智能導(dǎo)盲拐杖的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)Tianjin University of Technology and Education畢 業(yè) 論 文專 業(yè)： 班級(jí)學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二一三年六月天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)電子導(dǎo)盲拐杖設(shè)計(jì)Electron blind-guide crutch design based on MCU專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名指導(dǎo)教師：學(xué) 院：電子工程學(xué)院2013年06月51摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展，在社會(huì)生活中應(yīng)用超聲波測(cè)距技術(shù)已很廣泛，如汽車倒車?yán)走_(dá)、測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲測(cè)距

2、技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)具有實(shí)際意義。本設(shè)計(jì)研究為盲人提供行走時(shí)，遇到前方障礙物提前躲避的預(yù)警系統(tǒng)。以AT89S52作為核心處理器，采用超聲波回波時(shí)間差測(cè)量人與物體之間的安全距離，實(shí)現(xiàn)了提前預(yù)警使用者避讓障礙物，起到避免安全隱患的作用。該系統(tǒng)是基于AT89S52單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng),它根據(jù)超聲波在空氣中傳播的反射原理,以超聲波傳感器為檢測(cè)部件, 應(yīng)用超聲波在空氣中傳播的時(shí)間差來(lái)測(cè)量距離。夜晚時(shí)利用光敏傳感器控制警示燈開(kāi)關(guān)，警示來(lái)往車輛避讓。另有時(shí)間播報(bào)功能。主要由測(cè)距系統(tǒng)（包括超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊）和語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)，時(shí)間播報(bào)系統(tǒng)，警示燈控制系統(tǒng)，穩(wěn)壓電源，五個(gè)主要模塊構(gòu)成。該設(shè)計(jì)利用AT89

3、S52單片機(jī)系統(tǒng)的I/O口，控制超聲波傳感器發(fā)出40KHz的超聲波，利用反射回來(lái)的超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、整形、濾波等電路回到單片機(jī)，比較調(diào)試后確定與障礙物之間的距離，完成測(cè)距。該裝置將單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理功能，與超聲波的測(cè)距技術(shù)、傳感器技術(shù)相結(jié)合。語(yǔ)音系統(tǒng)發(fā)出警示音，提醒使用者前方障礙物需躲避。使盲人在看不見(jiàn)的情況下，能夠識(shí)別前方的障礙物正常的行走，從而起到保護(hù)盲人安全的作用。關(guān)鍵詞：智能避障；超聲波測(cè)距 ；AT89S52單片機(jī)ABSTRACTWith the development of society，It is applied widely by ultrasonic to mea

4、sure distance, such as cars reversing radar，range finder and level measurement and so on. Because of the strong point of ultrasonic, low energy consumption, long distance transporting in media, thus it is practical and significant to measure distance by ultrasonic.This design study for the blind to

5、walk, meet obstacles ahead of early warning system. AT89S52 as the core processor, USES the ultrasonic echo time difference measuring safety distance between people and objects, implement the early warning users avoid obstacles, avoid safe hidden trouble. Is the system of ultrasonic ranging system b

6、ased on AT89S52 microcontroller, it is based on the reflection principle of ultrasonic wave in air and in ultrasonic sensors for detection components, application of ultrasonic wave in air time difference to measure distance. Night when using photosensitive sensor warning light switch control, avoid

7、ance of traffic warning. Otherwise time function. Mainly by the ranging system (including ultrasonic transmitting module, ultrasonic receiver module) and voice alarm system, time to broadcast system, warning lights, control system, regulated power supply, the five major modules. The design USES AT89

8、S52 single chip microcomputer system I/O mouth, control issue of 40 KHZ ultrasonic ultrasonic sensor, using the reflected ultrasonic wave signal, after amplification, plastic, such as filter circuit back to the single-chip microcomputer, is after the debugging and the distance between the obstacles,

9、 to complete the range. The device will single-chip microcomputer real-time control and data processing capabilities, combined with ultrasonic ranging technology, sensor technology. Issued a warning sound, voice system remind users in front of the obstacles to avoid. Under the condition of the invis

10、ible for the blind and can identify the obstacles in front of the normal walking, which play a role to protect the safety of the blind. Key Words：Intelligent obstacle avoidance ；Ultrasonic ranging；Single chip microcomputer 目 錄1引言11.1設(shè)計(jì)研究的背景及意義11.2設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容11.3本章小結(jié)22超聲波系統(tǒng)的工作原理及方案32.1 超聲的概述32.2超聲波傳感器32.

11、3超聲波測(cè)量中盲區(qū)及近限和遠(yuǎn)限42.4 超聲測(cè)距的方案42.5本章小結(jié)53智能導(dǎo)盲拐杖硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能63.2設(shè)計(jì)思路63.3硬件電路設(shè)計(jì)73.3.1 CPU模塊73.3.2超聲波換能模塊103.3.3語(yǔ)音播報(bào)模塊設(shè)計(jì)153.3.4溫度檢測(cè)模塊和時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)163.3.5燈光示警模塊設(shè)計(jì)183.3.6 穩(wěn)壓電源模塊的設(shè)計(jì)193.4本章小結(jié)204智能導(dǎo)盲拐杖軟件設(shè)計(jì)214.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言214.2 軟件設(shè)計(jì)心得214.3設(shè)計(jì)的軟件環(huán)境簡(jiǎn)介214.4主要模塊軟件設(shè)計(jì)流程圖234.5本章小結(jié)245系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果24結(jié) 論25參考文獻(xiàn)27致 謝27附錄1：部分主電路原理圖29附

