前言

为了更好地能够更好地协助视障走动，各科研院所研发了各种各样电子器件导盲机器设备。传统式电子器件导盲设备具有下面不够：应用一般充电电池，上班时间短，必须多次换电池；感应器受外界的影响很大，检测精密度不高；实际操作繁杂，而且工程造价价格昂贵。

超声波传感器是一种非接触式检验方法，运用其能测覆盖面广，不会受到光源和被测物件色彩的危害等优点，能够化解许多难题，在工业控制系统、勘查精确测量、精准定位和道路交通安全等方面均有普遍的运用。现阶段超声波激光测距完成便捷，测算简易，非常容易完成实时处理，而且在测量精度可以做到应用的规定，因而能够非常好地应用于导盲器的制造中。

1、 超音波感应器及激光测距的基本原理

超音波就是指頻率高过20 kHz的机械设备波，超音波感应器是在超声波频率内将交替变化的信号转化成响声数据信号或是将外部音场中的声响讯号转换为信号的能量转换器件，习惯性上称之为超音波超声波换能器，或者超声波探头。超声波探头原材料是压电式结晶或压电陶瓷片，这类摄像头通称为压阻式超声波探头，运用压电材料的热电效应来运行的，其热电效应具备交叉性。逆热电效应是将高频率单脉冲转化成高频率机械设备震动，以造成超音波，可做为发送摄像头。正热电效应是将高频率振动分析转换成高频率脉冲电流，可接受超音波数据信号，做为接受摄像头。

超声波传感器的基本原理一般是雷达回波渡越時间法，即检验从超音波发送摄像头发送的超音波，经气体物质的散播，与其说碰到路障后造成雷达回波，并被超音波接受摄像头接受的时差△t，即渡越時间，求出声源处到路障的间距S，计算方法为：

S=v△t／2 （1）

式中v为某一溫度下的超声速。

2 、试验设备与控制措施

本工程科学研究的太阳能发电超音波导盲器从作用上分成太阳能发电供电系统、视频语音警报、测量范围设定、温度测量、主自动控制系统等五个控制模块，其基本原理方框图如图所示1所显示。

太阳能发电太阳能电池板固定不动在导盲器支撑架顶部，根据推动电源电路联接到充电电池的镍氢充电电池为导盲器给予5 V直流电源。超音波感应器和温度感应器固定不动在导盲器支撑架前面，各自接入到主控制回路上。应用时，先挑选测量范围，开启电源开关，温度感应器检验工作温度，并将检验到的溫度数据信号传递给单片机设计，单片机设计对超音波快速传播开展调整。在测量范围范畴内，当超音波数据信号碰到阻碍物时，数据信号被反射面回家，并被超音波感应器接受。数据信号发送到接受的时差与路障的地方相关，单片机设计根据剖析超音波发送到返还的时差，能够测算出阻碍物的间距，并实行警报程序流程，视频语音警报声能够根据耳机接线口接入到耳麦。

2．1 主模块

主模块主要是由单片机设计实现操纵，包含了超音波发送电源电路和超音波接受电源电路，因为要完成长距离精确测量，而超音波在空气中散播，其动能会随传递间距的增加而减少，从长距离散播回家的讯号非常弱，必须历经多级别数据信号变大。

2．1．1 超音波发送电源电路

发送电源电路主要是由反方向器74LS04和TCT40-1F超音波发送感应器组成，单片机设计P2．0端口号輸出的40 kHz波形数据信号一路经一级反方向器后送至超音波控制器的一个电级，另一路经二级反方向器后送至超音波控制器的另一个电级。輸出端选用2个反方向器串联，用于提升推动工作能力。下拉电阻器既能够增强反方向器74LS04輸出上拉电阻的推动工作能力，还可以提升超声换能器的减振实际效果，减少其自由振荡的時间。其工作原理如图所示2所显示。

2．1．2 超音波接受电源电路

超音波信号接收器选用与信号发射器般配对的TCT40-2S，将超音波调配单脉冲变换为40 kHz的电流数据信号。集成电路芯片CX20106A是一款红外线线检波接受的常用集成ic，内嵌外置放大仪、限幅放大仪、带通过滤器、检波器、积分器、整形电源电路等。在其中前置放大器具备增益控制操纵作用，可确保在超音波接受较远反射面数据信号而輸出很弱工作电压时，放大仪有较高的增益值，而在近距键入数据信号强时，放大仪不容易负载。充分考虑红外信号常见的载频頻率为38 kHz与激光测距的超声波频率40 kHz比较贴近，能够运用它制做超声检测接受电源电路，如图所示3所显示。运用CX20106A接受超音波，具备很高的精确度和极强的抗干扰性。

