基于单片机超声导盲杖设计

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1、基于单片机超声导盲杖设计摘要：本文利用超声波测距原理，以AT89S52单片机为主控核心，设计了一种导盲装置，该装置可以对盲人前进的道路上的障碍物进行距离探测并把障碍物的距离信息转换成声音和振动提示，从而起到导盲作用。Abstract：ThispaperdesignsablindguidingdevicewhosemaincontrolpartisAT89S52SCMbyusingultrasonicrangingprinciple・Thedevicemeasurethedistancewithobstaeleandtransformtheinformationintosound

2、informationandvibrationalert,thuscreatingablindguidingeffect.关键词：单片机；超声波；导盲Keywords：SCM；ultrasonic；blindguiding中图分类号:TP39文献标识码：A文章编号:1006-4311(2012)33-0176-030引言盲人作为特殊的群体，其借助的辅助工具主要有手杖和导盲犬，其中使用手杖最为普遍。传统的盲人拐杖是一根长杆，存在一系列的不足。例如：探测的距离受限于拐杖的长度；难于探测悬挂的障碍物；无法对快速接近的障碍物发出预先报警；公共场合不利于收藏等。为了更好地帮助盲人行走，国

3、内外很多机构都研究和生产了相关电子导盲装置，由于利用了GPS全球定位系统及建立无线电基站等方法，导致用这些方法实现的导盲器价格昂贵，不适合于普通消费者。导盲犬则价格更高，并且在某些社交场合（例如禁止宠物进入）不适合使用，造成导盲犬无法普及。本文构思设计一种能辅助盲人安全行动的智能拐杖，该拐杖可以对前方一定距离的障碍物进行探测，并给出警报提示，从而对视力存在缺陷者提供较好的辅助行走功能。该设计采用基于超声波传感器，以单片机为主控芯片，利用超声波测距原理辅助盲人行走，使用简单方便，具有方向性强、能量易于集中、传播距离较远，以及对障碍物定位具有一定的精确性，体积相对较小、方便携带、价

4、格低廉等特点。1系统的硬件结构及基本功能本设计主要分为主控模块、超声波测距模块和报警模块三个部分。首先由超声波传感器发射端产生一个高频的超声波，然后接收端接收到这个回波，通过计算传感器发送信号和接收信号的时间间隔来确定对象的距离，最后通过对距离的判断发出警报信号，实现智能导盲的作用。硬件的整体结构如图1所示。1.1超声波测距模块应用超声波脉冲回波法测距的过程是：用持续时间一定的超声频高压电脉冲信号激励超声换能器，使之向外部介质发送一串超声波，当超声波在换能器的声轴上遇到一个或多个目标时，部分声能将被反射回来并作用在换能器上，使换能器输出微弱的电信号。该信号经过放大滤波后，送入微

5、处理系统进行信息处理，以判定回波信号出现的时刻，并计算出超声波的射程时间及对应的目标距离，从而完成了一个测距周期。本设计中的测距模块采用收发分体式，由一对超声传感器组成，超声波发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，由主控模块向超声波的发射端送出固定频率(40kHz)的脉冲信号，在发射端经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，将电脉冲信号转成超声波发射出去，若前方有障碍物存在，超声波接收端将收到的一部分反射回波转为电信号，该信号经放大后送至主控模块的另一路，被主控模块接收后计算回波时间，从而计算出障碍物的距离。在发射端，信号经两级反相后送到超声波换能器的另一

6、个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。发射接收电路图如图2所不O1.2主控模块本设计采用的主控芯片是AT89S52,它是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在线可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。在本设计中，该芯片主要完成把各个模块之间的数据信号进行分析处理后给出相应的指示

7、，利用内部的定时器/计数器控制超声波发射接收并计算超声波的时间，通过时差算出距离，最终通过软件实现障碍物的识别，输出结果。1.3报警提示模块由于导盲杖被广泛用于室外的嘈杂环境中，本设计采用了蜂鸣器和振动双重报警，当通过超声波的发射和接收电路以及软件结合判断出前方有障碍物时，系统将发出报警信号。声音报警电路通过一个简单的三极管驱动蜂鸣器报警，振动报警则是利用小型电机偏心轴原理实现导盲杖振动，可用于安静环境或嘈杂环境中听不见语音提示的情况。电路图如图3所示。1.4硬件系统PCB图PCB(Prin