挑战杯(盲人避障)

摘要

在日常生活中，盲人属于弱势群体，行动及其不方便，外出行走时需要用拐杖或类似的代替物，这样既不方便同时存在安全隐患。

本系统具有辅助盲人进行避障的功能，利用了HY-SRF05超声波模块进行超声波检测、采用ISD4004语音模块作为语音提示，结合单片机系统实现超声波测距语音报警的功能。文中对超声波测距原理、硬件电路结构和单片机软件系统等进行了论述，还对系统性能进行了可行性分析。

本系统具有成本低，可靠性强，较好便携性，安装使用方

便等优点，具有人机交互等智能化功能，为广大盲人朋友提供

了一种新型的避障辅助器材，具有一定的市场推广空间。

关键词：HY-SRF05超声波模块、ISD4004语音模块、单片机系统、智能避障

目录摘要I

1. 引言1

2. 超声波测距基本原理1

3. 系统硬件设计2

3.1系统要求2

3.2系统结构2

3.3主要器件资料3

3.4 硬件电路8

4.单片机程序设计9

4.1程序及算法分析9

4.2程序流程图11

4.3程序代码12

5.Proteus仿真18

6.系统调试20

6.1实验测试20

6.2实验数据20

6.3误差分析与改进21

7.市场前景与开发价值22

8.参考文献23

盲人智能避障系统

1.引言

对于正常人来说，也许避开前方的障碍物是很自然的，但是

对于盲人来说,这就不是一件容易的事情了。本作品设计了一种

帮助盲人躲避障碍物的系统，让盲人的生活变得更加轻松。

2.超声波测距基本原理

超声波是指频率高于20khz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。

超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时

间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。

假定s(m)为被测物体到测距探头之间的距离，测得的时间为t （m/s ），超声波传播速度为(m/s)表示，则有关系式2.1。

2/vt s =(2.1)

在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式2.2对超声波传播速度加以修正，以减小误差。本设计不进行温度校正，取v=344m/s （C ︒20）。

T v v o 607.0+= （2.2）

式中o v ——0C ︒下超声波在介质中的传播速度

T ——实际温度，单位：C ︒

3. 系统硬件设计 3.1 系统要求

利用单片机、超声波测距模块、Proteus 和Keil C51工具设计出距离测量系统，测量结果精确到1cm ，制作实物并进行测试。 3.2 系统结构

本系统由HY-SRF05超声波模块、ISD4004语音模块，显示模块和单片机等构成，整个系统由51单片机控制。HY-SRF05超声波模块包含超声波发射电路、超声波接收电路，可通过单片机给其发送启动信号，HY-SRF05超声波模块接受到启动信号发送超声波，最后将测量信号返回给单片机。单片机对测量信号进行处理，通过显示模块显示测量结果，并且一旦测量值小于设定值，语音芯片将播放事先录制好的预警声音信号。显示模块由3位LED 共阴数码管及相关电路组成，显示模块主要用于系统调试，调试完成后可将其去掉。系统结构框图如图3.1所示。

晶振电路

显示模块

复位电路AT89C51

HY-SRF05超声波模块语音模块

图3.1系统结构

3.3主要器件资料

3.3.1HY-SRF05超声波模块

HY-SRF05超声波测距模块可提供2cm~450cm的非接触式距离感测功能，测距精度可高达3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。实物及引脚说明如图3.2和图3.3所示。有的模块并没有OUT口，本设计也没用到。

图 3.2超声波侧面

图3.3超声波正面

基本工作原理：

（1）采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平；

（2）模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回；

（3）有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间（10us~18ms），如果没有检测到反向则输出36ms的高电平。

工作时序如图3.4所示。

图 3.4工作时序

3.3.2显示模块

主要用于试验阶段的数据显示和分析。

显示模块由3位一体的LED数码管、74HC373锁存器和S8550三极管驱动电路构成。数码管结构如图3.5所示。

图3.5显示模块

74HC373锁存器可以让数码管显示更稳定。外部封装如图3.6所示，内部逻辑如图3.7所示，引脚说明见表3.1，真值表见表3.2。