2．2 温度补偿控制模块

因为超音波归属于声波频率范畴，其波速v与气温相关，声波频率速率受气温干扰很大。其快速传播与溫度T的影响为：

提升温度感应器，检验设备运行时的溫度，将接受到的溫度信息内容传到单片机设计，对超声的速率开展温度补偿，能够校准超音波的快速传播，提升精确测量精准度。运用集成化温度感应器DS18B20和AT89S52单片机设计为行为主体，能够组成一个高精密的数据温度测量系统软件，其电源电路如图4所显示。DS18B20温度感应器，与传统的的温度传感器温度感应器不一样，它可以立即读取被测的溫度值，而且可依据具体规定，根据简洁的程序编写，完成9～12位的A／D变换。因此，应用DS18B20可让体系结构日趋简易，与此同时稳定性高些。

2．3 视频语音报警模块

一般导盲器的警报方法非常简单，或是是单一的无源蜂鸣器警报，或是仅有视频语音警报，二者都存有缺点。融合二种警报方法，设定无源蜂鸣器和语音识别芯片做为响声报警系统，使用人若采用语音识别芯片，系统软件可依据间距检测的結果视频语音给出阻碍物的间距，还可以依据必须挑选无源蜂鸣器立即警报。在近距方式中，可以用无源蜂鸣器的次数来表明间距的近远，远的过程中选用低次数的蜂鸣声，近的过程中选用頻率高的蜂鸣声，使用人还可以依据声声频率的多少迅速精确地分辨正前方路障的大概间距。在长距离方式中，选用视频语音警报方式来表明正前方路障的间距，视频语音报警模块选用的语音识别芯片是WT588D。

智能语音系统的基本原理方框图如图所示5所显示，分视频语音储存和语音播放两一部分。系统软件运用单片机设计开展数据收集，经解决变换为可分辨语音识别芯片播放视频哪段视频语音的分辨数据信号。随后推动耳麦播放视频响声数据信号，运用WT588D VoiceChip软件能够对语音识别芯片开展编写、响声入录等实际操作。

2．4 测量范围设定控制模块

本设备预置远距离、中距、近距离三个测量范围用于操纵警报的间距，系统软件原始警报间距为近距离1 m，按中距和远距离功能键可各自将原始警报间距设成3m和6m。

2．5 太阳能发电供电系统控制模块

根据光伏发电充电电池产生的直流电源推动系统软件，并以充电电池的镍氢充电电池做为存款太阳能发电发电量板的剩下电力工程的机器设备。太阳能发电供电系统控制模块由太阳能电池板、太阳能发电控制板、电瓶和DC-DC转化器等构成，如图所示6所显示。太阳能发电控制板能够操纵电瓶对光伏的搜集和存储的运行状态，并对电池具有保障功效，增加蓄电池使用使用寿命。

3、 计算机算法与试验效果剖析

3．1 计算机算法

本设备系统的操控关键为AT89S52单片机设计，单片机设计根据载入测量范围设定值和溫度值对原始设定情况开展改动，操纵发送超音波，与此同时运行计时器记时，为了更好地防止接受感应器立即接纳传出的超音波，可在发送超音波后设定一段延迟。当超音波探测仪检测到雷达回波时，记时器终止记时，载入时差，依据雷达回波激光测距基本原理测算出阻碍物间距，并实行警报程序流程，程序流程图如图所示7所显示。因为使用的是12 MHz的晶振电路，电子计数器每一个记数就是1μs，当源程序检验到接受完成的标志位后，将电子计数器T0中的数（即超音波往返常用的時间）按式（3）测算，就可以得被测物件与测距器中间的间距S，假定溫度为20℃，则相匹配波速v为344m／s，则有：

3．2 试验效果剖析

实验中采用一纸箱子做为阻碍物，将报警模块换为液晶显示屏器开展定量分析精确测量，不一样温度下到同一点部位精确测量五个值，加上温度补偿和测量范围挑选，获得如表1所显示結果。

从而能够看得出，本实验操作的相对偏差较小，可是因为盲点的发生，测定的效果无法与指标值彻底相同。而且当阻碍物间距非常近时，精确测量准确性较高；阻碍物较远时，准确性相对性较低；这也是因为间距较远时，超音波雷达回波数据信号较差，噪音很大，非常容易造成偏差。

4 、总结

现阶段导盲器的分析较多，本试验明确提出的方案设计特性是以太阳能发电做为系统软件的驱动力来源于，选用半导体材料数据温度感应器完成对单片机设计超声波传感器系统软件的温度检测和赔偿，进而对波速开展赔偿，对造成数据误差的要素开展调整解决，能够提升导盲器的导盲精密度及敏感度。因为预埋了单片机设计脚位，有利于开展作用扩展，与此同时导盲器系统软件以模块化设计进行拼装，适合提升别的程序模块。比如能够加上GPS定位仪，能够协助视障亲属立即掌握视障的行迹，防止视障失踪。并且本设计方案具备使用简单、容积较小等优势，因而能够非常好地运用于现实日常生活。

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