12、錄2：部分主程序30天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1引言我國(guó)曾在上世紀(jì)90年代進(jìn)行過(guò)視力殘疾狀況的調(diào)查，結(jié)果顯示，我國(guó)有視力殘疾患者近1400萬(wàn)，其中盲人約就有620萬(wàn)。從全國(guó)防盲技術(shù)指導(dǎo)組辦公室得到的數(shù)據(jù)也顯示，我國(guó)有550萬(wàn)盲人，占世界盲人總數(shù)的1/5。隨著人民生活水平的不斷的進(jìn)步，讓生活變得越來(lái)越簡(jiǎn)單方便成為了人民普遍追求的生活理念。盲人既是我們普通人民中的一員，又是一個(gè)特殊群體，他們由于先天或后天的生理缺陷在日常生活中比我們常人會(huì)遇到更多的不方便，不能準(zhǔn)確及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并躲避障礙物就是一個(gè)重要的弊端。如果有一種既輕巧，又便宜，同時(shí)又能及時(shí)的識(shí)別周圍障礙物并發(fā)出報(bào)警信號(hào)的智能拐

13、杖在盲人的手中將會(huì)為盲人的生活提供極大地方便。由于超聲波的速度相對(duì)光速要小的多，其傳播時(shí)間更加容易被檢測(cè)，并且易于定向的發(fā)射，方向性較好，強(qiáng)度可以控制，因而人類采用仿真技能利用超聲波測(cè)距。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人的不斷出現(xiàn)，測(cè)距和識(shí)別技術(shù)在工業(yè)中已經(jīng)得到了普遍的運(yùn)用與發(fā)展，如何把這種非接觸式檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到民用領(lǐng)域已變得十分重要了。1.1設(shè)計(jì)研究的背景及意義盲人既是我們普通人民中的一員，又是一個(gè)特殊群體，他們由于先天或后天的生理缺陷在日常生活中比我們常人會(huì)遇到更多的不方便和安全隱患。本設(shè)計(jì)就是為了避免盲人在行走時(shí)與前方障礙相撞。盲人導(dǎo)盲預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)用可極大地減輕盲人的行走

14、不便與安全隱患，降低且避免因盲人不辨障礙而導(dǎo)致的事故的發(fā)生，同時(shí)它將對(duì)提高人體智能化設(shè)計(jì)起到重要的意義。對(duì)超聲波具有傳播速度慢，指向性強(qiáng)，能級(jí)消耗緩慢，對(duì)色彩、光照度不敏感的特點(diǎn)進(jìn)行利用，同時(shí)因?yàn)槌暡▊鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、體積小、性價(jià)比高、信息處理簡(jiǎn)單而且可靠，易于小型化和集成化，并且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制等特點(diǎn)。所以這一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)盲產(chǎn)品中將有廣闊的發(fā)展前景。1.2設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容本設(shè)計(jì)模仿蝙蝠的超聲應(yīng)用能力和原理，在研究現(xiàn)有的電子式超聲波測(cè)距系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用回聲定位的原理，通過(guò)傳感器發(fā)送超聲波，然后獲得并分析障礙物的回波信息，研制一套超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)。系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)作為控制器, 利

15、用超聲測(cè)距的原理, 設(shè)計(jì)了一種超聲波導(dǎo)盲裝置，該裝置可以對(duì)盲人前方道路上的障礙物進(jìn)行距離探測(cè)并把障礙物距離信息轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音提示, 盲人可以根據(jù)提示音，避讓障礙同時(shí)達(dá)到導(dǎo)盲作用。該系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量誤差小等特點(diǎn)。又因?yàn)槊と瞬槐嫘腥伺c車輛在路上行走，又因夜晚能見(jiàn)度低，為了車輛和行人更容易避讓盲人。另采用光敏電阻檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度,并將該亮度轉(zhuǎn)化為相反邏輯的紅色警示光。用來(lái)提醒來(lái)往行人和車輛避讓。另有時(shí)鐘系統(tǒng)，可以控制并且語(yǔ)音播報(bào)時(shí)間，進(jìn)行整點(diǎn)提醒。1.3本章小結(jié)本章主要介紹了設(shè)計(jì)超聲波導(dǎo)盲拐杖的背景及意義。對(duì)設(shè)計(jì)研究的大致內(nèi)容做了概述。2超聲波系統(tǒng)的工作原理及方案2.1 超聲的概述

16、聲音是與人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象，人們對(duì)聲音早有認(rèn)識(shí)，在人們的日常生活中存在著各式各樣的聲音。在科學(xué)史上，聲學(xué)是發(fā)展最早的學(xué)科之一。然而，由于超聲是人耳聽(tīng)不到的信號(hào)，直到18世紀(jì)，人們才開(kāi)始研究海豚、蝙蝠等動(dòng)物時(shí)，才推測(cè)自然界存在超聲。聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機(jī)械波。根據(jù)聲波振動(dòng)頻率的范圍來(lái)分類的，聲波可分為高低不同的四種類型：頻率在16KHz20KHz之間的機(jī)械波，能為人耳所聞，稱為聲波；低于16KHz的機(jī)械波稱為次聲波；高于20KHz的機(jī)械波稱為超聲波；高于10MHz的機(jī)械波稱為特超聲波。聲波產(chǎn)生的條件是首先要有一個(gè)作機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)來(lái)作波源，其次是要有傳播振動(dòng)的彈性介質(zhì)

17、。此外，當(dāng)振動(dòng)傳播時(shí)，振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波而移動(dòng)，只是在自己的平衡位置附近振動(dòng)而已，這與電磁波（交變電磁場(chǎng)以光速在空間的傳播）是完全不相同的，與光波也不同。因此超聲作為一種高于人的聽(tīng)覺(jué)范圍的聲波，與光波和電磁波是不同的，是一種彈性機(jī)械波，它可以在氣體、液體和固體中傳播；電磁波的傳播速度為3×108m/s，而超聲波的傳播速度為340m/s，其速度相對(duì)電磁波是非常緩慢的，對(duì)于相同頻率的情況下波長(zhǎng)比較的短，因此可以提高測(cè)量的分辨率；超聲波在相同的傳播媒體里傳播速度相同，即在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)聲速不隨頻率變化，波動(dòng)的傳播方向與振動(dòng)方向是一致的，作為縱向振動(dòng)的彈性機(jī)械波，它是借助于傳播介質(zhì)的分子

