智能導盲系統(tǒng)設計

曹培培　陳鑫　楊鑫

摘要：智能導盲電路設計是一項系統(tǒng)的工程，它涉及到單片機、超聲測距系統(tǒng)、開關控制系統(tǒng)、溫濕度采集系統(tǒng)、聲光報警系統(tǒng)、電源的選擇。本設計主要是以AT89S52單片機作為系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，然后以此來控制各個模塊運轉(zhuǎn)，整個系統(tǒng)運用的是回波法的測距原理。系統(tǒng)所測量的障礙物的距離必須要在上下限范圍之內(nèi)。當系統(tǒng)檢測到一定范圍的障礙物時，會發(fā)生警報和相應的語音提示。

關鍵字：智能導盲；超聲測距；聲光報警。

1 緒論

據(jù)世界衛(wèi)生組織的估計，2030年全世界視力殘障人士將達到2500多萬左右。另外，患者無論是先天性失明還是后天性失明，作為個體，均會給其家庭帶來嚴重困擾，帶來二次傷害。因此，設計一款經(jīng)濟、適用的導盲設備，方便盲人出行，為其家庭減輕負擔，不僅為盲人送去了溫暖，也有一定的經(jīng)濟價值。本課題旨在設計一種簡單、便攜、成本低廉的語音導盲系統(tǒng)。雖然國內(nèi)的科研單位都在努力致力于導盲系統(tǒng)的研究，但大部分都停留于是實驗室研究階段，沒有在市場中推廣應用。隨著我國對殘障人士的關愛越來越多，而盲人作為社會的一大弱勢人群，越來越受到關注，必將推導盲系統(tǒng)的市場應用。

2總體設計思路

智能導盲拐杖硬件電路設計涉及到許多方面，包括單片機、超聲測距系統(tǒng)、開關控制系統(tǒng)、溫濕度采集系統(tǒng)、聲光報警系統(tǒng)、電源等的選擇。在開始設計之前，需要對這個設計模塊之間的關系進行了解。更具實物要實現(xiàn)的功能，需要把模塊進行細節(jié)化，分析單個模塊內(nèi)部的引腳功能，其結構框圖如圖1示。

該系統(tǒng)由單片機，超聲波發(fā)射和接收電路，顯示電路，語音模塊和光報警模塊，控制核心芯片。單片機在接收到傳感器的信號后產(chǎn)生對應低電平使語音芯片開始工作，語音芯片發(fā)出相應的振動提示或語音提示。本系統(tǒng)工作原理示意圖如圖2所示。

本設計系統(tǒng)主要有以下幾個模塊：

（1）超聲換能模塊

超聲波的發(fā)射模塊主要是由包括超聲波的激勵脈沖產(chǎn)生電路和超聲波探頭組成，由單片機通過軟件產(chǎn)生激勵脈沖然后傳送給超聲波探頭進行發(fā)送?；夭ㄐ盘栯娐酚伤拇蟛糠纸M成，分別是前置比例放大電路、程序控制的放大電路以及超聲波的信號過濾電路。一般還需要將超聲波的回波信號轉(zhuǎn)換成電量信號的電壓，還需經(jīng)過放大器對信號進行放大處理然后通過濾波器的濾波后才能得到幅值和信噪比符合要求信號，只有這種經(jīng)過處理后的信號才能被處理。

（2）電源模塊

電源模塊是為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的供電電源，使系統(tǒng)不會出現(xiàn)電源不穩(wěn)定影響運行的現(xiàn)象。

（3）語音播報模塊

主要是實時距離語音播報，快閃躲避的語音提醒。

（4）快閃檢測模塊

該模塊是當一個物體快速接近超聲波探頭是，系統(tǒng)能夠有躲避危險的語音提示。

3 系統(tǒng)的調(diào)試結果

通過實驗表明，本次設計的導盲儀的采集速率和精度都很高，當前面一定的范圍內(nèi)有物體時，導盲儀會自動地發(fā)才語音提示來提醒盲人該怎樣行走。硬件系統(tǒng)的正確性必須通過實驗才能得到驗證。然而由于空氣中存在濕度和溫度，超聲波測距所得的數(shù)值與理論值之間總是存在著誤差。其余的子功能都良好運行。理論測距與實際測距如圖3和4。從圖中可以看出超聲波測距的誤差在2mm之內(nèi)。

總結誤差原因共有兩個方面：

（1）由于超聲波被測面或被測面旁其它物體的漫反射，因而所測距離不是真實的垂直距離，引起測量誤差。

（2）聲速雖然在同一介質(zhì)中不容易改變速度，但是溫度的變化會影響測量的精確度，所以測量的結果也會有一定的誤差。

基金項目：江蘇省淮陰師范學院大學生創(chuàng)新訓練計劃項目（201617006XJ）

參考文獻：

[1]杜新珂.超聲波測距在智能導盲系統(tǒng)中的應用[D].南京：南京理工大學，2012.

[2]鄭鋒.51單片機應用系統(tǒng)典型模塊開發(fā)大全[M]. 北京：中國鐵道出版社，

[3]甘德成，劉建欣.多功能超聲導盲儀設計[J].宜賓：宜賓學院學報，2012，（6）：12～15.