超声波电子导盲手杖的设计汇总.doc
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本科生毕业论文(设计)
题目:
超声波电子导盲手杖的设计
姓名:
学院:
专业:
班级:
学号:
指导教师:
职称:
20年月日
XX大学教务处制
25
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Keywords 1
1绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外已经研制成功的超声波导盲装置 2
1.2.1电子导盲仪(ETA) 2
1.2.2移动式机器人 3
1.2.3穿戴式导盲仪 4
1.2.4引导式手杖 4
2超声波导盲系统的工作原理 4
2.1超声 4
2.1.1超声概述 4
2.2超声波传感器 5
2.2.1传感器的种类及特点 5
2.2.2超声波传感器的选取 6
2.3超声波测距的应用 6
2.4超声波测距的发展概况 7
2.5超声检测的原理和方法 7
2.6超声波测距的基本原理 8
2.7测量精度的问题 9
2.7.1影响测量精度的因素 9
2.8提高测量精度的措施 10
3超声波导盲手杖系统的设计 11
3.1总体实现的功能 11
3.1.1障碍物检测 11
3.1.2超声测距 11
3.1.3实时显示检测结果 11
3.2系统总体设计 11
3.3系统总体分析 12
3.3.1CPU的选型 12
3.3.2超声波发射电路 13
3.3.3超声波接收电路 13
3.3.4告警模块设计 15
3.4超声波导盲手杖的软件设计 16
3.4.1系统软件设计原理 16
3.4.2系统软件设计框图 17
3.4.3单片机的C程序设计 17
致谢 25
参考文献 26
附录 27
超声波电子导盲手杖的设计
农业电气化与自动化专业学生
指导教师
摘要:
中国是世界上盲人数量最多的国家。
盲人生活在黑暗的世界中,给工作、生活、社交活动带来了莫大的困难。
如何安全行走,是盲人生活中最大的问题。
为了解决这一问题,本文模仿蝙蝠的超声应用能力和原理,在研究现有的电子式超声波导盲系统的基础上,应用回声定位原理,通过发送超声波,然后获得并分析障碍物的回波信息,研制了一套超声波导盲系统。
本系统采用AT89S52单片机作为控制器,利用超声测距的原理,设计了一种超声波导盲装置,该装置可以对盲人前面道路上的障碍物进行距离探测并把障碍物距离信息转换成声音或震动提示,盲人可以根据提示声音或震动,达到导盲作用。
该系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。
关键词:
超声波;单片机;导盲系统
ThedesignofUltrasonicelectronicBlindstick
Studentmajoringinagricultureelectrificationandautomation
Tutor
Abstract:
Chinaisacountrythatownsthelargestnumberofblindpeopleintheworld.Theblindliveindarknessworld,Ithasbroughtgreatdifficultiestowork,livingandsocialactivities.Howtowalksafelyisthebiggestproblemfortheblindinthelife.Tosolvethisproblem,thisarticleimitatethebat'sultrasonicapplicationsCapabilityandprinciples.Inthestudyofexistinge-ultrasonicGuidesystematicbasis,ApplyecholocationPrinciple,Bysendingultrasonic,Obtainandanalyzetheobstaclesandthenreturninformation,developedasystemofultrasonicguide.ThesystemusesAT89S52microcontrollerasthecontroller,usingultrasonicdistancemeasurementprinciple,designanultrasonicguidingequipment.Thedevicecandetectthedistanceofobstaclesontheroadthatisinfrontoftheblind.Thanturnthedistanceinformationoftheobstacleintosoundorvibratingalert,Accordingtosoundorvibration,Blindmayachieveguideeffect.Thesystemhassomecharacteristics,Forexamplethehardwarestructureissimple,theworkisreliable,measurementerrorissmallandsoon.