18、運(yùn)動(dòng)而傳播。在兩種介質(zhì)的交界面，聲波會(huì)發(fā)生反射、折射、衍射、散射等現(xiàn)象。超聲波也具有這些傳播規(guī)律，與可聽(tīng)聲波的規(guī)律并沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。但超聲波作為一種特殊的聲波，同時(shí)又具有方向性好，加速快等特點(diǎn)，而且波長(zhǎng)很短，只有幾厘米，有的甚至千分之幾毫米，因此與可聽(tīng)聲波比較，超聲波具有許多奇異的特性：傳播特性超聲波的波長(zhǎng)很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長(zhǎng)大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播，超聲波的波長(zhǎng)越短，這一特性就會(huì)越顯著。功率特性當(dāng)聲音在空氣中傳播時(shí)，推動(dòng)空氣中的微粒往復(fù)振動(dòng)而對(duì)微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強(qiáng)度下，聲波的頻率越高，它所具有

19、的功率就會(huì)越大。由于超聲波頻率比較高，所以超聲波與一般聲波相比，它的功率是非常大的。2.2超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的用于產(chǎn)生和接收超聲波的器件，它既能夠把其他形式的能轉(zhuǎn)化為所需頻率的超聲能又能夠把超聲能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。采用超聲波傳感器有以下幾個(gè)方面的好處：（1）測(cè)量方式原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。（2）測(cè)量的精度高（3）超聲波傳感器有一定的覆蓋性，可以用較少的傳感器數(shù)量覆蓋較大的測(cè)量范圍。2.3超聲波測(cè)量中盲區(qū)及近限和遠(yuǎn)限 用往返時(shí)間檢測(cè)法測(cè)量距離時(shí)，障礙物與超聲波傳感器間的距離既不能太遠(yuǎn)也不能太近，存在著距離測(cè)量的近限和遠(yuǎn)限。距離過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，接收到的信號(hào)太弱，以致無(wú)法從噪聲

20、信號(hào)中分辨出來(lái)，這是遠(yuǎn)限存在的原因。在距離過(guò)近時(shí)，接收信號(hào)將落進(jìn)盲區(qū)中而無(wú)法分辨出來(lái)，這是近限所以存在的原因。所以，設(shè)計(jì)中要盡量減小盲區(qū)，同時(shí)提高檢測(cè)的距離精度。減小盲區(qū)措施 ：(1)壓縮發(fā)射脈沖寬度 發(fā)射端采用減幅振蕩脈沖或單個(gè)脈沖，可使余震(拖尾)減少，此法常用于短距離測(cè)量距離。 (2)采用自動(dòng)距離增益控制 采用具有自動(dòng)增益控制功能的接收放大器，使近距離的增益很小，遠(yuǎn)距離時(shí)的增益較大，這樣一方面發(fā)射信號(hào)的余震幅度變小，相應(yīng)的延續(xù)時(shí)間縮短，可以分辨出近處的接受回波信號(hào)，故可使盲區(qū)減少。另一方面，可使遠(yuǎn)處的回波信號(hào)的幅度增大，以提高測(cè)量的精度。 (3)信噪比問(wèn)題 超聲波測(cè)距都有確定的量程。量程

21、主要決定于接收信號(hào)的幅值應(yīng)大于規(guī)定的闡值。這個(gè)閡值決定信噪比。這時(shí)要求對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行頻譜分析，盡量避免與噪聲頻率重疊。 2.4 超聲測(cè)距的方案超聲檢測(cè)與超聲測(cè)距所用的方法類似。超聲測(cè)距的方法分為相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和往返時(shí)間檢測(cè)法等。其中相位檢測(cè)法精度高，但是監(jiān)測(cè)范圍有限，聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響，采用最多的是往返時(shí)間檢測(cè)法。往返時(shí)間檢測(cè)法的基本原理在聲速已知的情況下通過(guò)測(cè)量發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)之間的時(shí)間差來(lái)計(jì)算障礙物的距離，原理圖如圖2-1所示。具體的說(shuō)就是當(dāng)40KHz的電壓脈沖信號(hào)由導(dǎo)線輸入傳感器后，由壓電陶瓷晶片將此電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)通過(guò)空氣向外發(fā)送出去，發(fā)送出

22、的超聲信號(hào)向空中各方向沿直線傳播，遇到障礙物反射回來(lái)。傳感器在接收到反射回來(lái)的回波信號(hào)后再次將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的波動(dòng)。此時(shí)得到的電壓脈沖信號(hào)非常的微弱，經(jīng)過(guò)后極的放大電路等的處理后被采集處理。 圖2-1超聲波測(cè)距原理圖超聲波傳感器發(fā)出超聲波，在介質(zhì)中傳播遇到障礙物反射后再通過(guò)介質(zhì)返回到接收探頭，測(cè)出超聲波從發(fā)射到接收所需的時(shí)間，然后根據(jù)介質(zhì)中的聲速，就能算得從探頭到障礙物的距離。本設(shè)計(jì)采用雙探頭方式。聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長(zhǎng)的目標(biāo)物體阻擋時(shí)就會(huì)發(fā)生反射；反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間可以測(cè)量得到

