单片机的红外导盲系统设计(附件)
盲人在行走引导方面有很大的难度，当前导盲方法主要是依靠拐杖敲击路面来判断前面是不是有可行的路线，这种方法效率不高，且有一定的局限性，不能告知盲人身边障碍物的大概位置和距离障碍物的距离。 本课题采用红外测距式导盲方法，通过Atmega8单片机采集红外测距传感器的信号，判断出使用者周围障碍物的方位和距离，通过语音芯片发出报警提示信息，具有设计简便小巧，稳定可靠等特点。系统采用了基于三角测量原理的GP2Y0A02YK0F红外传感器，利用三角关系，通过几何关系计算出障碍物与使用者之间的距离，精确度高，受环境影响较小。关键词 Atmega8单片机，红外测距传感器，语音芯片目录
1 引言 1
1.1 研究现状和实用意义 1
1.2 主要研究内容 1
2 总体方案 1
2.1系统组成框图 1
2.2设计要求及设计原理 2
3 系统硬件设计 2
3.1 单片机主控模块 2
3.2 测距传感器模块 9
3.3语音提示模块 11
4 系统软件设计 12
4.1 系统软件流程图 12
4.2软件编译 13
4.3硬件联调 14
结论 16
参考文献 18
附录1 19
附录2 20
1 引言
1.1 研究现状和实用意义
根据中国统计局的统计，我国是世界上视力缺陷人数最多的国家，占了世界视力缺陷总人数的18%，随着社会的发展，社会愈来愈关心盲人的出行问题。视力缺陷人群是社会中主要的弱势群体，他们要面对更多的困难和不便。近些年来，社会和政府越来越关注这一类弱势群体，随着我们生活水平的提高，我们的生活更加丰富多彩，一部分视觉缺陷人士和视觉障碍群体对导盲杖的可靠性和智能化要求也在不断的提升。
毫无疑问，实用而且方便的导盲仪器是视力缺陷人士的基本要求。当前市场上的导盲杖在形状设计上基本一致，性能也几乎相同，不能很好的处理盲人在现实生活中所遇到的突发问题。随着科技水平的不断发展，导盲杖的功能也应该更加贴切生活，使得视力障碍人士有更好的独自出行能力。因此，导盲杖研发者首先要解决的是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的生活更加丰富多彩，一部分视觉缺陷人士和视觉障碍群体对导盲杖的可靠性和智能化要求也在不断的提升。
毫无疑问，实用而且方便的导盲仪器是视力缺陷人士的基本要求。当前市场上的导盲杖在形状设计上基本一致，性能也几乎相同，不能很好的处理盲人在现实生活中所遇到的突发问题。随着科技水平的不断发展，导盲杖的功能也应该更加贴切生活，使得视力障碍人士有更好的独自出行能力。因此，导盲杖研发者首先要解决的是对障碍物的精准定位和道路状况分析问题，导盲杖的发出的语音提示和测距精确度也是本次设计要解决的重要问题。
红外传感技术在最近几年得到了迅猛发展，渗透到众多领域。最明显的莫过于机器人领域。红外传感器在机器人上的作用相当于人眼的功能，利用的红外测距传感器发射出一束红外光，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收信号，然后利用图像处理接收发射与接收的时间差的数据。经信号处理器处理后计算出物体的距离。这不仅可以使用于自然表面，也可用于加反射板。测量距离远，很高的频率响应，适合于恶劣的工业环境中。
1.2 主要研究内容
本课题主要是根据毕业设计任务书的设计要求，目标是完成一套盲人红外导盲仪，领导他们安全通过障碍物，为他们的日常生活提供便利。导盲系统选用ATmega8单片机为控制核心，采用基于PSD原理的红外测距传感器GP2Y0A02YK0F。单片机利用ADC端口实时采集测距传感器的模拟输出信号，并对采集到的数据进行滑动平均滤波，以消除噪声干扰。最后单片机将得到的距离值与门限值进行对比，并控制语音播报电路反馈距离提示消息。
2 总体方案
2.1系统组成框图
在该系统中，利用单片机控制红外测距传感器测量障碍物与盲人的距离，并发出语音提示信息。共分为三大组成部分，控制核心ATmega8单片机，红外测距传感器GP2Y0A02YK0F，语音芯片ISD4004，系统组成框图如图2.1所示。
图2.1 系统组成框图
2.2设计要求及设计原理
系统采用ATmega8单片机为控制核心，选用基于PSD原理的红外测距传感器GP2Y0A02YK0F。单片机利用ADC端口实时采集测距传感器的模拟输出信号，并对采集到的数据进行滑动平均滤波，以消除噪声干扰。单片机将得到的距离值与门限值进行比较，并控制语音播报电路发出距离提示信息。
3 系统硬件设计
3.1 单片机主控模块
3.1 .1 ATmega8单片机介绍
ATmega8单片机是AVR系列单片机的高端产品，具有高性能低功耗的特点，并采用了先进的RISC精简指令集结构，内置8个通道的AD采样接口，为很多嵌入式管理使用中供应了机动而低成本的解决方案，所以非常适合本课题的设计要求。
1 AVR单片机介绍
