淺述基于單片機的避障智能手環

泰山學院物理與電子工程學院 山東 泰安 271021

1 系統的功能介紹

本項目采用單片機來實現整體電路的控制，利用超聲波HC-SR04傳感器檢測周圍環境是否有障礙物，然后將傳感器檢測的超聲波信號轉化成電信號送至AT89S52單片機控制器，通過單片機進行比較、運算、處理電信號以控制震動、語音報警等系統。根據行人與障礙物距離的逐漸縮短，基于單片機的智能避障手環的震動頻率會逐漸增加，報警音量也會增大從而使行人及時做出反應，并且可以根據環境需要隨時開關系統，同時也可以調節障礙物的檢測范圍，而且保留了基本的查看時間、日期等基本功能，方便行人查看時間。之后又增加心率采集分析、體表溫度測量、運動步數和運動距離等拓展功能，使功能更加完善。本項目主要從安全角度和實用角度方面考慮，基于單片機的智能避障手環的設計相對于傳統智能手環功能更加全面、智能化、便捷化、安全化，同時增加了安全環保、續航時間長等優點。本項目更加保障了行人出行的安全性，使老人、低頭族或者忙于交流的工作人員能及時躲避障礙物，以減少意外摔倒或其他危險的發生，符合新型智能手環的發展趨勢[1]。

2 系統的總體結構和原理

圖 基于單片機的智能避障手環系統設計總方案

2.1 單片機控制模塊

采用低功耗、高性能的8位AT89S52控制芯片，其主要目的是作為各部分器件的核心，對整體電路進行整體控制，驅動各個傳感器模塊，同時發送控制信號以及接收傳感器檢測的相關信息，并將接收和發送的信號進行計算處理，重復接收發送過程，從而連接各個部分的元器件，將功能進行綜合化。

2.2 超聲波避障模塊

單片機的智能避障手環的超聲波避障部分主要利用超聲波HC-SR04傳感器來檢測周圍環境是否存在障礙物，經過超聲波HC-SR04傳感器發射端的震蕩來發射超聲波，之后進行相關反射波的接收與定時器的計數，計算出相應的距離，然后將傳感器檢測的超聲波信號轉化成電信號送至AT89S52單片機控制器。

2.3 語音、震動模塊

語音、震動模塊則是采用SYN6288中文語音芯片，其表面具有最小SSOP28L封裝貼片，而且音色圓潤音質較好，具有極高的性價比。同時語音播報系統是將單片機控制器處理之后的超聲波信號進一步檢測，并經過運算處理后，若檢測到障礙危險信號就會發布震動信號和聲音報警信號，然后通過控制開關，可以控制語音模塊音量大小的調節和震動頻率大小的調節。

2.4 心率采集模塊

采用ADS1292心電測量模塊來采集運動者的心率。其優點在于：集成度高和性能出色。通過ADS1292心電測量模塊可以方便采集心電和呼吸信號，呼吸信號的檢測則采用了阻抗檢測的方法，將高頻信號輸入人體，在經過電路濾波后計算而來。低功耗性能可達到長時間監控的目的。集成度高在于ADS1292傳感器集成了心電采集所需要的各部分部件，設備小型方便。同時ADS1292在模塊上增加了數字電路與模擬電路信號隔離芯片，高抗干擾，雜波少，數據穩定，精確度更高。

2.5 溫度測量模塊

使用LMT70溫度傳感器對體溫進行測量。LMT70是一種高精度、低功耗的溫度傳感器。其利用超低自發熱特性，在其溫度范圍內保持高精度優點。LMT70溫度傳感器將其檢測信號進而通過控制器處理，最終得到人體當前體溫并顯示在智能手環顯示屏上。

2.6 加速度檢測模塊

采用MPU6050加速度傳感器來實現檢測使用者運動信息，實現運動步數和運動距離。通過MPU6050加速度傳感器來獲取運動信息，并由控制器接收檢測信息進行相關運算處理后，得到使用者的運動步數和運動距離等相關信息，最終顯示在避障智能手環顯示屏上。

2.7 時鐘功能設計與實現

時鐘模塊主要以定時器中斷為主，打開一個定時器中斷，中斷時間為0.1s，累計600次加一分鐘，累計60分鐘加一小時。

3 結束語

我們采用單片機控制電路，運用超聲波HC-SR04傳感器探測技術與實時提醒功能，來實現對行人周圍環境障礙物的防摔倒警報功能，同時也可以通過調節障礙物的檢測范圍，進一步提高智能手環的安全避障功能，而且保留了傳統手環的查看時間日期等基本功能，方便行人查看時間，并且實現了心率采集分析、體表溫度測量、運動步數和運動距離等拓展功能，使功能更加完善。無論從項目的安全性還是實用性方面，基于單片機的智能避障手環不但繼承了傳統手環的基本功能，更是為行人尤其是青少年，增加了避障防摔倒的實用性功能，不失為一個好的功能實用性項目。