23、，從聲波到目標(biāo)的距離就可以精確地計(jì)算出來(lái)。這就是本系統(tǒng)的測(cè)量原理。這里聲波傳播的介質(zhì)為空氣，采用不可見(jiàn)的超聲波。假設(shè)室溫下聲波在空氣中的傳播速度是335.5m/s，測(cè)量得到的聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間是t秒，距離d可以由下列公式計(jì)算：d=33550(cm/s)*t(s)因?yàn)槁暡ń?jīng)過(guò)的距離是聲源與目標(biāo)之間距離的兩倍，聲源與目標(biāo)之間的距離應(yīng)該是d/2單探頭方式就是探頭發(fā)出的超聲波在介質(zhì)中傳播，遇到障礙物反射后返回至同一探頭而被接收。如圖3-3所示，探頭到障礙物的距離為S，測(cè)距表達(dá)式為： 式中：S為所測(cè)障礙物的距離，c為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，t為超聲波從發(fā)送到接收所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。從上式可

24、看出，只要已知聲速c，就可以靠準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)間t的方法來(lái)精確測(cè)量距離S。2.5本章小結(jié) 本章對(duì)設(shè)計(jì)中用到的超聲波技術(shù)進(jìn)行了一個(gè)系統(tǒng)性的說(shuō)明。包括對(duì)超聲波的說(shuō)明，超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)，超聲波測(cè)量中盲區(qū)及近限和遠(yuǎn)限，以及本次設(shè)計(jì)所要用到的超聲波測(cè)距技術(shù)的原理。3智能導(dǎo)盲拐杖硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能超聲測(cè)距部分是利用超聲波在空氣中傳播時(shí)遇到障礙物返回的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量距離的目的。根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收到回波的時(shí)間以及此時(shí)的聲速就可以計(jì)算出障礙物的距離。由于超聲在空氣中傳播有衰減，加上環(huán)境以及電路本身的噪聲干擾，測(cè)量距離有一定的上限，超過(guò)上限距離的障礙物的回波將無(wú)法檢測(cè)到；同時(shí)由于發(fā)射超聲波對(duì)接收超探

25、頭的影響，測(cè)量距離存在下限，低于下限距離的障礙物回波將無(wú)法與干擾信號(hào)區(qū)別開(kāi)。系統(tǒng)測(cè)量的就是介于上限與下限距離范圍的障礙物信息。當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)語(yǔ)音模塊發(fā)出告警信號(hào)。語(yǔ)音播報(bào)部分是通過(guò)對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，處理完成后如為危險(xiǎn)信號(hào)即發(fā)布聲音預(yù)警。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)，可控制語(yǔ)音模塊對(duì)實(shí)時(shí)的溫度和時(shí)間的進(jìn)行播報(bào)。警示系統(tǒng)模塊通過(guò)AT89S52單片機(jī)控制語(yǔ)音模塊和控制開(kāi)關(guān)，達(dá)到包括語(yǔ)音警示，LED燈警示效果，提醒使用者和過(guò)往車輛行人避讓，達(dá)到保障使用者安全的目的穩(wěn)壓電源模塊可以最大程度保持輸入電壓的穩(wěn)定，保持電源輸出的電壓是恒定的。是為了給電路提供穩(wěn)定電源，從而使整個(gè)模塊正

26、常工作，延長(zhǎng)使用壽命。3.2設(shè)計(jì)思路智能導(dǎo)盲拐杖硬件電路設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，它涉及到許多方面，包括單片機(jī)、超聲測(cè)距系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)、溫濕度采集系統(tǒng)、聲光報(bào)警系統(tǒng)、電源等的選擇，還包括單片機(jī)以及各模塊間的相互連接。在設(shè)計(jì)之前，必須要對(duì)整個(gè)智能導(dǎo)盲拐杖的各部分構(gòu)造有一個(gè)大致的了解。為了更好的實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，根據(jù)整體配置，來(lái)細(xì)化各模塊配置。以AT89S52單片機(jī)為核心的控制器，除此之外再細(xì)分模塊。整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)“回波測(cè)距”的原理設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。圖3-1 智能導(dǎo)盲預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖3.3硬件電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)由單片機(jī)、超聲波發(fā)射接收電路、液晶顯示電路、語(yǔ)音模塊及光警提示模塊等組成，控制

27、核心為單片機(jī)。單片機(jī)在接收到傳感器的信息后，將傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為距離信息，通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)或振動(dòng)提示。系統(tǒng)工作原理方框示意圖如圖3-2所示。圖3-2系統(tǒng)工作原理方框示意圖整個(gè)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)模塊：（1）CPU模塊（2）超聲換能模塊超聲波發(fā)射包括產(chǎn)生超聲激勵(lì)脈沖的發(fā)射電路和超聲探頭，由單片機(jī)控制產(chǎn)生激勵(lì)脈沖激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波。回波信號(hào)的接收由前置比例放大電路、程控放大電路和濾波電路四部分構(gòu)成?；夭ㄐ盘?hào)經(jīng)超聲波傳感器接收后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)放大和濾波使信號(hào)的幅度和信噪比達(dá)到一定程度，滿足信號(hào)處理的要求。（3）電源模塊該模塊為整個(gè)系統(tǒng)供電，提供穩(wěn)定的電源。使整個(gè)系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)行。（4）語(yǔ)音播報(bào)模塊該模

28、塊主要播報(bào)警示音，及對(duì)時(shí)間進(jìn)行播報(bào)。（5）溫濕度檢測(cè)模塊3.3.1 CPU模塊單片機(jī)一詞最初源于“Single-Chip Microcomputer”，簡(jiǎn)稱“SCM”。單片機(jī) 也叫做“微控制器”或者“嵌入式微控制器”。單片機(jī)在控制領(lǐng)域中，具有很多優(yōu)點(diǎn)，它體積小，成本低，運(yùn)用靈活，易于產(chǎn)品化，它能方便的組成各種智能化的控制設(shè)備；面向控制，能針對(duì)性的解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種控制任務(wù)，而能獲得最佳的性能價(jià)格比；它抗干擾能力強(qiáng)，適用范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都因能可靠的工作，這是其它類型計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的；內(nèi)存較大，功能強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)、軟硬件資源都比較豐富等特點(diǎn)，其外圍接口電路簡(jiǎn)單，具有很高的性價(jià)比，其

