基于单片机的智能导盲(拐杖)系统设计_智能导盲杖的设计方案

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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 测距电路设计

 

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 陀螺仪&磁力计电路设计

 

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 语音&震动电路设计

 

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51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 软件程序设计

 

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。