耿子進(jìn)

（安徽理工大學(xué)，安徽 淮南232001）

1 概述

本次設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的語音播報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最主要的目的是為了解決盲人在實(shí)際生活中的困難，讓他們感受到社會(huì)的關(guān)懷和溫暖。我國是世界上人口最多的國家，所以盲人殘疾人的占比也較高，他們在身體和心理上都需要大家的幫助，他們很多人因?yàn)閷η胺降恼系K物沒有及時(shí)的避讓因而會(huì)有誤傷的情況。本次的設(shè)計(jì)就很好的解決了這些問題，利用超聲波測距技術(shù)，可以對障礙物進(jìn)行實(shí)時(shí)的預(yù)警檢測，對于光照不好的地方，會(huì)利用光敏檢測系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警聲，而且會(huì)啟動(dòng)LED 燈裝置，提醒過往的路人和車輛對盲人進(jìn)行合理的避讓。

2 超聲波測距統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理概述

2.1 超聲波技術(shù)的發(fā)展

超聲波是生活當(dāng)中常見的一種聲波，只是因?yàn)轭l率的關(guān)系人類無法對它進(jìn)行感知，但是它卻對我們的生活有著很大的影響，它和光一樣都是需要通過介質(zhì)進(jìn)行傳播的，在傳播的過程中，也會(huì)發(fā)生比如反射折射的情況，我們本次的設(shè)計(jì)就是基于超聲波反射這一特性。

但是和我們可以聽到的聲波不同，超聲波的波長比較短，這就意味著，它有著很多不同尋常的特性，第一，它的傳播特性非常好，能夠像光一樣，在介質(zhì)中沿著直線傳播，對比可聽到的聲波，超聲波對障礙物有著更強(qiáng)的穿透力。第二，就是功率特性非常好，我們都知道聲波的頻率和功率是成正比例關(guān)系的，這就意味著聲波頻率越高其功率就會(huì)越大，所以超聲波的功率相比可聽聲波來說，功率會(huì)大出很多。這也是我們?yōu)槭裁匆捎贸暡y距的主要原因之一。

2.2 超聲波測距的距離控制

超聲波測距也有著距離的設(shè)定，利用聲波反射的原理，雖然可以極大的提高測距的精度，但是在測量過程中仍然存在距離的控制問題，距離太遠(yuǎn)聲波測距就無法感知信號(hào)，距離太近的話就失去了設(shè)計(jì)的意義，信號(hào)會(huì)進(jìn)入一個(gè)盲區(qū)，為了避免這樣的情況，本次設(shè)計(jì)，當(dāng)距離低于3 米時(shí)就會(huì)發(fā)出提示，檢測距離為2 米到4.5 米，誤差大小控制在0.3 米的范圍之內(nèi)，同時(shí)，當(dāng)距離低于0.5 米時(shí)就會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的提示，提醒避讓。

通常采用的控制方法包括縮小脈沖寬度、自動(dòng)距離控制增益等都可以達(dá)到很好的控制水平和設(shè)計(jì)要求。

3 語音播報(bào)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)綜述

3.1 設(shè)計(jì)的主要功能和目的

測距部分主要就是利用超聲波探頭，配合傳感器算出發(fā)射和回收信號(hào)的時(shí)間差來算出人和障礙物之間的距離，當(dāng)達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的檢測范圍時(shí)，就會(huì)反饋到語音播報(bào)系統(tǒng)，利用語音播報(bào)部分對盲人進(jìn)行提示。語音播報(bào)部分，通過實(shí)時(shí)分析信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警提示，并針對不同的距離和溫度有著不同的提示方案。報(bào)警器部分主要利用光敏檢測和LED 燈裝置，通過中央處理器的控制來達(dá)到設(shè)計(jì)的目的，達(dá)到保證安全的水平。

此外設(shè)計(jì)中加入溫度補(bǔ)償和電源穩(wěn)壓的部分，對設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，保證了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)精度和整體的運(yùn)行平穩(wěn)。

圖1 語音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)工作流程

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以單片機(jī)為主要核心部件，控制此裝置發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波發(fā)生后在經(jīng)過極短的一段時(shí)間后，超聲波會(huì)有反射信號(hào)接收到超聲波傳感器中，通過三極管的放大電路，分析得出最精確的超聲波信號(hào)，通過單片機(jī)控制算出人和障礙物之間的距離。這樣單片機(jī)就會(huì)通過對距離的分析，采取相應(yīng)的措施，對系統(tǒng)的其它部分進(jìn)行相關(guān)的指令操作。

3.3 超聲波測距部分概述

在本次設(shè)計(jì)中，我們采用了超聲波測距的方法，利用聲波反射的原理，通過時(shí)間差來算出人和障礙物之間的距離。設(shè)計(jì)的距離范圍是4.5 米，而且會(huì)在3 米的時(shí)候應(yīng)用語音播報(bào)裝置進(jìn)行提示，在距離少于0.5 米的時(shí)候，會(huì)配合報(bào)警器對盲人進(jìn)行提示。采用這樣的設(shè)計(jì)可以節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，響應(yīng)時(shí)間非常短，對周圍環(huán)境也沒有任何不良影響，同時(shí)設(shè)計(jì)可以在不同的工作情況下都可以完成距離檢測的任務(wù)。

測量部分主要由三個(gè)電路構(gòu)成：振蕩電路、傳感器啟動(dòng)電路和放大電路，它們完成了對超聲波信號(hào)的發(fā)射接收和處理分析，從而得出了精確的距離。

振蕩電路的主要作用就是產(chǎn)生可以啟動(dòng)傳感器的一個(gè)脈沖信號(hào)，有了這個(gè)信號(hào)，當(dāng)頻率達(dá)到設(shè)定時(shí)，電信號(hào)就可以成功的轉(zhuǎn)化成為聲音信號(hào)，我們本次設(shè)計(jì)的是50KHz 的超聲波信號(hào)。

圖2 振蕩電路示意圖

圖3 發(fā)射器啟動(dòng)電路示意圖

啟動(dòng)電路是為了啟動(dòng)傳感器而設(shè)計(jì)的電路，啟動(dòng)電路可以產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，用這個(gè)信號(hào)去啟動(dòng)超聲波發(fā)射裝置，這樣裝置就會(huì)發(fā)出一個(gè)特定頻率的信號(hào)，這個(gè)脈沖信號(hào)被轉(zhuǎn)化成為超聲波信號(hào)后，就是我們設(shè)計(jì)發(fā)出的信號(hào)。

在設(shè)計(jì)中加入了轉(zhuǎn)換啟動(dòng)放大電路，我們都知道距離測量有一定的范圍，在設(shè)定的范圍以內(nèi)，超聲信號(hào)也會(huì)受到一定的干擾，為了保證距離測量的精度，加入了這樣一個(gè)電路，可以對返回的超聲波信號(hào)進(jìn)行必要的修正，除去沒有意義的噪聲，把真正的超聲波信號(hào)放大，這樣就達(dá)到了我們設(shè)計(jì)的目的。

圖4 放大電路原理圖

4 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)是基于51 單片機(jī)的語音播報(bào)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是為了方便盲人的出行，避免他們在這個(gè)過程中因?yàn)楸茏尣患岸鴮ι眢w造成傷害。通過總結(jié)前人的方法和自己查閱相關(guān)資料，本次設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到了最初設(shè)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。同時(shí)也要認(rèn)識(shí)到自己的不足，對于抑制外部的干擾我們沒有采取很好的應(yīng)對措施，雖然達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，但是離高精度還有一段距離，這是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)遺憾，希望在以后的設(shè)計(jì)中逐步的完善。