毕业论文基于超声波技术的导盲杖设计(论文).docVIP

基于超声波技术的导盲杖设计论文 龙剑 赵凤娟 李伟钦 邹东江 强进 指导老师：谭永宏 （湖南科技学院 电子工程系） 摘要：由于电子技术和压电材料的快速发展，使超声波检测技术得到了迅猛发展。利用超声波指向性强、能量消耗缓慢的特点，通过发射具有特征频率的超声波实现对目标的探测便是超声检测技术的应用之一。本文利用超声波障碍检测技术设计了一款导盲杖，该导盲杖能自动检测前方3米范围内障碍物，采用语音和振动两种方式有效提示盲人避障。 本设计是一种基于超声波测距技术，以STC89C52单片机为核心的低成本、高精度智能导盲杖。整个系统包括超声波发射器、超声波接收器、电源、开关、拐杖把和拐杖体在拐杖体和拐杖把对接处制有便于握杖手按动的电源开关拐杖体采用刚性材料制成内腔为空体式，内腔中安装有控制电路板、电源及超声波发射与接器件；在拐杖体下端与拐杖把拐向相对应方向有上、下排列的超声波发射器。 图1.1.1 系统总体框图 1.1.2 系统具体方案 超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波；另一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率，功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面较为常用的是压电式超声波换能器。 根据设计要求并综合各方面因素，本设计决定采用STC89C52单片机作为主控制器，采用压电式超声波换能器，采用ISD1700系列语音芯片进行语音播报。 二 硬件系统设计 2.1 超声波发射电路压电超声波转换器的功能：利用压电晶体谐振工作。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，这时它就是一超声波发生器如没加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。超声波发射转换器与接受转换器其结构稍有不同。 图2.1 超声波发射电路 2.2 超声波接电路超声波接模块主要由集成电路CX20106A红外线检波接的专用芯片组成，芯片引脚说明如下l脚：超声波信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。 2脚：该脚与GND之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R或减小C，将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R=4.7Ω，C=3.3μF。 3脚：该脚与GND之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μF。 4脚：接地端。 5脚：该脚与电源端VCC接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200kΩ时，fn≈42kHz，若取R=220kΩ，则中心频率f0≈38kHz。 6脚：该脚与GND之间接入一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。 7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路的输出方式，因此该引脚必须接一个上拉电阻到电源端，该电阻推荐阻值为22kΩ，没有接收信号时该端输出为高电平，有信号时则会。 8脚：电源正极，4.5V～5V。 图2.2 超声波接收电路 2.3 语音播报电路 本设计语音芯片采用ISD1700系列芯片，ISD1700系列芯片是华邦公司新推出的单片优质语音录放电路，该芯提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示（vAlert）,运作模式（独立嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内等的全方位整合系统功能。 2.3．1 特点1）可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年2）两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式3）可处理多达255 段以上信息4）有丰富多样的工作状态提示5）多种采样频率对应多种录放时间6）音质好，电压范围宽，应用灵活2.3．2 电特性1）工作电压：2.4V-5.5V,最高不能超过 6V2）静态电流：0.5-1μA3）工作电流：20mA 图2.3．2用户可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率，从而决定芯片的录放时间和录放音质。下表为 ISD1700 的参数表：  表2.3．2 ISD1700参数表2.3．3独立按键工作模式 ISD1700的独立按键工作模式录放电路非常简单，而且功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。这些功能仅仅通过按键就可