智能导盲系统设计

曹培培　陈鑫　杨鑫

摘要：智能导盲电路设计是一项系统的工程，它涉及到单片机、超声测距系统、开关控制系统、温湿度采集系统、声光报警系统、电源的选择。本设计主要是以AT89S52单片机作为系统的控制系统，然后以此来控制各个模块运转，整个系统运用的是回波法的测距原理。系统所测量的障碍物的距离必须要在上下限范围之内。当系统检测到一定范围的障碍物时，会发生警报和相应的语音提示。

关键字：智能导盲；超声测距；声光报警。

1 绪论

据世界卫生组织的估计，2030年全世界视力残障人士将达到2500多万左右。另外，患者无论是先天性失明还是后天性失明，作为个体，均会给其家庭带来严重困扰，带来二次伤害。因此，设计一款经济、适用的导盲设备，方便盲人出行，为其家庭减轻负担，不仅为盲人送去了温暖，也有一定的经济价值。本课题旨在设计一种简单、便携、成本低廉的语音导盲系统。虽然国内的科研单位都在努力致力于导盲系统的研究，但大部分都停留于是实验室研究阶段，没有在市场中推广应用。随着我国对残障人士的关爱越来越多，而盲人作为社会的一大弱势人群，越来越受到关注，必将推导盲系统的市场应用。

2总体设计思路

智能导盲拐杖硬件电路设计涉及到许多方面，包括单片机、超声测距系统、开关控制系统、温湿度采集系统、声光报警系统、电源等的选择。在开始设计之前，需要对这个设计模块之间的关系进行了解。更具实物要实现的功能，需要把模块进行细节化，分析单个模块内部的引脚功能，其结构框图如图1示。

该系统由单片机，超声波发射和接收电路，显示电路，语音模块和光报警模块，控制核心芯片。单片机在接收到传感器的信号后产生对应低电平使语音芯片开始工作，语音芯片发出相应的振动提示或语音提示。本系统工作原理示意图如图2所示。

本设计系统主要有以下几个模块：

（1）超声换能模块

超声波的发射模块主要是由包括超声波的激励脉冲产生电路和超声波探头组成，由单片机通过软件产生激励脉冲然后传送给超声波探头进行发送。回波信号电路由四大部分组成，分别是前置比例放大电路、程序控制的放大电路以及超声波的信号过滤电路。一般还需要将超声波的回波信号转换成电量信号的电压，还需经过放大器对信号进行放大处理然后通过滤波器的滤波后才能得到幅值和信噪比符合要求信号，只有这种经过处理后的信号才能被处理。

（2）电源模块

电源模块是为整個系统提供稳定的供电电源，使系统不会出现电源不稳定影响运行的现象。

（3）语音播报模块

主要是实时距离语音播报，快闪躲避的语音提醒。

（4）快闪检测模块

该模块是当一个物体快速接近超声波探头是，系统能够有躲避危险的语音提示。

3 系统的调试结果

通过实验表明，本次设计的导盲仪的采集速率和精度都很高，当前面一定的范围内有物体时，导盲仪会自动地发才语音提示来提醒盲人该怎样行走。硬件系统的正确性必须通过实验才能得到验证。然而由于空气中存在湿度和温度，超声波测距所得的数值与理论值之间总是存在着误差。其余的子功能都良好运行。理论测距与实际测距如图3和4。从图中可以看出超声波测距的误差在2mm之内。

总结误差原因共有两个方面：

（1）由于超声波被测面或被测面旁其它物体的漫反射，因而所测距离不是真实的垂直距离，引起测量误差。

（2）声速虽然在同一介质中不容易改变速度，但是温度的变化会影响测量的精确度，所以测量的结果也会有一定的误差。

基金项目：江苏省淮阴师范学院大学生创新训练计划项目（201617006XJ）

参考文献：

[1]杜新珂.超声波测距在智能导盲系统中的应用[D].南京：南京理工大学，2012.

[2]郑锋.51单片机应用系统典型模块开发大全[M]. 北京：中国铁道出版社，

[3]甘德成，刘建欣.多功能超声导盲仪设计[J].宜宾：宜宾学院学报，2012，（6）：12～15.