单片机的智能手杖设计(附件)【字数：9484】
The Design of the Intelligent Walking Stick Based on Single Chip Microcomputer摘 要The Design of the Intelligent Walking Stick Based on Single Chip Microcomputer摘 要当今社会日新月异，发展的潮流使得日常生活中的工具不断更迭，也越来越人性化、智能化。为了更好地为人类服务，几乎一切智能的技术产品，都会使用到定位。其中，超声波便是应用最为广泛的一门技术。比如汽车导航系统、距离探测仪器设备以及物体位置测量产品等等。这些产品的诞生，都是得益于超声波的性能——指向性能——具有强势的优点，且在使用过程中，它的能量消耗是十分缓慢、不会对结果造成剧烈影响的，也就因此，超声波测量距离这门技术的研究和开发具有十分重要的现实意义。本次毕业设计的研究内容是为盲人设计一款智能手杖（拐杖），在他们行走的过程当中，如果前方有障碍物，该手杖将会发出报警，从而让盲人能够自行避开障碍物，同时也能够减少悲剧的发生，消除很多安全隐患。这款手杖的系统主要是基于单片机的超声波测距系统，利用初中的基础物理知识，以及超声波在空气中传播，遇到障碍物后会反射回来的原理，计算出相应的时间差来计算距离物体的近似距离，将得出的距离进行显示并报警。该系统主要会分为以下几个模块超声波测距系统，即超声波发射单元和超声波接收单元；距离显示模块（供测试者使用）；声音报警模块等。其中，声音报警方面能够有效地为盲人提供信息，从而可以保护盲人的安全。关键词超声波测距；单片机；智能手杖
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 设计的目的与意义 1
1.3 国内外现状 2
1.4 设计主要研究内容 3
1.5 本章小结 3
第二章 系统总体设计方案 4
2.1 系统所需实现的功能 4
2.1.1 测距功能 4
2.1.2 实时显示探测距离 4
2.1.3 智能报警 4
2.2超声波测距原理 4
2.3 硬件设计思路 5
2.4 软件设计思路 6
2.5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
本章小结 6
第三章 基于单片机的智能手杖设计之硬件系统设计 7
3.1 单片机概述 7
3.1.1 AT89C52单片机部分引脚功能介绍 7
3.1.2 单片机最小系统 8
3.2 超声波模块 9
3.2.1 HCSR04产品特点 9
3.2.2 HCSR04产品实物图 10
3.2.3 HCSR04超声波时序图 11
3.2.4 HCSR04仿真 11
3.3 显示模块 12
3.3.1 1602型液晶显示屏接口 12
3.3.2 1602型液晶显示屏设置 13
3.3.2.1 数据指针设置 13
3.3.2.2 其他设置 13
3.3.2.3 初始化设置 13
3.3.2.3.1 显示模式设置 13
3.3.2.3.2 显示开/关及光标设置 13
3.3.3 1602液晶显示屏硬件仿真图 14
3.4 报警模块 15
3.5 本章小结 15
第四章 基于单片机的智能手杖设计之软件系统设计 16
4.1 软件设计语言 16
4.2 主程序设计 16
4.3 超声波模块设计 17
4.4 定时器中断设计 18
4.5 显示模块设计 21
4.6 报警模块 22
4.7 本章小结 23
第五章 智能手杖电路仿真结果 24
5.1 仿真结果之不报警 24
5.2 仿真结果之间断性报警 25
5.3 仿真结果之间断性报警 26
5.4 本章小结 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 概述
从世界卫生组织2010年调研所给出的数据中可以看到，中国盲人的数量为824.8万，而低视力的人群数量更是多达八倍以上，大约为6727.4万人，同时，我国在视力上带有残疾的人数则是两者的总和，达到7551.2万。那么，按照这个趋势下去，我国目前的盲人数量估计可能超过1300万，换一句话说，每一百个人里面，就差不多存在一个盲人。
而现在，随着现代机械化水平地不断提升，人们生活的节奏也变得越来越快，这对于盲人、视障人士来说，无疑是雪上加霜。由于先天或后天的原因，他们失去了光明，现在不但无法享受常人的生活，还时时刻刻遭到别人的侧目，有时候甚至会被为普通人提供方便的现代工具而夺去生命。而且，现实生活里面，他们也只是在使用普通的拐杖进行指引，但这就仅仅是一个普通的木棒，根本无法进行探测远方存在的障碍物，更不可能指导盲人规避风险[1]。故此，如果能够有一款能够及时指引盲人的工具，虽说不能让他们尽如常人，但也不至于太过被动。因而，智能手杖便应运而生了。