29、價(jià)格僅為DSP的五分之一，而且它經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，技術(shù)也相當(dāng)?shù)某墒?。它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51的指令和引腳兼容，因而是一種功能強(qiáng)大的微控制器，它對(duì)很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高度靈活有效的解決方案。此外，可以方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高，所以我們可以利用單片機(jī)與超聲波技術(shù)的的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距。基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)，成本低，精確度高，并且容易做到實(shí)時(shí)控制，具備較強(qiáng)的實(shí)用性。這次設(shè)計(jì)所選用的AT89S52單片機(jī)如圖3-3所示，有40個(gè)引腳的芯片，引腳配置，是一種低功耗、高性能的含有8K字節(jié)快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM- Flash Progra

30、mmable and Erasable Read Only Memory)的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造，并且與AT89S52指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。芯片上的 FPEROM允許在線或采用通用的非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。AT89S52的主要性能包括：(1)與MCS-52微控制器產(chǎn)品系列兼容。(2)片內(nèi)有8K字節(jié)的可在線重復(fù)編程快閃擦寫(xiě)存儲(chǔ)器(Flash Memory )。(3)編程所需的所有時(shí)序和電壓，均不需外部電路供給。(4)存儲(chǔ)器可循環(huán)寫(xiě)入/擦除1000次。(5)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間為10年。(6)寬工作電壓范圍，Vcc可由2.7V到6V。(7)全靜態(tài)工作，可

31、由OHz到16MHz。(8)程序存儲(chǔ)器具有3級(jí)鎖存保護(hù)。(9)128X8位內(nèi)部RAM。 (10)32條可編程I/O線。(11)三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。(12)中斷結(jié)構(gòu)具有5個(gè)中斷源和2個(gè)優(yōu)先級(jí)。(13)可編程全雙工串行通道。(14)空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保護(hù)存儲(chǔ)內(nèi)容。AT89C52芯片的40個(gè)引腳功能為：VCC：電源電壓。GND：接地。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個(gè)機(jī)器周期時(shí)，所有I/O引腳復(fù)位至“1”。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩放大器的輸出。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址

32、的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP

33、：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 P0口：8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：8位雙向I/O口。引腳P1.2P1.7提供內(nèi)

34、部上拉，當(dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時(shí)，它們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1），P1口輸出緩沖器能接收20mA電流，并能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器；P1口引腳寫(xiě)入“1” 后，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗(yàn)期間，P1口也可接收編碼數(shù)據(jù)。P2口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)

35、存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：引腳P3.0P3.7為帶內(nèi)部上拉的雙向I/0引腳。P3口的輸出緩沖器能接收20mA的灌電流；P3口寫(xiě)入“1”后，內(nèi)部上拉，可用輸入。P3口也可用作特殊功能口，其功能見(jiàn)表1。P3口同時(shí)也可為閃速存儲(chǔ)器編程和編程校驗(yàn)接收控制信號(hào)。本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)模塊由AT89S52單片機(jī)及其外圍電路組成，是整個(gè)超聲波測(cè)距儀的核心電路。AT89S52功耗低、性能高其具有8K在系統(tǒng)可編程Flash

36、存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 圖3-3單片機(jī)電路結(jié)構(gòu)在89S52單片機(jī)的引腳RST接持續(xù)兩個(gè)周期的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。若是引腳保持保持高電平，則單片機(jī)處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的，請(qǐng)求在打開(kāi)電源、單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位操作。RST引腳上電瞬間獲得高電平，隨著電容C1的充

37、電，RST引腳的電壓將逐漸下降。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。單位電路的目：在需要的時(shí)候，單片機(jī)復(fù)位，保證正常的工作循環(huán)，如圖3-4所示。圖 3-4復(fù)位電路3.3.2超聲波換能模塊目前被大家熟知的避障測(cè)距技術(shù)主要有激光、毫米波雷達(dá)、攝像系統(tǒng)、紅外線、超聲波等一些測(cè)距技術(shù)，不同的目標(biāo)探測(cè)方式其工作過(guò)程和原理有不同之處，但它們的主要目的都是通過(guò)前方返回的探測(cè)信息來(lái)判斷距離。各可測(cè)距傳感器的比較如圖3-5所示。 圖3-5各傳感器性能比較綜合以上考慮和實(shí)際應(yīng)用條件，所以本設(shè)計(jì)測(cè)距模塊采用的是超聲波方案，并在超聲波測(cè)距技術(shù)方案的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化和改進(jìn)。

38、超聲換能器按照發(fā)射與接收是否同體可分為收發(fā)同體與收發(fā)分體式兩種。其中收發(fā)一體式就是發(fā)送器和接受器為一體的傳感器，即可發(fā)送超聲波，又可接受超聲波；收發(fā)分體式是發(fā)送器用作發(fā)送超聲波，接受器用作接受超聲波。為了操作的簡(jiǎn)便，本次超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)選用的是HC-SR04超聲波測(cè)距模塊如圖3-6所示。 圖3-6 HC-SR04超聲波測(cè)距模塊實(shí)物圖HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，精度可達(dá)2mm，模塊包括超聲波發(fā)送接收和控制電路。Vcc供5V電源，GND接地，TRIG觸發(fā)控制信號(hào)輸入，ECHO回想信號(hào)輸出?；竟ぷ髟恚海?） 采用IO口TRIG觸發(fā)，至少給10us的高電

