大电路等。
电子语音指南针新型技术设计方案是：采用PNJ11096电子指南针传感器、EM78P468N微处理器、以信号输出装置EMS57300相连接，通过语音放大电路连接扬声器，语音设计为英汉两种语言，用转换开关控制语音播报系统，达到英、汉语可选择性。设置另一开关控制微处理器EM78P486N，以实现不同的工作状态。为实现声音感知和视觉感知的双重效果，另外设计一组液晶显示系统，可以把方向矢标和角度直观的显示出来。其工作程序是：电子指南针传感器经过微处理器进行逻辑控制和数学运算，采集处理成角度，同时提供数字显示接口和语音播报电路接口。分别把音频数字信号和数字显示信号输出到显示器和语音电路，再通过信号放大驱动扬声器发出声音，这样在显示角度的同时也以语音的形式报出方位角度。为克服外界磁场的影响，增加矫正电路。同时保证在世界各地都可以使用，亦增加磁偏角设置电路系统。
其工作情况是：睡眠状态时模块工作于低功耗状态，语音和显示均停止。使用时将语音指南针水平放置，长按一下转换开关，进入矫正模式，此时缓慢转动指南针一周，而后再按一下开关退出矫正模式，此时模块已经进入正常工作状态。使用时按一下开关，指南针便可随着行进方向的变化随时播报相应的方位。显示器显示相应的角度。需要停止工作时，按一下开关即可。
(3)电子指南针的多样功能：
新型电子语音指南针不但以优良的性能可以完全取代机械罗盘指南针，也克服了干扰、防震问题，从根本上解决了视力障碍者识别方向的问题和现在盲校定向教学的方法问题。同时也为正常人在夜间和不良天候、恶劣地理环境等视度不良条件下判定方位提供了便利，可广泛用于车辆、船舶、野外作业器材、旅游用品、部队作战训练等。由于电子指南针是以传感微处理器和语音电路来实现的，所以与其他电子线路连接方便，附加其他功能简单。可以附加语音报时功能、温度显示功能、海拔高度测量功能，便于制作各种形式的导向器材。为导航、旅游、盲人出行、野外作业、穿越沙漠、登山、森林探险带来方便；可附加电子测距功能用于部队夜间行动和目标观测等，此项技术有着用途十分广泛开发应用前景。
三、电子语音方向播报系统的实际应用
由于电子指南针语音系统的发明设计在技术上已经从机械形式上升到电子化，使用微处理器(单片机)编制程序进行控制，可以与任何电子电路相连接，实现多种功能。如制作观测仪器、望远镜、炮对镜等，就可直接看到和听到观测目标的方位；也可与电脑相连接把有关信息图片进行储存。由此可见指南针的电子化、语音化，对其应用有了极大的扩展性，电子线路处理容易，实现有关功能也变得十分简单，这种技术的产生有很高的实用性。
1.多功能盲人导向手杖
此项成果已批准为国家专利，专利号：ZL03215144.6。采用机械指南针，运用光电技术，设计成定向语音提示电路，该电路与此相匹配的扬声器连接，供电电源为3V。装在杖头的空腔内，使用者判定方位时，将手杖垂直立于地面，打开定向开关，缓慢转动杖杆，待杖头尾端指向正北时，语音电路便发出提示声。通过正北的方位判定，即可很快辨别其他方位。为了使盲人朋友生活更加丰富，附加了收音功能，语音报时功能，彩色闪光警示功能。五个操作键安装在杖头翼侧，共用同一电源、同一扬声器，杖体为合金铝管，多节可伸缩，结构设计紧凑合理，耐震动、寿命长、音质好，功能可靠，外型美观，强度大，重量轻。亦可根据不同需求，语音设置为英汉语可选。
2.多功能摔倒自动语音报警手杖
此产品是专为老年人设计的，已申报国家专利。目前我国60岁以上的老人就有1.3亿，随着老龄化社会的到来，老年人用品有着较大的需求，也值得社会的关注。老年人特别是身残、体弱的老年人无人陪护在户外活动，因病、外力作用等情况摔倒时，手杖即可随时响亮播报预置的家中和亲人三个以上的电话号码，发出求救信号，以便路人及时采取措施救护。手杖装有收音和语音报时功能。杖杆的长度可调节，并有减震功能。该产品报警电路采用高保真、不掉电源语音录音集成电路，以智能控制电路实现任意录制播报内容，自动报警。收音、报时、报警、照明诸功能有机合理组合，互不影响，操作简便，是老年人理想的助行工具。
3.手持式电子语音指南针
此项产品已报国家专利。电子语音指南针采用全固体元件，体积小、灵敏度高、量程宽、低功耗、防震性能好、干扰小，工作电压3VDC。角度分辨率1度，精度可以达到±2度。具有LCD显示温度、时间、角度，并可语音播报时间和方位，语言选择开关可任意选择汉语或者英语播报。该新型电子语音指南针不但以优良的性能取代了传统的罗盘指南针，受温度湿度影响极小，克服了干扰和防震问题，同时解决了在夜间、恶劣气候、恶劣地理环境等视度不良条件下判定方位的难题，可广泛使用在车辆、船舶、导航、野外作业器材、旅游用品、盲人手机、盲人助行工具和部队训练、作战行动。也是盲人定向教学使用的理想工具。设计参数如下：
①角度分辨率1度，精度达到小于±2度。
②工作电压：3VDC。
③工作电流：最大550μA；静态电流：20μA。
④实现功能：电子指南针、温度、时钟、秒表(海拔高度、大气压力、天气预报、闹钟、回程轨迹存储)可选。
⑤时间、八向方位语音播报也可设计更多项语音播报。
⑥显示方式：LCD显示，彩色背光显示。
⑦带硬磁补偿、自动校准和磁偏角补偿功能，自动关机时间设置
⑧外壳颜色可选。
⑨外观尺寸：6.3厘米×9.5厘米。
四、总结
电子语音定向系统开发研究，是在传统机械指南针的基础上，借助现代科学技术的发展，以改变指南针方向表示方法，解决视力障碍者辨别方位的难题为基本出发点，从以机械指南针转变为单向语音提示，到电子指南针的多向语音播报，无论在理论上还是实践上都较好地实现了判定方位的语音播报，由于该技术完全是以电子电路实现的，所以有着极大的扩展性，这在指南针的技术上是一大突破，是一个质的飞跃。扩展了其应用范围，克服了机械指南针的局限性，有较高的实用性。导航、探险、地下勘探、旅游、部队装备和作战行动等都可以使用该技术。特别是盲人用品，有着极其重要的实用价值。
残疾人事业关系到社会的文明和进步，社会各阶层都要关心支持残疾人事业。残疾人用品的市场较小，投资大，效益低，科研、生产企业积极性不高，因此政府要对研究开发残疾人用品的企业给予大力支持，加快残疾人用品的研究开发和快速生产，使残疾人用品跟上现代科技发展的步伐。
