盲人小助手的設計與實現

摘 要：盲人小助手的設計利用C8051F HC-SR04單片機中的程序對超聲波傳感器發射和接收的超聲波信號進行分析和計算處理，實現對前方物體距離的測量。文章詳細介紹了超聲波測距原理以及基于ARM開發板的測距原理。以HC-SR04超聲波測距模塊為核心實現超聲波的發射與接收，采用LCD顯示所測距離。

關鍵詞：超聲波；HC-SR04；測距

1 引言

從全國防盲技術指導組辦公室得到的數據也顯示，我國有500萬盲人，占世界盲人總數的1/5。盲人作為一個特殊的群體，最明顯的地方就是對障礙物不能準確及時發現并躲避障礙物。盲犬雖然是引導盲人行進的不錯選擇，然而訓練的不易、耗時及成本高昂也使得導盲犬的使用率并不高。

超聲波測距是一種非接觸式的檢測方法。不受外界環境及電磁場等因素的影響，對黑暗、煙霧、有毒等惡劣環境具有一定的適應能力。測量實現的電路成本較低，具有定向探測的功能，無需與被測物體直接接觸，就能夠穩定的顯示出結果。如何把這種非接觸式檢測與識別技術應用于導盲領域也變得十分重要。

2 總體設計

3 硬件設計

3.1 S3C2440簡介

3.2 超聲波測距模塊

4 超聲波探測模塊的設計

4.1 超聲波發射模塊

超聲波發射模塊由超聲波激發電路和超聲波傳感器組成。該模塊的接收來自嵌入式開發板中微處理器發出的串口信息，開發板產生一個高電平脈沖信號到超聲波傳感器上，作為工作信號，信號加在激發電路上，使得電路探頭中的壓電晶體產生逆壓電效應，發出一定頻率的超聲波，使的超聲波發射模塊發出超聲波脈沖。當超聲波在介質傳播時遇到障礙物會反射形成反射回波，就需要超聲波接收模塊進行接收處理。

4.2 超聲波接收模塊

超聲波接收模塊由回波信號調理部分和信號采集部分組成。該模塊的主要實現的作用是探測接收回波信號，進過信號放大、信號過濾這兩個部分的處理之后將信號暫時存儲在FIFO存儲器中（先進先出的存儲模式）?；夭ㄐ盘柾ㄟ^超聲波上的探頭進行檢測，當回波信號反射到晶片時，會產生壓電效益，產生相應的電信號。通過信號放大和過濾之后轉換為最終可操作的信號。回波的處理模塊包含前端信號放大、信號過濾、振幅限制等電路組成。

4.3 溫度模塊

忽略其他的誤差，對超聲波傳播速度影響最大的便是溫度的變化。由于不同的溫度，聲音的傳播速度不一樣。本文采用的是DS18B20溫度傳感器進行修正，它可以最高分辯0.0625攝氏度的溫度變化，適合絕大部分運行環境。簡化了溫度感應電路的設計，提高了整個探測系統的性價比。而且DS18B20溫度傳感器可以通過串口與電路相連，可以更好的進行控制。

5 系統軟件設計

6 軟件主界面

實時顯示測量距離，距離下限是指當距離太近時會產生警報，主要使用蜂鳴器來產生警報聲音。語音錄制是可以根據實際情況重新錄音。點擊設置會進入距離下限報警的設置界面。語音開啟/關閉 用來切換是否開啟語音播報測量距離。警報開啟/關閉 用來切換是否距離下于距離下限時產生警報。警報下限設置：以厘米為計算，新的設置按確定生效如圖7、如圖8。

7 結束語

超聲波測距的技術融合了各個領域的相關知識，將力學，電子學，材料學等精密聯系起來運用于現實生活中，雖然超聲波測距具有操作簡單，使用簡便，制作成本低等優點，但是測距極限距離還是不太理想，而且當距離小于或大于一定的值后，未能進行精確的檢測。存在這不足之處，便需要我們積極創新，努力改進。

參考文獻

[1]張紅蓮，基于單片機的超聲波測距系統的設計，2008（09）.

[2]李嚴；張民，基于超聲波傳感器的水位自動控制系統[J].微計算機信息，2009（13）.

[3]張和生；宋明耀，提高超聲測距精度的設計[J].電子產品世界，2004（13）.

[4]滕艷菲；陳尚松，超聲波測距精度的研究[J].國外電子測量技術，2006（02）.

[5]蘇琳，基于HC-SR04的超聲波測距器的設計[J].科技信息，2012（9）.

作者簡介：高航（1990-），男，本科，研究方向為嵌入式開發。