基于单片机的红外导盲系统设计
盲人是世界人数最多残疾人之一，他们只有60%感官来感受世界。当前导盲方法主要是依靠导盲杖来敲击路面从而判断前方是否有障碍物。但是这种方法无法告知盲人障碍物的具体方位和距离局限性很大。本课题以STC12C5A60S2单片机为控制核心，选用了基于PSD原理的红外测距传感器夏普GP2Y0A02YK0F。利用STC12C5A60S2单片机的ADC端口实时收集GP2Y0A02YK0F红外传感器的的模拟电压输出信号，并对收集到的数据进行平均滤波得到距离值再推算成电压值。如果推算出的电压值大于门限电压值的时候，发出语音播报。该系统能检测1.5m范围内的障碍物且精度较高。关键词 单片机，导盲，红外测距，AD转换
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内导盲技术研究现状 1
1.3 研究目标及内容 1
2 系统总体设计 2
2.1 整个系统组成框图 2
2.2 红外距离传感器的选择 3
2.3 主控器STC12C5A60S2单片机 5
2.4 BY830116P语音模块 6
3 硬件单元设计 8
3.1 STC12C5A60S2单片机最小工作系统设计 8
3.2 STC12C5A60S2单片机测距传感电路设计 10
4 软件单元设计 11
4.1 系统软件结构 11
4.2 BY830116P语音模块软件设计 12
4.3 STC12C5A60S2单片机控制系统软件设计 14
5 红外导盲系统的调试 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录A 基于单片机的红外导盲系统的电路图 24
附录B 基于单片机的红外导盲系统的PCB图 25
附录C 基于单片机的红外导盲系统的软件代码 26
1 绪论
1.1 研究背景
在中国，盲人的数量比我们想象的要多得多。目前中国有1350万人视力残疾，而且仍在继续增长。因此我国的盲人数量难以忽视。假如失 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
去光明，我们将会怎样？如果你在拥挤的街道上闭上眼睛，体验视力的丧失，你会发现整个世界似乎突然失去了安全感。即使你闭上眼睛，知道接下来的几步是平稳的，你仍然在颤抖，无法前进。你最多可以忍受10秒，但这却是众多视觉障碍者的日常生活。因此，一个研究制作出一个安全稳定的导盲系统是非常必要的[1]。众所周知，盲人由于各种各样的原因失去了视觉，但是，盲人的其他感官却比普通人发达，比如听听力和触感。因此，我们能够使盲人的听觉以及被牵动时的触感来引导盲人比如导盲犬。不过导盲犬的成本很高，而且开销也巨大，一般的盲人难以运用。而目前城市规划中盲道的运用也非常的稀少并且存在胡乱设计胡乱摆放的情况，导致使用导盲杖的盲人出门行十分的困难。
1.2 国内导盲技术研究现状
在导盲系统的历史里程中，科学家们起初从室内的研究，开始电子辅助导盲仪器的探索研究。但是，在当时的情况下科学家们并没有针对具体的应用，而是对室内结环境感应基本技术的初步研究，所以国外的研究机构从早期研究得到很多重要的信息。目前，导盲辅具仪器大致可分为以下3大类：
1 手杖类导盲辅具
盲人最常用的导盲工具就是导盲杖。因为盲人在出行和生活中有许多的不便，所以盲人在日常生活中面临巨大的挑战。正也正是导盲杖的设计简约方便，所以广受盲人们的欢迎。
2010年底，东京科学家发明了一种新型的电子导杆，这种类型的电子导杖，配备了三个超声波传感器，能够探测到周围两米范围内的障碍物。
2. 穿戴式导盲辅具
美国的大学机器人实验室肖瓦尔避障系统的避障系统设计（OAS）带出的是基于移动设备开发出的腰带是电子导盲辅具，这种电子导航辅具实际上使用时可以分为两种模式一种是牵引模式，一种是全景模式。牵引模式是引导盲人毫发无伤的绕过障碍 物，而全景是通过超声波描来绘出附近的周围景象，从而告诉盲人附近障碍物的大小远近等等，让盲人判别出周围环境的实际情况。
