基于超声波测距的导盲仪设计

本科毕业设计（论文）基于超声波测距的导盲仪设计2014年6月本科毕业设计（论文）基于超声波测距的导盲仪设计学院：专业：学生姓名：指导教师：答辩日期：摘要I摘要盲人由于先天或后天的生理缺陷丧失了视觉功能，因而在日常生活和安全行走方面受到了很大的制约。所以，为了协助盲人安全行进，提高他们的生活能力与人身安全，世界各国一直在进行着电子导盲系统的研制。在此背景下，本文设计了一种基于超声波测距的导盲系统。大体上可分为两部分进行设计：测距系统与电源管理系统。测距系统通过超声波的发送和接收来检测盲人周围各个方向上一段距离内的障碍物信息，并将其转化为声音信号，使盲人从中获知其周围的情况。本文是在基于STC89C52单片机控制的超声波测距原理的基础上，来确定目标范围内障碍物的存在，同时利用US-100超声波模块自带的温度补偿功能来提高系统的精确度。本设计采用的是US-100的串口触发模式，在软件设计中主要包括：串行口初始化函数、超声波发射函数、写字符函数、数码管扫描函数、数码管显示函数。电子导盲仪作为一种便携式电子设备，电源的地位在其研究中占有十分重要的位置。电源管理系统会对电源电压进行实时监控，为系统提供稳定的电源以及根据电量的状态作出相应的反应，这是导盲仪整个系统稳定可靠的重要一环。关键词单片机；超声波；US-100；温度补偿；电源管理系统；燕山大学本科生毕业设计（论文）IIAbstractDuetocongenitaloracquiredphysicaldefects,theblindlosetheirabilityofvisualability,andtheirlifeindailyandthesafetyoftravelisrestrictedseriously.So,inordertohelptheblindwalksafely,improvetheirqualityoflifeandsafety,thewholeworldhasbeencommittedtotheresearchoftheelectronicguidesystem.Inthisbackground,thispaperdesignsaguidesystembasedontheultrasonicranging.Thissystemcanbedividedintotwoparts:thedistancemeasurementsystemandthepowermanagementsystem.Distancemeasurementsystemdetectsinformationalldirectionsofanobstructionwithinadistancearoundtheblindbysendingandreceivingofultrasonic,andconvertsitintosoundsignal,makestheblindmantolearnfromitssurroundings.Thisarticleisonthebasisofprincipleofultrasonicdistancemeasurementbasedonsinglechipmicrocomputer(STC89C52)control,todeterminethepresenceofobstaclesinthescopeofthetargets,atthesamet-imeuseUS-100ultrasonicmodulewithtemperaturecompensationfunctiontoimprovetheaccuracyofthesystem.Thisdesignusesthemodeoftriggeringbytheserialport.thedesigninsoftwaremainlyincludes:serialportinitializationfunction,ultrasoniclaunchfunction,writingcharactersfunction,digitaltubescanningfunction,digitaltubedisplayfunction.Electronicguideinstrumentasakindofportableelectronicdevices,thestatusofmobilepowersupplyoccupiesveryimportantpositionintheresearch.Powermanagementsystemprovidesreal-timemonitoringonthepowersupplyvoltage,providesastablepowersupplyforthesystem,andmakecorrespondingreactionaccordingtothestateofthepower,thisisanimportantpartofthestableandreliableofthewholesystem.Keywordssingle-chip;ultrasonic;US-100;Temperaturecompensation;PowermanagementsystemIII目录摘要………………………………………………………………………….........IAbstract…………………………………………………………………..............II第1章绪论………………………………………………………………...........11.1课题背景及意义……………………………………………….............11.2课题的国内外现状……………………………………………….........21.3课题研究的主要内容…………………………………………….........31.4论文结构………………………………………………………….........4第2章超声波测距原理..........…………………………………………............52.1超声波的特性……………………………………………….................52.1.1超声波的产生、发射和接收……………………………..............52.1.2超声波的传播特性………………………………………..............62.1.3超声波的温度特性………………………………………..............62.2超声波的测距原理…………………………………………….............72.3基于超声波测距的导盲仪的设计…………………………………….82.4本章小结…………………………………………………….................9第3章测距系统硬件部分…………………………………………................103.1单片机系统及外围硬件电路…………………………………...........103.1.1STC89C52单片机介绍…………………………………..............103.1.2STC89C52最小系统及外围电路………………………..............123.1.3数码管显示电路…………………………………………............153.1.4蜂鸣器报警电路…………………………………………............163.2US-100超声波测距模块………………………………………...........163.2.1US-100模块介绍………………………………………....................163.2.2US-100串口测距原理…………………………………....................183.2.3US-100串口测温原理…………………………………....................193.3本章小结……………….………………………………………..........19第4章测距系统软件设计及仿真……………………………………….........20IV4.1软件程序的总体设计…………………………………………...........204.2主要模块的程序设计…………………………………………...........214.2.1串口初始化函数…………………………………………............224.2.2超声波发射脉冲函数、写字符函数……………………............244.2.3数码管扫描函数…………………………………………............254.2.4数码管显示函数…………………………………………............254.3系统调试与仿真………………………………………………...........264.4测距结果与误差分析…………………………………………...........284.5本章小结………………………………………………………...........30第5章电源以及电源管理系统………………………………........................315.1便携式设备可用的几种电源介绍……………………………...........315.2电源的选择及其工作模式……………………………………...........325.2.1电源的选择………………………………………………............325.2.2电源的工作模式…………………………………………............335.3电源管理系统的设计…………………………………………...........345.4本章小结………………………………………………………...........36结论………………………………………………………………………..........37参考文献…………………………………………………………………..........38致谢………………………………………………………………………..........40附录1开题报告……………………………………………………………….41附录2中期报告……………………………………………………………….45附录3英文文献翻译……………………………………………….................51附录4英文文献原文…………………………………………….....................61第1章绪论1第1章绪论1.1课题背景及意义视觉能力是我们沟通外部世界、获得认知和信息的主要来源，可以说是人类感觉功能中最重要的一项功能。然而双目失明的盲人由于各种各样先天的生理缺陷和后天的伤害丧失了这一能力，因而在日常生活和安全行走方面受到了很大的制约与限制。我国是世界上盲人最多的国家，目前我国约有近2000万的盲人，这一数量正在以在每年约45万人的速度增长[1]。随着科学技术和现代制造技术的快速发展，现代生活的节奏逐渐加快，普通的盲人拐杖已经无法满足现代生活里盲人的现实需要，导盲犬由于训练难度大，训练费用高也难以发挥高效的作用。盲人事故的屡屡发生，也对电子导盲辅具提出了更高的、更迫切的要求[2]。为了协助失明群体可以安全行走，提高他们的生活能力，确保他们的人身安全，世界上许多国家一直在进行着电子导盲装置的设计和研发。例如，盲人电子导盲眼镜；盲人语音协助系统；红外线无线电导盲系统等[3]。导盲仪的存在将会极大地扩展盲人朋友的生活范围，丰富他们的日常生活，同时，也能减轻社会以及家庭的负担。所以电子导盲仪的开发和应用会带来巨大的社会效益。导盲仪各种各样，基于的工作原理也各不相同，基于超声波测距的导盲仪是其中一种。超声波由于其种种的传播特性和优势，在工业和社会生活的各个领域中获得了广泛的应用。近些年来，超声波测距已普遍应用在机器人避障系统[4]：移动机器人的超声波避障系统、智能机器人管家和智能电动车自动避障系统；车载系统[5]：自动泊车系统、自动刹车系统和雷达倒车引导系统；工业制造；航海航空；石油化工、液位测量等中[6]。