39、平信號(hào);（2） 模塊自動(dòng)發(fā)射8個(gè)40KH的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回;（3） 有信號(hào)時(shí)，通過(guò)IO口ECHO輸出高電平，高電平持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。這是一款壓電陶瓷式收發(fā)同體超聲波傳感器。其中心頻率為40KHz，發(fā)射聲壓在10V，0dB=0.02m/Pa的條件下95dB；接收靈敏度在40KHz中心頻率，0dB=10V/pa的條件下-65dB；靜電容量為1260pF2340pF；探測(cè)距離為0.23m；-6dB下的指向角為60o。其發(fā)射聲壓方位特性圖如圖3-7所示。圖3-7發(fā)射聲壓方位特性圖HR-SR04型超聲波集成模塊的工作電壓為5V，而且此模塊的靜態(tài)工作電流是小于2mA的，工作

40、時(shí)候相對(duì)穩(wěn)定。測(cè)量角度為15°，減少了可能存在的角度干擾問(wèn)題。此模塊的測(cè)距范圍為2 cm5 m，能基本滿足測(cè)距要求，而且其精度可以達(dá)到0.3cm，盲區(qū)僅為2cm，完全可以能夠滿足本設(shè)計(jì)的測(cè)距要求，測(cè)距也比較穩(wěn)定。采用I/O觸發(fā)測(cè)距，需給至少10 us的高電平信號(hào)。HC-SR04電氣參數(shù)如圖3-8所示。 圖3-8 HC-SR40電氣參數(shù)換能電路部分主要包括超聲波信號(hào)產(chǎn)生功率驅(qū)動(dòng)。實(shí)際目的是為超聲波發(fā)射器提供它所需要的脈沖電信號(hào)。依據(jù)電路需要，發(fā)射電路滿足下列要求:(1) 振蕩電路振蕩頻率可調(diào): 振蕩電路的實(shí)現(xiàn)目的是為超聲波傳感器提供40KHz脈沖。當(dāng)加載在超聲波傳感器的兩端的信號(hào)頻率與

41、其固有頻率為同一頻率時(shí)，發(fā)生共振，電信號(hào)電能高效率的轉(zhuǎn)化為機(jī)械聲波機(jī)械能。本設(shè)計(jì)所使用的為555振蕩電路，如圖3-9所示圖3-9 555振蕩電路(2) 驅(qū)動(dòng)能力較高；驅(qū)動(dòng)電路是為超聲波發(fā)射器提供足夠功率的脈沖信號(hào)。要求產(chǎn)生出具有一定功率，一定脈沖寬度和一定頻率的超聲電脈沖去激勵(lì)發(fā)射器，由發(fā)射器將電能轉(zhuǎn)換為超聲機(jī)械波機(jī)械能。如圖3-10所示超聲波傳感器驅(qū)動(dòng)電路原理圖。圖3-10 超聲波傳感器驅(qū)動(dòng)電路原理圖(3) I/O口控制。功率驅(qū)動(dòng)電路功能是用來(lái)對(duì)超聲波換能器進(jìn)行功率驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大達(dá)到足夠功率之后，推動(dòng)超聲波換能器產(chǎn)生超聲波。超聲波在空氣中會(huì)隨著傳播距離的增加而衰減，經(jīng)過(guò)目標(biāo)反射回來(lái)的超聲

42、波的回波信號(hào)弱，在距離較遠(yuǎn)的情況下只達(dá)毫伏級(jí)，甚至微伏。因此為了加大超聲波測(cè)距系統(tǒng)的量程范圍，需加以驅(qū)動(dòng)電路如圖3-11所示。根據(jù)電路需求，接收電路的功能是將接收到的微弱信號(hào)放大并進(jìn)行濾波整形。接收電路部分主要包括限幅保護(hù)電路、帶通濾波電路、比較放大電路三部分電路構(gòu)成。采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的放大電路具有放大倍數(shù)高，輸入電阻高，輸出電阻低的特點(diǎn)，是一種直接耦合式放大電路。這種電路比較簡(jiǎn)單，放大倍數(shù)容易調(diào)整圖3-11超聲波驅(qū)動(dòng)放大電路原理圖本次設(shè)計(jì)選擇了各項(xiàng)性能優(yōu)越的LM387作為放大器，其能充分滿足放大的要求，可雙電源供電，考慮到電源的問(wèn)題，采用單電源供電，因此設(shè)計(jì)了電壓跟隨器提供4V的基準(zhǔn)電

43、壓，可以有效防止干擾。由于回波信號(hào)非常弱，一般為毫伏級(jí)，其能量的衰減程度與傳播距離成正比，所以超聲波傳感器的接收信號(hào)一般在10mV60mV之間，因此由LM387構(gòu)成了三級(jí)放大電路，每一級(jí)放大10倍，共放大1000倍左右，完全能夠滿足要求，并且三級(jí)放大可選，可以根據(jù)測(cè)距的遠(yuǎn)近選擇合適的放大倍數(shù)。此超聲波模塊可提供10cm500cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可在1cm?；竟ぷ髟恚海?） 采用I0口TRIG觸發(fā)式測(cè)距，至少給10us的高電平信號(hào)；（2） 模塊自動(dòng)發(fā)出8個(gè)40KHZ的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；（3） 有信號(hào)返回時(shí)，通過(guò)I0口ECH0輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)時(shí)間就是超聲波