3. 移动式导盲辅具
日本的一所大学研制出了一种智能的手推车，这款手推车高1.2米，重65公斤，,配备有配备了视觉传感器声音传感器红外传感器等等感应器，他可以牵引盲人穿过马路,，可以识别周围的环境,并且能够辨认出斑马线,红绿灯，一旦遇到问题，小车会立即与种植中心取得联系，并且原地待命。
就目前而言国内的电子导航辅助系统还是落后于国外，国内的导盲研究重点基本是在导盲杖和路面，比如北理工研究出的电子导盲杖，但是在电子导航智能化系统等方面还是非常的不足[2]。
1.3 研究目标及内容
本课题的主要任务是基于单片机的红外导盲系统的设计。本系统利用STC单片机采集探测三个方向上的红外传感器的测量输出值，经过滤波后得到距离值再推算成电压值，如果推算出的电压值大于门限电压值的时候，发出语音播报。该系统的红外传感器采用的是 PSD 三角测量原理，不易受外界因素干扰，而且测量十分精准。该系统非常的精简有效，是盲人的好助手。
本课题主要研究内容如下：
红外距离传感器和单片机的选择
红外导盲系统的硬件设计
红外导盲系统的软件设计
2 系统总体设计
2.1 整个系统组成框图
系统组成框图如图2.1所示。系统利用STC单片机采集探测三个方向上的红外传感器的测量输出值，经过滤波后得到距离值再推算成电压值，如果推算出的电压值大于门限电压值的时候，发出语音播报。该系统十分精准，并且便于携带。
图2.1 系统组成框图
2.2 红外距离传感器的选择
在综合考虑各类传感器特点与价格后，本课题决定使用日本的sharp公司生产的GP2Y0A02YK0F测距传感器。选择其原因有以下几点：
1、该传感器结构如图2.2所示。它集成了红外光发射器、信号处理电路、灵敏检测元件、输出电路等。输出与测量距离成比例的模拟电压，并且光电式传感器具有较高的响应频率[3]；
图2.2 红外传感器内部结构图
2、其体积很小、功耗非常低、价格十分便宜，并且测距效果较好；
3、它采用了PSD测量法，精度非常高；
4、其测距范围为 20150cm，适用于本课题设计[4]；
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内导盲技术研究现状 1
1.3 研究目标及内容 1
2 系统总体设计 2
2.1 整个系统组成框图 2
2.2 红外距离传感器的选择 3
2.3 主控器STC12C5A60S2单片机 5
2.4 BY830116P语音模块 6
3 硬件单元设计 8
3.1 STC12C5A60S2单片机最小工作系统设计 8
3.2 STC12C5A60S2单片机测距传感电路设计 10
4 软件单元设计 11
4.1 系统软件结构 11
4.2 BY830116P语音模块软件设计 12
4.3 STC12C5A60S2单片机控制系统软件设计 14
5 红外导盲系统的调试 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录A 基于单片机的红外导盲系统的电路图 24
附录B 基于单片机的红外导盲系统的PCB图 25
附录C 基于单片机的红外导盲系统的软件代码 26
1 绪论
1.1 研究背景
在中国，盲人的数量比我们想象的要多得多。目前中国有1350万人视力残疾，而且仍在继续增长。因此我国的盲人数量难以忽视。假如失 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
