基于单片机的智能导盲（拐杖）系统设计.pdf

基于单⽚机的智能导盲 （拐杖）系统设计 博博主主福福利利 ：：100G+电电⼦⼦设设计计学学 习习资资源源包包 ！！ 本设计研究为盲⼈提供⾏⾛时，遇到附近障碍物提前躲避的预警系统。该系统主要由测距系统(超声波测距系统和陀螺仪、磁⼒计测⽅向系 统)、语⾳提⽰系统、报警振动控制系统和稳压电源，五个主要模块构成。 核⼼处理器为STM32，利⽤超声波回波的时间来计算出盲⼈与障碍物之间的距离，并且有语⾳播报距离和⽅向，可提前提醒使⽤者避让障 碍物，起到避免安全隐患的作⽤。 智能导盲系统由单⽚机控制部分、超声波发射与接收部分、陀螺仪和磁⼒计部分、语⾳模块及震动模块⼏部分组成。单⽚机在接收到传感器 的信息后，将传感器的信号转换为距离信息，通过语⾳播报或振动提⽰。 通过价格和功能的对⽐，该系统选⽤单⽚机STM32F103作为主控单元，选⽤的超声波传感器为SR-04，语⾳模块选⽤WT588D，陀螺仪 为MPU6050，磁⼒计为HMC5883。 复位电路 ：通过复位可以将单⽚机的电路恢复到初始状态，本系统结构相对复杂，当有⼤量的数据进⾏处理的时候容易发⽣卡死，这时按下 复位就可以让系统重新开始⼯作。复位电路极性电容容值的⼤⼩对复位时间有影响，容值越⼤，复位所需时间就越短。 晶振电路 ：晶振电路是单⽚机最⼩系统中⼗分重要的⼀部分，它可以为系统提供⼀个基础时钟信号，有了晶振才会有时钟周期，时钟周期⼜ 是单⽚机系统中必不可少的，有了时钟周期单⽚机才能正常⼯作。晶振电路可以让系统各部分保持同步，本系统采⽤8MHz的晶振，晶振的 频率越⾼，单⽚机的处理速度越快。 1 测测距距 电电路路设设计计 本次超声波导盲系统选⽤的是HC-SR04超声波测距模块，模块的⼯作电压为5V ，⼯作电流为 15mA，⼯作频率为40KHz，测量范围⼤约 为2cm~4m，测量⾓度约为 15°。 各种传感器测距性能⽐较 基本⼯作原理 ： 1）采⽤I0 ⼝TRIG触发式测距，⾄少给 10us的⾼电平信号 ； 2）模块 ⾃动发出8个40KHZ的⽅波，⾃动检测是否有信号返回； 3）有信号返回时，通过I0 ⼝ECH0输出⼀个⾼电平，⾼电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。使⽤者到障碍物距离= （⾼电平时间 *声速）/2。 2 陀陀螺螺仪仪 磁磁 ⼒⼒计计 电电路路设设计计 普通导盲设备只采⽤⼀个传感器，通过不断改变传感器的朝向，来判别传感器所对应的⽅向上是否有障碍物。 ⽽本设计采⽤了多个传感器，并不需要改变传感器的⽅向，多个⽅向上的传感器协同⼯作，通过陀螺仪与磁⼒计的共同作⽤来确定障碍物的 ⽅向与距离。⽽在市⾯上最为普遍使⽤的是MPU6050陀螺仪、HMC5883磁⼒计。 3 语语⾳⾳震震动动 电电路路设设计计 考虑到产品的使⽤⼈群为盲⼈，因此采⽤的是语⾳播报振动报警的形式。当前⽅出现从障碍物时，系统先计算出距离的远近，当⼩于设定值 时振动系统开始振动报警，当障碍物过远时语⾳播报障碍物的距离与⽅向。 WT588D具有⾼效的性能，原理简单使⽤⽅便，⾳质较好，控制灵活，与5 1单⽚机有着极为相似的性能，不仅可以作为⼀般语⾳芯⽚，⽽ 且因为I/O接⼝多，带控制功能和经过总线扩展的芯⽚之外的FLASH存储器，所以能做FLASH单⽚机。 振动报警模块利⽤的是普通的电机，⾸先系统需要设定⼀个固定值，在系统检测出障碍物的距离时，要先进⾏判断，测出的距离⽐设定的距 离⼩时，振动模块开始⼯作，当与障碍物的距离⽐设定的距离⼤时，振动模块⽴即停⽌。在⼀些喧闹的环境中，盲⼈可能听不清语⾳提⽰， 这时振动模块也可以起到⼀定的警⽰作⽤。振动没款与语⾳系统可以同时⼯作，并不发⽣冲突。 4 软软件件程程序序设设计计 软件设计主要由以下⼏部分组成，包括绘制程序流程图、编写程序代码、总体汇编等⼏个部分，⽽软件的总体设计是在⼤⽅向上对总体设计 思路的把握。本系统的程序流程图如图所⽰。 将超声波与盲⼈拐杖有机结合起来，超声波能够有效弥补盲⼈视⼒缺陷问题，我们采⽤以单⽚机为核⼼的低成本、⾼精度、微型化硬件和软 件相结合的设计⽅法。该系统能够帮助盲⼈辨识半空中物体，使盲⼈减少意外伤害，避除障碍物。