正如前文提及的，这款手杖是用来帮助盲人的，至少要实现在行走上的帮助。在智能手杖中，将采用超声波测距方法。这是因为声速远远低于光速，这就使得超声波的传播距离更加容易被检测，加上超声波可以定向发射，强度之类的也可以人为操控[2]。而且，超声波传感器还具有结构简单、体积小、费用低等一系列惹人垂涎的特点[3]。所以，选择超声波作为测距手段是再好不过的。通过超声波测距，智能手杖便可以检测使用者前方是否存在着障碍物，从而为他们发出最为有效的信号，帮助他们摆脱即将发生的危险情况。
1.2 设计的目的与意义
在这个科技实力迅猛增长的当今社会中，人们最为关注的健康问题也越来越被重视。各种养生、医疗、健身等等行业迅速崛起，为如今便利安全的生活作出了不可忽视的关键作用。然而，随着医疗技术水平、生活水平的不断提高，人类老年化的走势趋向也变得日益显著，换句话来说就是老年人的数量日益增多，甚至在部分国家，老年人竟成为了主力军。这些人由于视力衰退、运动技能退化、判断思考能力迟钝，在一定程度上也就加大了隐藏性的风险程度。为了关爱这些老人，共创社会主义和谐社会，使他们真正成为社会中的一分子，顺理成章地就导致了智能手杖被提上了议事日程。为了这些人的生活方便，也为了让这些人能够更加自信地生活，更是为了社会的健康、和谐、稳定、发展、繁荣，给盲人使用的智能手杖的研究也就日益多起来了。同时，因为技术的不断提高，人们对于智能软件的呼声也日趋增强。也就因此，尽早地研制并且开发出一款长寿耐用型、人机交互友好型的智能手杖，为这些大量存在着的视力模糊的老年人提供诸如出行、报时等等日常生活中不可缺少的服务，这对于丰富视障人士的闲暇生活、改善他们的生活质量、保证社会能够稳步向前进展来说，无疑是具有十分重要的作用的[4]。
1.3 国内外现状
经过前文的一些粗浅介绍，相信大家都已经了解到帮助老年人，尤其是那些行走不便、视力不好的甚至是丧失视力的老年人的日常出行，早已成为了国内外的研究热点。他们有的研究帮助工具，甚至还有些去研究复明手术的。当然，为与本次设计课题相关，此处仅仅讨论与智能手杖相关的方面。其实，智能手杖这一惠及大众的技术早在海外国家，尤其是那些发达国家，比如美国、日本、韩国等，已取得了相当丰硕可观的研究成果。美国的Dubowsky科学团队所研究开发的Smart Cane，在这款手杖上就安装有好几个模块，比如：计算距离模块、导航模块以及规避障碍物等模块[4]，这无疑就是一款瘦长型的汽车导航工具。除此之外，它还会通过各种传感器去检测使用者的状况，这样子就可以实时得知使用者的当时位置、身体状况，也就能够去接受用户根据自己的需求所发出的一些指令。更进一步地，手杖还通过麦克风和喇叭与触摸手柄力矩传感器感知用户是否正在行走，加上服务器中所存储的导航地图、以及使用者的用户命令，能够更好地实现用户的需求，更加做到了人性化。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 设计的目的与意义 1
1.3 国内外现状 2
1.4 设计主要研究内容 3
1.5 本章小结 3
第二章 系统总体设计方案 4
2.1 系统所需实现的功能 4
2.1.1 测距功能 4
2.1.2 实时显示探测距离 4
2.1.3 智能报警 4
2.2超声波测距原理 4
2.3 硬件设计思路 5
2.4 软件设计思路 6
2.5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
本章小结 6
第三章 基于单片机的智能手杖设计之硬件系统设计 7
3.1 单片机概述 7
3.1.1 AT89C52单片机部分引脚功能介绍 7
3.1.2 单片机最小系统 8
3.2 超声波模块 9
3.2.1 HCSR04产品特点 9
3.2.2 HCSR04产品实物图 10
3.2.3 HCSR04超声波时序图 11
3.2.4 HCSR04仿真 11
3.3 显示模块 12
3.3.1 1602型液晶显示屏接口 12
3.3.2 1602型液晶显示屏设置 13
3.3.2.1 数据指针设置 13
3.3.2.2 其他设置 13
3.3.2.3 初始化设置 13
3.3.2.3.1 显示模式设置 13
3.3.2.3.2 显示开/关及光标设置 13
3.3.3 1602液晶显示屏硬件仿真图 14
3.4 报警模块 15
