蘇振強 李月潔 薛超引 王星宇

摘要：針對視障人群在生活中如何安全避障的問題，本設計研究了一種基于主控芯片為飛思卡爾K60芯片的超聲波測距導盲系統(tǒng)。本論文主要闡述了超聲波檢測模塊工作原理、工作方式以及系統(tǒng)結構，本系統(tǒng)通過所測距離與語音系統(tǒng)和報警電路實現(xiàn)對視障人群的提示。實踐實驗表明該系統(tǒng)具有系統(tǒng)性能穩(wěn)定、結構簡單、測距準確、體積小、使用方便、性價比高等特點。

關鍵詞：導盲儀；超聲波檢測；語音播報；震動模塊

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）17-0237-02

據(jù)統(tǒng)計全世界有盲人4500萬左右，低視力人群是盲人的3倍，大約有1.4億人，我們國家約有500萬盲人，占全世界盲人人口的18%，是全世界盲人最多的國家。我們國家盲人的數(shù)量非常龐大，幾乎每100個中國人里，就有約1個盲人。因此，對于導盲裝置的研究也是非常有必要的，目前市場上現(xiàn)有的相對成熟的導盲裝置如：導盲機器人、導盲犬、GPRS導盲定位等，但是這些成本都很高，尤其像導盲犬，訓練周期長，服役時間有限。但是超聲波對障礙物的檢測靈活且距離范圍廣，而且設備成本較低，便于攜帶，能夠很好應用于導盲裝置。本文用到的超聲波測距模塊可以快速實時的檢測障礙物的距離，并加以震動感知模塊、語音播報模塊、報警模塊可以及時的提示盲人對于障礙物的躲避。

1 系統(tǒng)硬件設計

本設計采用飛思卡爾（Freescale）半導體公司推出的Kinetis系列微控制器K60為主控芯片，控制超聲波的發(fā)送、接收、處理、語音播放、震動及蜂鳴器報警提示， 原理框圖如下，系統(tǒng)硬件主要包括超聲波發(fā)送與接收模塊、震動馬達模塊、語音模塊、蜂鳴器報警模塊、閃光燈模塊。

1.1 超聲波模塊

根據(jù)本系統(tǒng)要求的檢測范圍，經過詳盡的參數(shù)和性能對比，本系統(tǒng)選用HC-SR04模塊實現(xiàn)超聲發(fā)射與接收。目前的超聲波測距方法有很多種方式，如往返時間檢測法、聲波幅值檢測法和相位檢測法等。本系統(tǒng)采用超聲波往返時間檢測法，通過主控芯片向發(fā)射端引腳輸入約10微秒的觸發(fā)信號，當檢測到有回波信號則接收端輸出高電平回響信號，我們可以用系統(tǒng)記錄信號的時間間隔，通過時間間隔可得檢測距離，其計算公式為：距離=高電平時間*聲速（340M/S）/2。

1.2 震動模塊

本設計采用了優(yōu)創(chuàng)電子公司研制的1027震動馬達模塊，直徑10mm 厚度2.7mm，體積小震動效果明顯，與主控芯片通過PWM波控制馬達的震動強度，通過此模塊可以方便地完成電信號到機械震動感的轉換。

1.3 語音模塊

設計采用ASR-M08-A語音模塊，該模塊有多種工作方式，簡單方便，實用性高，可以與芯片通過信息交互實現(xiàn)設定范圍的語音播報，用戶可以在SD存儲多條語音指令，該模塊可以通過非特定人語音觸發(fā)控制，實現(xiàn)所測距離與語音指令的互通。

1.4 蜂鳴器與閃光燈報警模塊

系統(tǒng)采用有源蜂鳴器和LED構成報警模塊，有源蜂鳴器接收到主控芯片傳來的高電平發(fā)出報警，與此同時LED開始閃爍，以此來提示視障人群和周圍的人，起到了很好的警示作用。

2 系統(tǒng)主控芯片及其軟件

本系統(tǒng)采用Kinetis K60為主控芯片，基于ARM Cortex-M4內核，該處理器由ARM公司專門開發(fā)用以嵌入式開發(fā)，沒有內存管理系統(tǒng)，性能一般但足以適用于該語音導盲儀，具有最低成本、極低功耗的特點，在性能的要求及成本的控制上，能夠符合該導盲儀所需。Kinetis K60同樣擁有GPIO、UART等多種片內外設，支持多種通信方式，能夠完美的銜接導盲儀的外設，方便前期調試及后期的維護與功能的添加。

Kinetis K60的開發(fā)，基于IAR Systems編譯器，該軟件為全球領先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具，擁有良好集成開發(fā)環(huán)境和完善的開發(fā)平臺。本設計在此開發(fā)軟件上采用了模塊化設計和子程序嵌套技術以及庫函數(shù)的調用，把循環(huán)探測距離以及其他模塊的程序相互嵌套起來，使其功能更加完善，從而實現(xiàn)既定的目標。系統(tǒng)設計整體流程圖如圖5。

3 結語

本設計采用了超聲波循環(huán)測距將測距與震動模塊、語音提示模塊、蜂鳴器和閃光燈提示模塊有效地結合起來，可以便捷地為視障人群提供便利。該導盲儀能夠在精度0.3cm的范圍內較為精確的探測障礙物的距離，探測距離最大可達4.2m，此款導盲儀語音播報可自行錄制，簡單方便，具有很高的研究與推廣價值。

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