張旭 李姿 任興寶

沈陽(yáng)工學(xué)院

基于單片機(jī)的智能導(dǎo)盲杖的研究與設(shè)計(jì)

張旭 李姿 任興寶

沈陽(yáng)工學(xué)院

隨著現(xiàn)代社會(huì)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代的交通水平日益發(fā)達(dá)，對(duì)于視覺(jué)障礙者來(lái)說(shuō)出行越來(lái)越困難。為了改善盲人的出行條件，增強(qiáng)其社會(huì)適應(yīng)能力，設(shè)計(jì)超聲波技術(shù)的導(dǎo)盲杖具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

單片機(jī) 導(dǎo)盲杖 超聲波

1 設(shè)計(jì)背景

隨著信息化和數(shù)字化的發(fā)展，現(xiàn)在社會(huì)中人們的生活變得更加豐富多彩，生活更加便利。但是有一種人群卻不容忽視，社會(huì)上形形色色、豐富多彩的事物與他們無(wú)緣的，他們就是盲人。盲人在現(xiàn)實(shí)生活中的困難與心理上的痛苦是可想而知的。他們的衣食住行存在諸多不便，而在出行與人際交往中遇到的困難更加突出。目前，市場(chǎng)上的導(dǎo)盲工具主要是導(dǎo)盲犬和導(dǎo)盲杖，導(dǎo)盲犬的培訓(xùn)過(guò)程長(zhǎng)達(dá)18個(gè)月，綜合費(fèi)用達(dá)2.5～3萬(wàn)美元，如此昂貴的價(jià)格不是普通用戶能承擔(dān)的。導(dǎo)盲杖的短距離感知障礙物也對(duì)于當(dāng)前的交通情況所不容樂(lè)觀。因此建立超聲波技術(shù)的導(dǎo)盲杖設(shè)計(jì)，使盲人或視覺(jué)障礙人士的出行更加便利，適應(yīng)社會(huì)生活能力增強(qiáng)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)針對(duì)于盲人和有視覺(jué)障礙的殘障人士所設(shè)計(jì)，通過(guò)超聲波測(cè)距傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)人體（導(dǎo)盲杖）對(duì)物體距離的測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)送入微處理器，并通過(guò)處理器設(shè)定的限制實(shí)時(shí)提醒使用人員當(dāng)前與障礙物的距離。

本系統(tǒng)以STC89C52RC芯片為核心，硬件設(shè)計(jì)主要包括電源、單片機(jī)控制系統(tǒng)、超聲波測(cè)距模塊、時(shí)鐘模塊、按鍵模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊和震動(dòng)模塊等模塊。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機(jī)為系統(tǒng)的核心控制器。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)芯片、復(fù)位電路和晶振電路，單片機(jī)內(nèi)部采用11.0592MHz時(shí)鐘頻率，通過(guò)軟件構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)鐘。

2.2 測(cè)距模塊

本系統(tǒng)采用2個(gè)超聲測(cè)距模塊作為系統(tǒng)的距離檢測(cè)傳感器，將這兩個(gè)傳感器分別放置在導(dǎo)盲杖的中部和底部分別檢測(cè)前方不同高度的實(shí)時(shí)距離。當(dāng)檢測(cè)到的任何一個(gè)距離小于系統(tǒng)設(shè)定的最小距離，系統(tǒng)都會(huì)報(bào)警提示持杖人的前方有障礙。

2.3 語(yǔ)音播報(bào)模塊和震動(dòng)模塊

本系統(tǒng)在報(bào)警設(shè)置時(shí)考慮到了持杖人所處的環(huán)境，所以本系統(tǒng)設(shè)置了同步的語(yǔ)音播報(bào)和震動(dòng)報(bào)警，這樣可以使使用者確定的接收到系統(tǒng)的報(bào)警，提高了導(dǎo)盲杖的使用準(zhǔn)確性，也同時(shí)保證了使用的安全系數(shù)。

2.4 時(shí)鐘模塊

系統(tǒng)為了使持杖者方便，設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)播報(bào)時(shí)間的功能。系統(tǒng)中采用了DS1302實(shí)現(xiàn)了對(duì)當(dāng)前時(shí)間的準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。時(shí)鐘模塊電路圖如圖2所示。電路中利用32.768KHz晶振維持系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率。

圖2 時(shí)鐘模塊電路原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中使用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，其具有簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便、可移植性好、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)設(shè)計(jì)軟件流程圖，分析系統(tǒng)功能，經(jīng)軟件調(diào)試無(wú)誤后植入單片機(jī)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集與處理、報(bào)警等功能。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一套集傳感器數(shù)據(jù)采集、微處理器自動(dòng)處理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)裝置。本系統(tǒng)涉及電子信息、微計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，多學(xué)科相互交叉融合，從而實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)盲杖的多種功能，更加適用于盲人或有視覺(jué)障礙的人使用。

[1]李群芳.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001

[2]蘭羽.具有溫度補(bǔ)償功能的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù),2013,02

[3]張波.基于STC89C51單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2010,18

李姿（通訊作者）（1982-），女，遼寧沈陽(yáng)人，講師，碩士研究生，現(xiàn)主要從事電氣工程及其自動(dòng)化方面的相關(guān)教學(xué)工作。

張旭（1995-），男，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院學(xué)生，自動(dòng)化專業(yè)，研究方向：超聲波測(cè)距。