自動(dòng)導(dǎo)盲小車設(shè)計(jì)

呂杰

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種導(dǎo)盲小車，以AT89S52單片機(jī)作為控制核心，以小車作為動(dòng)力機(jī)構(gòu)，利用小車牽引盲人前進(jìn)。本設(shè)計(jì)采用超聲波測(cè)距檢測(cè)障礙物與盲人之間的距離，通過語音播報(bào)距離和蜂鳴器報(bào)警提示，提前預(yù)警，遇到障礙物時(shí)可控制小車自動(dòng)轉(zhuǎn)向，使盲人及時(shí)避開障礙物。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)盲小車;單片機(jī);超聲波測(cè)距;語音播報(bào);報(bào)警

中圖分類號(hào)：TN967.1;TP274.53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）32-0064-03

Design?of?Automatic?Guide?Car

LYU?Jie

（Ningxia?Institute?of?Science?and?Technology，Shizuishan?Ningxia?753000）

Abstract：?This?paper?designed?a?blind?guide?car，?which?used?AT89S52?single-chip?microcomputer?as?the?control?core?and?the?car?as?the?power?mechanism.?This?design?uses?ultrasonic?ranging?to?detect?the?distance?between?obstacles?and?blind?people，?and?broadcasts?the?distance?by?voice?and?the?buzzer?alarm?prompts?to?give?early?warning.?When?encountering?an?obstacle，?the?car?can?be?controlled?to?turn?automatically，?so?that?the?blind?can?avoid?the?obstacle?in?time.

Keywords：?automatic?guide?car;MCU;ultrasonic?ranging;voice?broadcast;alarm

中國是世界上盲人最多的國家，中國殘疾人聯(lián)合會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2016年，中國至少有1?731萬盲人。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市中的交通越來越繁忙，城市中的盲道屢屢遭到侵占或者破壞，這對(duì)于出外行走的盲人無疑造成了巨大的安全隱患。如何解決這些安全隱患顯得無比迫切與重要[1]。傳統(tǒng)的導(dǎo)盲手段有手杖和導(dǎo)盲犬，而導(dǎo)盲機(jī)器人、超聲波、無線電、紅外線、衛(wèi)星等導(dǎo)盲系統(tǒng)、盲人電子眼鏡等現(xiàn)代化導(dǎo)盲手段正逐步走進(jìn)盲人的生活，增強(qiáng)了盲人的行走能力，提高了盲人的生活質(zhì)量[2]。

1 總體設(shè)計(jì)

本文針對(duì)盲人在地面比較平整的公共場(chǎng)所行走的場(chǎng)合，將避障小車和導(dǎo)盲拐杖結(jié)合在一起，設(shè)計(jì)了一種自主動(dòng)力導(dǎo)盲小車。導(dǎo)盲小車由小車、拐杖及自動(dòng)導(dǎo)盲控制系統(tǒng)三部分組成。其中，自動(dòng)導(dǎo)盲控制系統(tǒng)由主控芯片AT89S52單片機(jī)、超聲波測(cè)距模塊、語音播報(bào)模塊、報(bào)警系統(tǒng)、按鍵模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等模塊組成，控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。當(dāng)檢測(cè)到前方障礙物時(shí)，通過語音模塊發(fā)出警告信號(hào)，蜂鳴器報(bào)警，遇到障礙物時(shí)能控制小車自動(dòng)轉(zhuǎn)向，牽引盲人避開障礙物。

2 超聲波測(cè)距原理

超聲波是頻率高于20kHz的聲波，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)，因而常用于距離的測(cè)量。超聲波測(cè)距的原理是由超聲波發(fā)射器向空間某一方向發(fā)射超聲波信號(hào)，在途中碰到障礙物時(shí)，該超聲波信號(hào)會(huì)被反射，聲波會(huì)立即沿著原路徑返回[3]。通過不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，并測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差[t]，然后根據(jù)超聲波在空氣中的聲速[v]，就能計(jì)算出從超聲波傳感器到障礙物之間的距離。因?yàn)槌暡ń?jīng)過的距離是聲源與障礙物之間距離的兩倍，因此聲源與障礙物之間的距離[d]可以利用式（1）計(jì)算：