44、從發(fā)射到返回的時(shí)間。使用者到障礙物距離=（高電平時(shí)間*聲速）/2;超聲波總體電路見(jiàn)附錄1。3.3.3語(yǔ)音播報(bào)模塊設(shè)計(jì)考慮到產(chǎn)品的使用人群為盲人，因此采用的是語(yǔ)音示警和播報(bào)的形式。使用者可以通過(guò)開(kāi)關(guān)按鈕播報(bào)實(shí)時(shí)溫度和時(shí)間，進(jìn)行時(shí)間播報(bào)。語(yǔ)音芯片采用SYN6288中文語(yǔ)音芯片如圖3-12所示。該芯片繼承了OSYNO188語(yǔ)音芯片的優(yōu)點(diǎn)：最小SSOP28L貼片封裝、硬件接口簡(jiǎn)單、低功耗、音色清涼圓潤(rùn)、極高的性價(jià)比；除此之外，SYN6288在識(shí)別文本/數(shù)字/字符串上更智能、準(zhǔn)確，語(yǔ)音合成效果也比較好。SYN6288語(yǔ)音合成效果和智能化程度均得到大幅度提高，是一款真正面向中高端行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的中文語(yǔ)音合成

45、芯片。SYN6288語(yǔ)音合成芯片的誕生，將推動(dòng)TTS語(yǔ)音合成技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用走向更深入、更廣泛。 圖3-12 SYN6288中文語(yǔ)音芯片引腳圖引腳定義：1，3引腳接總線模塊 0 電源負(fù)極 ；2 引腳接總線模塊 0 電源正極 ；4 引腳接低電平表示 CHIP 空閑, 可接收上位機(jī)發(fā)送的命令和數(shù)據(jù) 高電平表示 CHIP 忙，正在進(jìn)行語(yǔ)音合成并播音 ；5 引腳接Res 引腳 ；6 引腳接總線模塊 1 電源正極 ；7 引腳接總線模塊 1 電源負(fù)極 ；8,12 引腳接語(yǔ)音輸出模塊電源負(fù)極； 10 引腳接語(yǔ)音輸出模塊電源正極； 9 引腳接推送DAC語(yǔ)音輸出1；其功能特點(diǎn):（1） 支持GB2312、GBK、B

46、IG5和UNICODE內(nèi)碼格式的文本；（2） 清晰、自然、準(zhǔn)確的中文語(yǔ)音合成效果；可合成任意的中文文本，支持英文字母的合成；（3） 具有智能的文本分析處理算法，可正確識(shí)別數(shù)值、號(hào)碼、時(shí)間日期及常用的度量衡符號(hào)；（4） 具備很強(qiáng)的多音字處理和中文姓氏處理能力；（5） 支持多種文本控制標(biāo)記，提升文本處理的正確率；（6） 每次合成的文本量最多可達(dá) 200 字節(jié)；（7） 支持多種控制命令，包括：合成、停止、暫停合成、繼續(xù)合成、改變波特率等；（8） 支持休眠功能，在休眠狀態(tài)下可降低功耗；支持多種方式查詢芯片工作狀態(tài)；（9） 支持串行數(shù)據(jù)通訊接口，支持三種通訊波特率：9600bps，19200bps、38

47、400bps；（10） 支持 16 級(jí)音量調(diào)整；播放文本的前景音量和播放背景音樂(lè)的背景音量可分開(kāi)控制；（11） 可通過(guò)發(fā)送控制標(biāo)記調(diào)節(jié)詞語(yǔ)語(yǔ)速，支持 6 級(jí)詞語(yǔ)語(yǔ)速調(diào)整；（12） 芯片內(nèi)固化有多首和弦音樂(lè)、提示音效和針對(duì)某些行業(yè)領(lǐng)域的常見(jiàn)語(yǔ)音提示音；（13） 內(nèi)部集成19首聲音提示音，23首和弦提示音，15首背景音樂(lè)；（14） 內(nèi)置10-bit推挽式（push-pull)、可獨(dú)立供電的功放，進(jìn)行數(shù)模DAC輸出；（15） 最終產(chǎn)品提供SSOP貼片封裝形式；體積業(yè)內(nèi)最?。唬?6） 芯片各項(xiàng)指標(biāo)均滿足室外嚴(yán)酷環(huán)境下的應(yīng)用；根據(jù)設(shè)計(jì)方案要求及芯片功能，設(shè)計(jì)語(yǔ)音模塊電路如圖3-13所示圖3-13語(yǔ)音電路

48、原理圖3.3.4溫度檢測(cè)模塊和時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì) 考慮到盲人看不見(jiàn)的實(shí)際情況，為了更好的服務(wù)盲人這個(gè)特殊群體,本設(shè)計(jì)還有溫度檢測(cè)模塊和時(shí)鐘模塊，由開(kāi)關(guān)控制,可以通過(guò)語(yǔ)音芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)播報(bào)。考慮到整體電路和使用的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)采用高性能低功耗的時(shí)鐘芯片HYM1302和DS1820單總線數(shù)字溫度檢測(cè)模塊。HYM1302為可慢速充電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷和31字節(jié)非易失靜態(tài)RAM。可在功耗非常小的下正常工作，消耗小于1uW時(shí)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。工作電壓范圍在2.0V5.0V，3線接口與單片機(jī)通信，HYM1302引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-14示。 圖3-14HYM1302引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖3-15 時(shí)

49、鐘模塊電路原理圖溫濕度的檢測(cè)有許多方法，可供選擇的器件和運(yùn)用的技術(shù)也有多種。但是溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案應(yīng)在滿足系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所以所選的結(jié)構(gòu)要盡量簡(jiǎn)單實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)，器件的選用要著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗、低廉的成本以及較好的互換性能。既要達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，又為了減少外部模塊對(duì)單片機(jī)的負(fù)荷，減少接口數(shù)量，溫度檢測(cè)模塊選擇DS1820單總線數(shù)字溫度檢測(cè)模塊，其獨(dú)特的單線接口，只需1個(gè)接口引腳即可通信，不需外部元件不需備份電源，溫度測(cè)量范圍可達(dá)到-55到+125。引腳說(shuō)明如圖3-16所示。 圖3-16 DS1820 引腳說(shuō)明 圖3-17溫度檢測(cè)模塊原

