基于51单片机的盲人避障系统设计

刘旭　蔡丽

摘 要 随着单片机技术的广泛應用，盲人导航系统可以采用单片机进行设计，本文主要以盲人手杖为载体，以51单片机为核心，采用红外技术，通过语音模块提示实现盲人避障的目的，本系统主要由三部分构成，包括红外发射模块，红外接收模块和语音提示输出模块。

关键词 单片机 盲人拐杖 导航

中图分类号：TP368 文献标识码：A

0引言

目前盲人导航主要靠传统的手杖，不便为盲人提供路面信息，这类拐杖的弊端很多，只能通过手杖碰触感知前方地面物体，而难以发现较远的物体或者半空物体。当前国内生产的导盲设备也存在各种问题，而国外成熟的手杖产品价格较贵，难以普及化，因此采用廉价的单片机进行盲人导航设计具有实际意义。

本文主要以盲人手杖为载体，以51单片机为核心，由红外发射模块、红外接收模块和语音提示输出模块组成。通过红外技术，用语音模块提示实现盲人避障的目的。本系统主要分析盲人前方或半空遇到障碍物时，当距离障碍物大于50CM以正常速度前进，当小于50CM时根据语音提示，停止或者拐弯，从而实现避障目的。

2硬件系统设计

系统硬件组成如图1所示，利用单片机的中断对红外线发射管进行调制发射38KHz信号，发射距离远近可由可调电阻调节。发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调输出TTL电平，在遇障碍物时控制电机并使基础机器人转向。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现。接收头采用HS0038A2型一体化接收探头，接收头的输出脚OUT与单片机INT0引脚相接，如图2所示。红外接收头在没有接收到红外信号时，INT0输出高电平，单片机不中断。在接收到信号时输出低电平，单片机中断。

目前单片机系列很多，比较常用的如Intel公司的MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列产品。本系统中选用51系列中的AT89S51。

传感器选择至关重要，目前有超声波、红外、视觉、雷达等方式，各有优缺点，其中超声波夜间不受影响，但容易受到环境影响，如天气等；视觉传感器分辨率好，但是不能直接测量距离，处理过程相对复杂；雷达也不受夜间影响，但容易受灰尘等因素的影响；而红外传感器价格合理，检测距离满足要求。因此选择红外传感器HS0038A2。

语音模块采用ISD4004系列单片语音录放芯片，工作电压3V，适用于便携式电子产品，采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪，其操作命令可通过串行通信SPI接口送入，而且采样频率越低，录放时间越长。

3软件系统设计

51单片机的作用是通过实时监控超声波模块传送的信号，通过采集来的红外信号进行处理，最后对信号进行避障决策判断。主控程序流程图如图3所示，图3表示主流程，开始初始化，查询按钮键是否按键，确定单片机是否启动；采用外部中断的方式来实现，通过手杖底部和中部分别安装两组红外探头，检测手杖地面和半空中的障碍物，当检测到地面障碍物或者半空障碍物时引起外部中断。在正常情况下，遇到障碍后，INT0接收到信号，手杖自动报警并提示前方有障碍，若系统中没有等待定时器的中断信号产生时，手杖不会做出输出指示。当左边检测到障碍时，语音提示向右转；当右边检测到障碍时，语音提示向左转，左右都有障碍时停止前进。

4小结

本文介绍了一种简单的盲人避障系统，结合单片机技术和红外感应技术，以盲人手杖为载体，以AT89S51单片机为核心，结合红外传感器检测模块，给出软硬件结构，通过语音提示可及时起到报警和提醒作用，从而实现盲人避障功能。该电路具有结构简单、性能稳定。