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《基于嵌入式系统的电子导盲犬的硬件和软件系统设计》17000字.docx

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基于嵌入式系统的电子导盲犬的硬件和软件系统设计

TOC\o1-3\h\u57121绪论 6

107131.1引言 6

153931.2.1国外进展 7

12311.2.2国内进展 8

147592本文工作的主要内容 8

15773.电子导盲犬设计的主要技术 10

226463.1嵌入式系统技术 10

39063.1.1嵌入式系统的简介 10

87513.1.2嵌入式系统的技术标准 10

169383.1.3嵌入式系统应用情况 11

71443.2.1关于STM32芯片的介绍 11

219683.2.2STM32的技术突出优势 12

138563.2.3STM32的应用 13

1973.3图像识别 13

238223.4基于嵌入式系统的电子导盲犬的硬件设计 15

222053.5本章小结 16

134384系统硬件设计与实现 17

60144.1控制系统的硬件总体设计 17

91274.2单片机最小系统组成 18

86694.3盲道循迹电路的设计 21

144914.4避障电路设计 21

51044.4.1红外线避障电路设计 22

266834.4.2超声波避障电路设计 23

106654.5电机模块 27

58534.6湿度传感器电路设计 28

136864.7视觉传感器电路设计 29

304634.8斑马线识别 36

108984.9红绿灯识别 39

304015基于嵌入式系统的电子导盲犬的软件系统设计 39

120765.1开发环境介绍 40

312265.2软件系统整体设计 40

73186结论 47

17942参考文献 49

1绪论

1.1引言

盲人基数非常大,对于盲人来说,能够指引他们平安出行的导盲犬就变得异常重要了,导盲犬训练有素,属于工作犬范畴,导盲犬可以帮助盲人在路上行走,因为他们已经习惯了脖子上的项圈和导盲器,知道许多口令,能引导盲人平安行走,在有障碍而又需转弯时,能指引主人避免危险。导盲犬心态自然平和,能在适当的时候站起来,拒绝食物,帮盲人坐车,传东西,不理睬过往行人的打扰,而不袭击它们,更是异常可贵,但世界上符合条件的导盲犬却比需求量少得多。而且1只导盲犬训练成本可达2.5万元~3万元,训练周期长达18个月之久,工作寿命只有8~10岁。而在许多公共场合仍严禁导盲犬出入,给盲人生活造成极大麻烦。站在导盲犬的立场上,它们也是以自己贪玩的本性为代价,由于要在劳动中抗拒外来干扰与引诱。目前的盲人导盲器,包括最基础的盲杖,以及多种电子辅助技术,但还不能提供全方位的、人性化的导航和位置信息。随着社会的发展,越来越多的人开始注意到了这一特殊人群,不少科技人员都在努力研发盲仪,利用这种仪器,盲人可以实现安全的出行。

电子导盲犬系统是为了盲人在道路交通中安全出行而设计的。该系统通过嵌入式系统为基础,使用嵌入式处理器:STM32F103R8T6、STM32F407ZG处理通信的数据,可以实现电机控制、通信链接、故障检测等功能。接入各种外设,无需各种人工干涉即可实现智能导盲。

为了解决盲人的出行问题,基于嵌入式系统开发了一款基于智能导盲系统的机器人,该机器人可以引导盲人做出不同的动作,可以有效的规避前方的障碍,并能识别斑马线和红绿灯,从而弥补了盲人的视力不足,增加了盲人的安全。

本文所采用的MCU是以Cortex‐M3为核心的ARM公司开发的STM32单片机。该系统与其他同类系统比较,具有耗费低、性能强的优点。ARM是一家以IP为核心设计的专业公司,它并不是做芯片的生产和销售,它会将IP核心的版权卖给其他的商业伙伴,让他们可以按照自己的能力来设计自己的产品。Cortex系列产品包括三大类,一类是Cortex-A系列,用于处理和计算的高端产品,其性能和PC处理器非常相似,主要用于手机和平板;Cortex-R是一款面向实时操作系统的产品,适用于对实时性要求高的行业,例如高级汽车,机器手,大型发电机组;Cortex-M是一种面向低功耗、低成本的嵌入式系统,属于一种可取代传统单片机的微处理器,其应用范围非常广泛。

影像辨识:指对影像进行各种处理、分析,最终确定要研究的对象。

1.2国内外研究现状

按照美国机器人协会(AASA)的规定,被国际标准化组织认可,其定义为:“可编程、多功能运行计算机;又或者,有一个特殊的系统,可以让电脑完成各种工作。”以此为依据,引导和帮助盲人的一种可编程的操作装置或特殊的装置,被称作“导盲机器人”;而用编程控制器来指引和辅助盲人行走,又称导盲机器人。

1.2.1国外进展

由密歇

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