雷达位点测障拐杖的设计

惠坤龙 胡林慧 秦彦斌 郭子蒙 薛琦 高航

【摘 要】我国人口基数庞大，近年来老年人和盲人的数量日益增多，同时随着城市的不断发展，城市道路的障碍物越来越多，致使老年人及盲人的出行越来越困难。文章介绍的雷达位点测障拐杖可以利用雷达感应能力对前方障碍物发出警告和报出距离，给盲人和老人在行走过程中予以提醒，避免发生安全事故。

【关键词】老年人；超声波；测障拐杖

【中图分类号】TS959.9 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）05-0105-02

0 引言

截至2017年，我国大约有1.5亿的老年人和600多万的盲人，也就是说，每10个中国人中就有1位老年人，同时每200名中国人中就有一位盲人。他们和常人一样，需要努力工作、学习及照顾家庭；但是，他们受教育的机会少，就业机会少，需要面对更多衣食住行中出现的各种问题。然而，能为老年人和盲人提供服务和帮助的设备及基础设施并不多，社会对盲人和老年人的帮助意识薄弱。为了逐步解决老年人和盲人在生活中不便利的问题，我们应从基础做起，考虑老年人和盲人的出行问题，为老年人和盲人的出行安全提供保障。

很多老年人和盲人外出需要拐杖的帮助，盲人道的设计原理是为了方便老年人和盲人带着拐杖出行，但是老年人和盲人外出依然面临很多问题。首先是安全问题，老年人和盲人出行时，如果遭遇打劫或偷盗行为，他们基本没有自保能力；在通过十字路口或者马路时，也有很多安全隐患。其次是外出路线问题，大多数老年人和盲人记路线依靠脑子死记硬背，所以如果走错路，他们就很难成功地走回家。最后是外出效率和舒适性的问题，老年人和盲人走路不仅慢，而且远距离步行会很累，身体会吃不消。

1 雷达位点测障拐杖系统的设计

1.1 单片机在测障拐杖上的应用

单片机早已渗透我们日常生活中的很多领域，例如导航装置控制飞机、高铁上的各种类型仪表、网络通信等，这些设备和领域都与单片机有着千丝万缕的关系。①在智能化仪器和仪表方面的应用。单片机具有功耗低、体积小、扩展灵活、控制功能强、微型化、使用便捷的特点，在精密仪器及仪表中的应用广泛，单片机结合各种类型的传感器，能实现诸如功率、频率、湿度、温度、电压、流速、厚度、角度、长度、压力、硬度、元素等物理度量的测定。有了单片机的控制，可以使精密仪器及各类仪表更加智能化、数字化、微型化，而且其功能比采用电子和数字电路更强大。②在工业上的应用。单片机可以组成多种形式的控制和数据采集系统。③在家用电器上的应用。家用电器几乎都采用了单片机的控制，如电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、音响等。④在其他方面的应用。例如，倒车雷达、智能测障拐杖等。

1.2 雷达位点测障拐杖系统的设计

1.2.1 CPU控制系统的设计

本次设计采用的是AT89S52单片机（如图1所示），该机型的引脚有40个，是一种低功耗、高性能并且含有8 K字节快闪只读存储器的8位CMOS微控制器。

AT89S52的主要性能：与MCS-51微控制器产品兼容；编程所需的所有电压都不需外部电路提供；电压（Vcc）调节范围为2.7～6 V；全静态工作由0 Hz～16 MHz；有32条可编程I/O线；有128×8 bit位内部RAM；有3个16位定时器/计数器。

AT89S52芯片的40个引脚功能如下。Vcc：电源。GND：接地作用。RST：复位信号输入。XTAL1：反向振荡放大器及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：反向振荡放大器的输出。PSEN：外部程序的存储器读选通信号，在取指期间，每个机器周期都有2次/PSEN有效；在访问外部数据存储器时，这2次有效的/PSEN信号不会出现。EA/VPP：当加密的方式为1时，EA把内部锁定成RESET；在编程的时候，使用12 V的编程电源（VPP）编写引脚。P0：8位的漏级及开路双向I/O端口，每个引脚能吸收8TTL门电流；当P1端口的引脚首次写1时，被定义为高阻输入。P1：8位的双向I/O端口。P2：带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3：引脚P3.0～P3.7为带内部上拉的双向I/O引脚。

1.2.2 超声波换能系统的设计

超声波换能系统的设计可分为收发一体式与收发分体式。其中，收发一体式是指能将超声波发送出去，也能接收超声波；而收发分体式则指由专门的发送器将超声波发送出去，再由专门的接收器将超声波接收回来。本系统采用的超声波测距模块如图2所示。

超声波测距模块可提供2～400 cm的距离感测功能，测量精度可以控制在2 mm范围内，该系统模块还包含了发送和接收超声波的装置及相应的控制电路。Vcc可提供5 V左右的电源，将GND端口接地，TRIG则控制触发信号的输入，ECHO控制回相信号输出。

控制换能的电路主要由超声波信号所产生的功率来驱动。根据该电路的需要，发射信号的电路应该满足以下要求。

（1）振荡电路中的振荡频率可以调节。本系统设计中使用“555”型振荡电路（如图3所示）。

（2）驱动电路的能力强。本系统设计中控制驱动电路的超声波传感器原理图如图4所示。

（3）增加I/O端口的控制。为了加大超声波测距系统的量程范围，需配置驱动电路（如图5所示）。

此超声波模块可提供10～500 cm的非接触式距离感测功能，测距精度可控制在1 cm范围内。

1.2.3 灯光示警系统的设计

灯光示警系统的设计主要采用灯光示警模式，用闪动的指示灯来警示行人或者车辆，此外还会通过声音示警，发出特定的语音提示使用人。此次设计添加了光控制LED灯示警系统，用于夜晚时提醒车辆和行人避让老年人和盲人。该系统的光线集采电路原理如图6所示。

1.2.4

稳定电源系统的设计目的是给其他电路正常工作提供稳定的电能。而电源设计也是所有电路设计中至关重要的环节。稳压供电原理图如图7所示。

2 结语

本系统的设计充分结合了单片机的运算、控制两大功能，依照超声波的特性和使用方式，对超声波的测距模块和系统进行设计。将超声波用于测距方面，会更加便捷、高效、迅速且容易实现实时控制。除此之外，还能做到符合工业上对于测量精度的要求。随着国家经济、科技、社会的不断发展，对超声波的使用将会越来越频繁，其应用范围也会越来越广泛，但是目前的超声波技术水平还有待提高，所以这是一个正在蓬勃发展并有着无限前景的技术产业领域。

参 考 文 献

[1]刘飞.多功能导向拐杖的设计[J].中国医学装备，2016（9）.

[2]贾丹平.多功能盲人智能拐杖的设计[J].电子设计工程，2016（7）.

[3]韩普.基于单片机智能拐杖设计[J].電脑知识与技术，2017（13）.

[责任编辑：钟声贤]