[d=12vt]???????????????????????????????????（1）

式中，不考慮誤差的室溫情況下，超聲波在空氣中的傳播速度是340m/s。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制核心采用AT89S52單片機(jī)，AT89S52是片內(nèi)集成了8kB的Flash程序存儲(chǔ)器、128B的RAM、6個(gè)中斷源和3個(gè)定時(shí)器的8位單片機(jī)，支持在線編程。采用超聲波測(cè)距模塊HC-SR04測(cè)距，HC-SR04超聲波模塊由兩個(gè)壓電陶瓷超聲傳感器及外圍信號(hào)處理電路構(gòu)成。兩個(gè)壓電陶瓷超聲傳感器，一個(gè)用于發(fā)出超聲波信號(hào)，一個(gè)用于接收反射回來的超聲波信號(hào)。HC-SR04的Trig（控制端）引腳控制發(fā)出的超聲波信號(hào)，連接單片機(jī)的P3.1引腳，Echo（接收端）引腳接收反射回來的超聲波信號(hào)，連接單片機(jī)P3.2引腳。HC-SR04與單片機(jī)的連接如圖2所示。采用YWCD-3P-01語音模塊語音播報(bào)距離，YWCD-3P-01語音模塊是一款具有PWM輸出的OTP語音標(biāo)準(zhǔn)芯片，共8個(gè)引腳，與單片機(jī)的連接如圖3所示。

當(dāng)小車遇到前方障礙物時(shí)，采用L298N驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，控制小車前輪的前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎，牽引盲人避開障礙物。L298N驅(qū)動(dòng)模塊的引腳IN1、IN2、IN3、IN4分別接單片機(jī)的P3.4、P3.4、P3.6、P3.7引腳。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖4所示。采用LCD1602液晶顯示器作為顯示電路，顯示與障礙物之間的實(shí)際距離及預(yù)設(shè)的蜂鳴器報(bào)警距離。LCD1602液晶顯示電路如圖5所示。

按鍵電路共設(shè)計(jì)4個(gè)獨(dú)立按鍵，其中，接單片機(jī)P2.4引腳的按鍵功能為語音播報(bào)啟動(dòng)鍵。按鍵S1、S2、S3的功能是對(duì)蜂鳴器報(bào)警值進(jìn)行設(shè)置，分別接單片機(jī)P2.0、P2.1、P2.2引腳，按鍵電路如圖6所示。蜂鳴器接單片機(jī)P3.0引腳，當(dāng)障礙物的距離達(dá)到所設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，蜂鳴器報(bào)警電路如圖7所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用C語言編程，包括主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收中斷服務(wù)子程序、蜂鳴器報(bào)警距離設(shè)置子程序、液晶顯示子程序、語音播報(bào)子程序、小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序等，實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物距離的測(cè)量、顯示、語音播報(bào)，蜂鳴器報(bào)警提示，控制小車轉(zhuǎn)向，躲避障礙物等自動(dòng)導(dǎo)盲控制功能。主程序流程如圖8所示。

5 結(jié)語

本文所設(shè)計(jì)的自主導(dǎo)盲小車以小車作為動(dòng)力機(jī)構(gòu)牽引盲人前進(jìn)，采用超聲波測(cè)距裝置檢測(cè)障礙物與盲人之間的距離，測(cè)距范圍為2～400cm，能夠滿足測(cè)量精度的要求，通過語音播報(bào)距離和聲光報(bào)警提示，可提前預(yù)警前方的障礙物，使盲人及時(shí)避讓，避免盲人受到傷害。本設(shè)計(jì)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、測(cè)量誤差小、反應(yīng)速度快和成本低廉等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王冠生，鄭江華，瓦哈甫·哈力克，等.盲人導(dǎo)航/路徑誘導(dǎo)輔具研究與應(yīng)用綜述[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2012（12）：147-151.

[2]金鑰.形形色色的導(dǎo)盲系統(tǒng)[J].中國醫(yī)療器械信息，1998（4）：30-32.

[3]劉為芹，于會(huì)山.超聲波測(cè)距系統(tǒng)的工作原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].無線互聯(lián)科技，2015（19）：147-148.