Keywords:
Ultrasonic;MCU;guidancesystemfortheblind
1绪论
1.1研究背景与意义
我国曾在上世纪80年代进行过视力残疾状况调查,结果显示,我国有视力残疾患者近1300万,其中盲人约就有550万。
从全国防盲技术指导组办公室得到的数据也显示,我国有500万盲人,占世界盲人总数的1/5[1]。
随着人民生活水平的不断进步,让生活变得越来越简单方便成为了人民普遍追求的生活理念。
盲人既是我们普通人民中的一员,又是一个特殊群体,他们由于先天的生理缺陷在日常生活中比我们常人会遇到更多的不方便,不能准确及时的发现并躲避障碍物就是一个重要的弊端。
虽然在现实生活中大多数的盲人都是借由普通的拐杖来辅助行走的,但这种拐杖只是一根普通的长杆,存在着太多的不足,比如不能探测上方悬挂的障碍物,不能识别稍远一点的障碍物等等[2]。
导盲犬虽然是引导盲人行进的不错选择,然而训练的不易、耗时及成本高昂也使得导盲犬的使用率并不高。
如果有一种既轻巧,又便宜,同时又能及时的识别周围障碍物并发出报警信号的智能拐杖在盲人的手中将会为盲人的生活提供极大地方便。
同时随着计算机技术、自动化技术及工业机器人的不断出现,测距与识别技术在工业中已经得到了普遍的发展,如何把这种非接触式检测与识别技术应用于民用领域也变得十分重要。
蝙蝠擅长在黑夜中飞行,在漆黑的环境里仍能够准确的判断物体的方位及距离,并能有效的避开树、建筑物等障碍物,以极快的速度精确地飞翔,蝙蝠的这种功能是通过回声定位来实现的。
所谓回声定位,就是某些动物能通过口腔或鼻腔把从喉部产生的超声波发射出去,利用折回的声音来定向。
比如蝙蝠,它通过喉部发出频率大约100KHz的超声波脉冲,当遇到食物或障碍物时,脉冲波会反射回来,蝙蝠用两只耳朵接受物体的反射波,并据此确定该物体的位置,并可从两耳分别接受到回波间的差别,来辨别物体的远近、形状及性质,物体的大小则由回波中的波长区别出来。
根据蝙蝠的这种仿生学原理,超声检测与识别技术得到了广泛的应用,特别是医用以及工业领域中,如医学超声检测,超声探伤等。
超声波具有传播速度慢,指向性强,能级消耗缓慢,对色彩、光照度不敏感的特点,同时超声波传感器结构简单、体积小、费用低、信息处理简单可靠,易于小型化与集成化,并且可以进行实时控制的特点[3]。
综合以上优点,如果采用超声检测的方法实现对障碍物的识别,同时将这一项技术应用于导盲产品中将有广阔的发展前景。
1.2国内外已经研制成功的超声波导盲装置
为了提高盲人的生活质量,增加其行走能力,世界各国一直在进行着导盲系统的研制。
有许多研究已经有了成功的案例,比如:
超声波导盲系统、无线电导盲系统、卫星导盲、盲人电子眼镜、红外线导向灯系统等[4]。
其中无线电、卫星导盲系统和红外线导向灯系统,要求改善周围的环境设施,患者借助于外来信息确定自身的方位,虽然反映的信息较多,但耗资庞大,信息量固定,发展更新迟缓,而且也很容易受到外来信息的干扰或者遭到人为的破坏;电子眼镜用光导和摄像原理将景物和周围物体成像转换成相应的听觉信号,虽然结构简单,信息质量固定,但是系统复杂、成本昂贵。
超声波导盲系统实现成本低、使用方便、抗电磁干扰强、对光线不敏感、无电磁辐射,因此被广泛采用[5]。
已经研制成功的超声波导盲系统大体可以分为四类:
基于电子技术的导盲仪(Electronictravelaids,ETA)、移动式机器人(Mobilerobot)、穿戴式导盲仪和导引式手杖。
1.2.1电子导盲仪(ETA)
ETA的工作原理与雷达系统类似,由探头向一定方向上发送一连串的超声探测波,这些超声波在传送过程中遇到障碍物会被反射回来,被指定的传感器接收,从接收到的回波中可以得到障碍物的信息。
最早使用超声的ETA产生于1965年,名字为RussellPathsounder,它是将两个超声探头安放在好后挂在人的颈部,然后把它放置于位于胸部高度的板上。
收到前方障碍物的信息后仪器就会产生声音报警,但这种仪器仅能产生三种滴答声,通过这种滴答声粗略地提示目标距离[6]。
完成于1974年的Sonicguide,它的外型类似于一个眼镜框,一个具有55°声束角的广角超声发射器安放在镜架的中央,两个超声波接收器被分别安放在镜框的两侧。
两个接收器获得的信号经过频移,分别传入左右耳。
使用者根据传入两耳之间的声音强度差,可以判断出障碍物的方向(声音以立体声呈现,靠近物体的那只耳朵听见的声音大于另一只耳朵听见的);障碍物的距离被编码成可听低频声音的频率(声调越高,距离越近);物体的某些表面特征通过声音的特征来体现(例如,不均匀分布的声音可能表示一棵树,均匀分布的声音可能代表一面墙)。
结合使用者头部的运动,能清楚的获得障碍物的位置[6]。
MowatSensor完成于1977年。
它可以相当于一支点字棒,主要是把收集到的超音波讯息,根据物件的距离来发出不同程度的震,使用者通过触觉获得的震感来获得周围障碍物的距离信息。
感应的范围可分一米和四米,使用者可利用按钮随意选择MowatSensor的好处是可以帮助寻找到小物件如锁匙等,也可以探到半开的门。
韩国的Young-JipKim等人在2001年研发出的ETA,其探测组件分两部分:
眼镜和手杖。
眼镜框两侧安装有两个发送和接收超声波的超声探头
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