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龙源期刊网单片机的智能导盲手杖作者：李青郭菲关明来源：《商情》2010年第11期[摘要]本文介绍的是一种基于单片机和超声波测距、光敏检测元件的新型智能化盲人超声手杖,文章详细介绍了超声手杖的测距原理、设计方法及技术实现,该手杖安装有单片机系统,包含震动报警、语音报警和指示灯预警系统,能有效、安全地辅助视力受损人员行走。[关键词]超声测距光敏元件MCS-51单片机智能手杖一、引言在马路上,虽然铺设触觉导向瓷砖,但盲人依然行走困难,盲人专用道路有可能被随便停放的车辆挡住,给盲人的行走带来不便,传统的盲人拐杖只是一根长杆,设计简单,存在很多不足。例如,探测的距离受限于拐杖的长度,无法对快速接近使用者的障碍物发出预先警示等。因此,针对以上各种问题,有必要研制一种能有效帮助盲人安全行走的多功能手杖,经过一番研究,我们设计了一种基于单片机和超声波测距、光敏检测元件的新型智能化盲人超声手杖,供大家共同探讨,批评指正。二、系统功能及原理在手杖下端、中上端和上端分别安装了一套超声测距电路。该系统硬件电路由超声波发射与接收电路、温度检测电路、单片机电路、数码显示电路等组成。装置中使用的超声波是频率高于20kHz的声波。这种超声波的特征是:能量集中,波长短,近似直线传播。超声波在空气中的传播速度v为340米/秒,当其传播过程中遇到物体的阻挡时,便会被物体反射。通过对发出的超声波计时,可得到超声波被反射回来与发出去的时间差△t,用公式S=V•△t/2便可计算出物体距超声波发出点的距离S。三、测量与转换电路1.单片机控制系统硬件设计本系统硬件电路由超声测距电路、语音存储驱动电路、光敏感应控制电路、单片机控制电路及报警指示电路等组成,如图1所示。针对使用者前方地下是否为空,正前方、前上方是否有障碍物三种情况,我在智能拐杖的下端、中上端和上端分别安装了一套超声测距电路。本系统采用MCS-51单片机,这是因为MCS-51系列单片机具有高速、实时、低功耗、各端口I/O功能强大等优良的技术性能。龙源期刊网超声波发射、接收原理单片机产生40kHz方波,通过超声波反射探头(图中T)产生一段一段的超声波,同时单片机计时器开始计时。超声波在空气中传播遇到障碍物被反射后由超声波接收探头(图中R)接收回波,经放大电路放大及检波电路检波产生中断,单片机计时器停止计时。单片机对数据进行处理,根据超声波测距原理,可计算出障碍物的距离S,再根据需要把距离划分为1米、1.5米、2米不同的报警等级。单片机根据物体的方位及报警等级发出不同的语音报警信号,并可根据需要发出振动报警信号。3.接收放大电路超声波回波接收放大电路如下图所示。超声波接收换能器R将接收到的反射回波转换为电信号,采用高增益的运算放大器进行放大,并对放大后的信号进行整形,送到单片机的超声波接收端。计算超声波从发射到接收的时间间隔,即可计算出障碍物的距离。则输出电压4.报警系统报警系统由语音报警系统和震动报警系统共同组成。语音报警通过连接扩音器实现,震动报警系统通过三极管驱动一个带有偏心轮的微型电机实现。通过控制三极管基极的电平控制电机的开关,输入不同频率的电平可以达到不同的震动效果。5.光敏控制和报警指示电路采用光敏元件,能够在光线黑暗的场合,控制拐杖指示灯亮,当拐杖探测到前面有障碍物时,语音报警电路发出快速的警报声,同时震动报警系统开启。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态,在没有光照射时,反向电阻很大,反向电流很小,反向电流称为暗电流,当光照射在PN结上,光子打在PN结附近,使PN结附近产生光生电子和光生空穴对,它们在PN结处的内电场作用下作定向运动,形成光电流。光的照度越大,光电流越大。因此光敏二极管在不受光照射时处于截止状态,受光照射时处于导通状态。如右图所示:四、软件设计软件设计的指标如下:若是天黑,拐杖指示灯亮,当正前方、前上方1m内存在障碍物时,实行震动、光线闪烁和语音提示报警;若是白天,当正前方、前上方1m内存在障碍物时,实行震动和语音提示报警。其程序流程图如下图所示:五、结论龙源期刊网米,探测角度60°以上,但为了实际需要,将报警范围设定在1米之内,报警间距也可根据需要调整。该智能拐杖能在一定程度上避免各种障碍情况对视力受损人员造成损伤。同时,该智能手杖也有不足之处,超声波探头有一定的盲区,当反射材料具有吸声特性时,有时会出现误报警,这些都是一些不足之处,相信经过不断的修正,系统能够更加完美。参考文献:[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.[2]童敏明,唐守锋.检测与转换技术.中国矿业大学出版社.[3]康光华.电子技术基础.高等教育出版社.