去光明，我们将会怎样？如果你在拥挤的街道上闭上眼睛，体验视力的丧失，你会发现整个世界似乎突然失去了安全感。即使你闭上眼睛，知道接下来的几步是平稳的，你仍然在颤抖，无法前进。你最多可以忍受10秒，但这却是众多视觉障碍者的日常生活。因此，一个研究制作出一个安全稳定的导盲系统是非常必要的[1]。众所周知，盲人由于各种各样的原因失去了视觉，但是，盲人的其他感官却比普通人发达，比如听听力和触感。因此，我们能够使盲人的听觉以及被牵动时的触感来引导盲人比如导盲犬。不过导盲犬的成本很高，而且开销也巨大，一般的盲人难以运用。而目前城市规划中盲道的运用也非常的稀少并且存在胡乱设计胡乱摆放的情况，导致使用导盲杖的盲人出门行十分的困难。
1.2 国内导盲技术研究现状
在导盲系统的历史里程中，科学家们起初从室内的研究，开始电子辅助导盲仪器的探索研究。但是，在当时的情况下科学家们并没有针对具体的应用，而是对室内结环境感应基本技术的初步研究，所以国外的研究机构从早期研究得到很多重要的信息。目前，导盲辅具仪器大致可分为以下3大类：
1 手杖类导盲辅具
盲人最常用的导盲工具就是导盲杖。因为盲人在出行和生活中有许多的不便，所以盲人在日常生活中面临巨大的挑战。正也正是导盲杖的设计简约方便，所以广受盲人们的欢迎。
2010年底，东京科学家发明了一种新型的电子导杆，这种类型的电子导杖，配备了三个超声波传感器，能够探测到周围两米范围内的障碍物。
2. 穿戴式导盲辅具
美国的大学机器人实验室肖瓦尔避障系统的避障系统设计（OAS）带出的是基于移动设备开发出的腰带是电子导盲辅具，这种电子导航辅具实际上使用时可以分为两种模式一种是牵引模式，一种是全景模式。牵引模式是引导盲人毫发无伤的绕过障碍 物，而全景是通过超声波描来绘出附近的周围景象，从而告诉盲人附近障碍物的大小远近等等，让盲人判别出周围环境的实际情况。
3. 移动式导盲辅具
日本的一所大学研制出了一种智能的手推车，这款手推车高1.2米，重65公斤，,配备有配备了视觉传感器声音传感器红外传感器等等感应器，他可以牵引盲人穿过马路,，可以识别周围的环境,并且能够辨认出斑马线,红绿灯，一旦遇到问题，小车会立即与种植中心取得联系，并且原地待命。
就目前而言国内的电子导航辅助系统还是落后于国外，国内的导盲研究重点基本是在导盲杖和路面，比如北理工研究出的电子导盲杖，但是在电子导航智能化系统等方面还是非常的不足[2]。
1.3 研究目标及内容
本课题的主要任务是基于单片机的红外导盲系统的设计。本系统利用STC单片机采集探测三个方向上的红外传感器的测量输出值，经过滤波后得到距离值再推算成电压值，如果推算出的电压值大于门限电压值的时候，发出语音播报。该系统的红外传感器采用的是 PSD 三角测量原理，不易受外界因素干扰，而且测量十分精准。该系统非常的精简有效，是盲人的好助手。
本课题主要研究内容如下：
红外距离传感器和单片机的选择
红外导盲系统的硬件设计
红外导盲系统的软件设计
2 系统总体设计
2.1 整个系统组成框图
系统组成框图如图2.1所示。系统利用STC单片机采集探测三个方向上的红外传感器的测量输出值，经过滤波后得到距离值再推算成电压值，如果推算出的电压值大于门限电压值的时候，发出语音播报。该系统十分精准，并且便于携带。
图2.1 系统组成框图
2.2 红外距离传感器的选择
在综合考虑各类传感器特点与价格后，本课题决定使用日本的sharp公司生产的GP2Y0A02YK0F测距传感器。选择其原因有以下几点：
1、该传感器结构如图2.2所示。它集成了红外光发射器、信号处理电路、灵敏检测元件、输出电路等。输出与测量距离成比例的模拟电压，并且光电式传感器具有较高的响应频率[3]；
图2.2 红外传感器内部结构图
2、其体积很小、功耗非常低、价格十分便宜，并且测距效果较好；
3、它采用了PSD测量法，精度非常高；
4、其测距范围为 20150cm，适用于本课题设计[4]；
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