50、理圖3.3.5燈光示警模塊設(shè)計(jì)示警方式通常有燈光示警，用閃動(dòng)的指示燈來(lái)警示人；其次是聲音示警，發(fā)出特定的語(yǔ)音提示； 在選擇警示電路時(shí)，需要使其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編程簡(jiǎn)單。此次設(shè)計(jì)除了語(yǔ)音警示外還添加了人性化的光控制LED燈示警系統(tǒng)，為了方便夜晚時(shí)提醒路過(guò)的車輛和行人避讓盲人所設(shè)計(jì)。采用光敏電阻控制示警燈開(kāi)關(guān)，當(dāng)夜晚光線變暗時(shí)，光控制系統(tǒng)導(dǎo)通，給警示燈供電。光線采集電路如圖3-18所示。圖3-18 光控制電路原理圖3.3.6 穩(wěn)壓電源模塊的設(shè)計(jì)電源電路目的:給控制電路及其它電路提供一個(gè)穩(wěn)定的電源。電源設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)很重要關(guān)節(jié)。它的穩(wěn)定與否涉及到電路是否能穩(wěn)定工作。本次設(shè)計(jì)采用可穩(wěn)壓芯片LM7805，

51、是最常見(jiàn)的三端穩(wěn)壓集成電路，用其組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。如圖3-19所示，為電源穩(wěn)壓電路。圖3-19 電源穩(wěn)壓電路原理圖3.4本章小結(jié)本章主要介紹硬件的模塊化。對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了總的概述闡述了硬件設(shè)計(jì)的思路和構(gòu)想，并根據(jù)要求，說(shuō)明了各個(gè)模塊所實(shí)現(xiàn)的功能。對(duì)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)理念、方案做大致的介紹，并詳細(xì)講解核心部件主要器件的參數(shù)，以及硬件設(shè)計(jì)原理框圖。 4智能導(dǎo)盲拐杖軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)也就是程序設(shè)計(jì)，用計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的語(yǔ)言把所需實(shí)現(xiàn)的功能的逐一描述，也就是計(jì)算機(jī)程序的編寫(xiě)，在設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)程序是整個(gè)系統(tǒng)的

52、中心部分，協(xié)調(diào)著各模塊功能的正常運(yùn)作。軟件的編寫(xiě)是相當(dāng)重要的部分，軟件的質(zhì)量影響著整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的效果，系統(tǒng)功能決定著應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言本次設(shè)計(jì)用C語(yǔ)言作為程序軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它的特點(diǎn)就是可以盡量減少你對(duì)硬件進(jìn)行操作，C語(yǔ)言具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于模塊化程序設(shè)計(jì)，因此采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，首先要盡可能地采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，將功能模塊化，由不同的模塊完成不同的功能，這樣可使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)比較清晰，易于調(diào)試和維護(hù)。不同的功能模塊，分別指定相應(yīng)的入口參數(shù)和出口參數(shù)，對(duì)于一些要重復(fù)調(diào)用的程序一般把其編成函數(shù)，這樣可以減少程序代碼的長(zhǎng)度，又便于整個(gè)程序的管

53、理，還可增強(qiáng)可讀性和移植性。4.2 軟件設(shè)計(jì)心得程序設(shè)計(jì)有其規(guī)律和共同點(diǎn)。在編寫(xiě)程序時(shí)，采取如下幾個(gè)步驟： （1）明確設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能，將軟件的設(shè)計(jì)分成若干個(gè)獨(dú)立的模塊。便于編程和修改查詢。根據(jù)時(shí)序關(guān)系和功能關(guān)系，設(shè)計(jì)出最合理的軟件總體結(jié)構(gòu)； （2）畫(huà)程序框圖，根據(jù)所選擇的實(shí)現(xiàn)方法制定流程圖； （3）依照所設(shè)定的程序流程圖和指令系統(tǒng)編寫(xiě)程序，注意在程序相關(guān)部位標(biāo)注注釋，提升程序的可讀性； （4）系統(tǒng)資源合理的分配，按照要實(shí)現(xiàn)的功能選擇； （5）通過(guò)編輯軟件編輯出的源程序，必須用編譯程序匯編后生成目標(biāo)的代碼。如果源程序有語(yǔ)法錯(cuò)誤，那么需修改源文件后繼續(xù)編譯，直到無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤為止，然后利用目標(biāo)代碼

54、通過(guò)仿真器進(jìn)行程序調(diào)試，排除設(shè)計(jì)和編程中的錯(cuò)誤直到成功； 4.3設(shè)計(jì)的軟件環(huán)境簡(jiǎn)介對(duì)于AT89C51的控制設(shè)計(jì)，以Keil c軟件編程環(huán)境，以proteus軟件為電路仿真設(shè)計(jì)環(huán)境。二者的結(jié)合為該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供有利條件。Keil c軟件界面，如圖4-1所示。該軟件是一款集編程和仿真于一體的軟件，它支持匯編、C語(yǔ)言及二者的混合編程。軟件是一個(gè)系統(tǒng)的核心，想做好一個(gè)設(shè)計(jì)必須有好的思想和清晰的邏輯。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，將程序拆分成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子程序，這樣既方便程序的閱讀，也有利于以后對(duì)程序的修改和移植。本設(shè)計(jì)的軟件開(kāi)發(fā)完全是依靠kell單片機(jī)C語(yǔ)言平臺(tái)，在此平臺(tái)程序調(diào)試簡(jiǎn)單，具有良好的可續(xù)性和擴(kuò)展性。 圖4-1 Keil_c軟件界面Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點(diǎn)是：（1）全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。（2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2 C調(diào)試器、SPI