3.5 本章小结 15
第四章 基于单片机的智能手杖设计之软件系统设计 16
4.1 软件设计语言 16
4.2 主程序设计 16
4.3 超声波模块设计 17
4.4 定时器中断设计 18
4.5 显示模块设计 21
4.6 报警模块 22
4.7 本章小结 23
第五章 智能手杖电路仿真结果 24
5.1 仿真结果之不报警 24
5.2 仿真结果之间断性报警 25
5.3 仿真结果之间断性报警 26
5.4 本章小结 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 概述
从世界卫生组织2010年调研所给出的数据中可以看到，中国盲人的数量为824.8万，而低视力的人群数量更是多达八倍以上，大约为6727.4万人，同时，我国在视力上带有残疾的人数则是两者的总和，达到7551.2万。那么，按照这个趋势下去，我国目前的盲人数量估计可能超过1300万，换一句话说，每一百个人里面，就差不多存在一个盲人。
而现在，随着现代机械化水平地不断提升，人们生活的节奏也变得越来越快，这对于盲人、视障人士来说，无疑是雪上加霜。由于先天或后天的原因，他们失去了光明，现在不但无法享受常人的生活，还时时刻刻遭到别人的侧目，有时候甚至会被为普通人提供方便的现代工具而夺去生命。而且，现实生活里面，他们也只是在使用普通的拐杖进行指引，但这就仅仅是一个普通的木棒，根本无法进行探测远方存在的障碍物，更不可能指导盲人规避风险[1]。故此，如果能够有一款能够及时指引盲人的工具，虽说不能让他们尽如常人，但也不至于太过被动。因而，智能手杖便应运而生了。
正如前文提及的，这款手杖是用来帮助盲人的，至少要实现在行走上的帮助。在智能手杖中，将采用超声波测距方法。这是因为声速远远低于光速，这就使得超声波的传播距离更加容易被检测，加上超声波可以定向发射，强度之类的也可以人为操控[2]。而且，超声波传感器还具有结构简单、体积小、费用低等一系列惹人垂涎的特点[3]。所以，选择超声波作为测距手段是再好不过的。通过超声波测距，智能手杖便可以检测使用者前方是否存在着障碍物，从而为他们发出最为有效的信号，帮助他们摆脱即将发生的危险情况。
1.2 设计的目的与意义
在这个科技实力迅猛增长的当今社会中，人们最为关注的健康问题也越来越被重视。各种养生、医疗、健身等等行业迅速崛起，为如今便利安全的生活作出了不可忽视的关键作用。然而，随着医疗技术水平、生活水平的不断提高，人类老年化的走势趋向也变得日益显著，换句话来说就是老年人的数量日益增多，甚至在部分国家，老年人竟成为了主力军。这些人由于视力衰退、运动技能退化、判断思考能力迟钝，在一定程度上也就加大了隐藏性的风险程度。为了关爱这些老人，共创社会主义和谐社会，使他们真正成为社会中的一分子，顺理成章地就导致了智能手杖被提上了议事日程。为了这些人的生活方便，也为了让这些人能够更加自信地生活，更是为了社会的健康、和谐、稳定、发展、繁荣，给盲人使用的智能手杖的研究也就日益多起来了。同时，因为技术的不断提高，人们对于智能软件的呼声也日趋增强。也就因此，尽早地研制并且开发出一款长寿耐用型、人机交互友好型的智能手杖，为这些大量存在着的视力模糊的老年人提供诸如出行、报时等等日常生活中不可缺少的服务，这对于丰富视障人士的闲暇生活、改善他们的生活质量、保证社会能够稳步向前进展来说，无疑是具有十分重要的作用的[4]。
1.3 国内外现状
经过前文的一些粗浅介绍，相信大家都已经了解到帮助老年人，尤其是那些行走不便、视力不好的甚至是丧失视力的老年人的日常出行，早已成为了国内外的研究热点。他们有的研究帮助工具，甚至还有些去研究复明手术的。当然，为与本次设计课题相关，此处仅仅讨论与智能手杖相关的方面。其实，智能手杖这一惠及大众的技术早在海外国家，尤其是那些发达国家，比如美国、日本、韩国等，已取得了相当丰硕可观的研究成果。美国的Dubowsky科学团队所研究开发的Smart Cane，在这款手杖上就安装有好几个模块，比如：计算距离模块、导航模块以及规避障碍物等模块[4]，这无疑就是一款瘦长型的汽车导航工具。除此之外，它还会通过各种传感器去检测使用者的状况，这样子就可以实时得知使用者的当时位置、身体状况，也就能够去接受用户根据自己的需求所发出的一些指令。更进一步地，手杖还通过麦克风和喇叭与触摸手柄力矩传感器感知用户是否正在行走，加上服务器中所存储的导航地图、以及使用者的用户命令，能够更好地实现用户的需求，更加做到了人性化。
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