AVR单片机拥有非常高的性能，产品引脚较少，同时又含有大容量保存的配置。AVR单片机采用程序存储器和数据存储器分开的哈弗结构，主要有3个档次：低档Tiny系列AVR单片机、中档AT90S系列AVR单片机、高档ATmega8系列AVR单片机。AVR单片机的内核如图3.1所示。
图3.1 AVR单片机的内核图
AVR选用流水线式技术，简化CPU指令的功能，从而减少指令的平均执行时间，从而提高CPU的性能和速度。在前一条指令实行的期间，就得到现行的指令，随即以一个周期执行指令，加快了CPU的执行速度。AVR单片机采用了大型快速存取寄存器文件和快速单周期指令。系统还选用了通用快速寄存器组的布局，大批行驶寄存器之间的运行，简化了CPU中央处理器、控制器和别的功效单位的计划。AVR系列单片机拥有齐全的配置，可以适用于多种类型。AVR单片机的抗干扰能力强，内设多，工业设备上多被采用。
2 ATmega8介绍
ATmega8采用了小引脚封装,致使相应的价格较低，并且AVR单片机具有系统内可编程特性，从而不需要购置代价昂贵的仿真器和编程器同样能够进行单片机嵌入式系统的设计和开发。
首先简介Atmega8单片机引脚的功能作用
1、VCC（7脚）—（数字）电源；
2、GND（8、22脚）—地；
3、AVCC（引脚20）—ADC转换模块电源。AVCC引脚应通过低通滤波器接到VCC上；当PC0—PC3不使用ADC时，该引脚应直接衔接到VCC上。
4、AREF（21脚）—ADC转换模块参考电源输入端；
5、PB7（引脚10），PB6（引脚9），PB5（引脚19），PB4（引脚18），PB3（引脚17），PB2（引脚16），PB1（引脚15）和PB0（引脚14）——B端口8位。B端口是一个8位的双向I/O口，任何引脚都有上拉电阻。而且输出缓冲器具备一个双向电流驱动能力和输出缓冲区。可以直接驱动发光二极管。
3.1.2 Atmega8最小系统
1 引言 1
1.1 研究现状和实用意义 1
1.2 主要研究内容 1
2 总体方案 1
2.1系统组成框图 1
2.2设计要求及设计原理 2
3 系统硬件设计 2
3.1 单片机主控模块 2
3.2 测距传感器模块 9
3.3语音提示模块 11
4 系统软件设计 12
4.1 系统软件流程图 12
4.2软件编译 13
4.3硬件联调 14
结论 16
参考文献 18
附录1 19
附录2 20
1 引言
1.1 研究现状和实用意义
根据中国统计局的统计，我国是世界上视力缺陷人数最多的国家，占了世界视力缺陷总人数的18%，随着社会的发展，社会愈来愈关心盲人的出行问题。视力缺陷人群是社会中主要的弱势群体，他们要面对更多的困难和不便。近些年来，社会和政府越来越关注这一类弱势群体，随着我们生活水平的提高，我们的生活更加丰富多彩，一部分视觉缺陷人士和视觉障碍群体对导盲杖的可靠性和智能化要求也在不断的提升。
毫无疑问，实用而且方便的导盲仪器是视力缺陷人士的基本要求。当前市场上的导盲杖在形状设计上基本一致，性能也几乎相同，不能很好的处理盲人在现实生活中所遇到的突发问题。随着科技水平的不断发展，导盲杖的功能也应该更加贴切生活，使得视力障碍人士有更好的独自出行能力。因此，导盲杖研发者首先要解决的是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的生活更加丰富多彩，一部分视觉缺陷人士和视觉障碍群体对导盲杖的可靠性和智能化要求也在不断的提升。
毫无疑问，实用而且方便的导盲仪器是视力缺陷人士的基本要求。当前市场上的导盲杖在形状设计上基本一致，性能也几乎相同，不能很好的处理盲人在现实生活中所遇到的突发问题。随着科技水平的不断发展，导盲杖的功能也应该更加贴切生活，使得视力障碍人士有更好的独自出行能力。因此，导盲杖研发者首先要解决的是对障碍物的精准定位和道路状况分析问题，导盲杖的发出的语音提示和测距精确度也是本次设计要解决的重要问题。
红外传感技术在最近几年得到了迅猛发展，渗透到众多领域。最明显的莫过于机器人领域。红外传感器在机器人上的作用相当于人眼的功能，利用的红外测距传感器发射出一束红外光，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收信号，然后利用图像处理接收发射与接收的时间差的数据。经信号处理器处理后计算出物体的距离。这不仅可以使用于自然表面，也可用于加反射板。测量距离远，很高的频率响应，适合于恶劣的工业环境中。
1.2 主要研究内容
本课题主要是根据毕业设计任务书的设计要求，目标是完成一套盲人红外导盲仪，领导他们安全通过障碍物，为他们的日常生活提供便利。导盲系统选用ATmega8单片机为控制核心，采用基于PSD原理的红外测距传感器GP2Y0A02YK0F。单片机利用ADC端口实时采集测距传感器的模拟输出信号，并对采集到的数据进行滑动平均滤波，以消除噪声干扰。最后单片机将得到的距离值与门限值进行对比，并控制语音播报电路反馈距离提示消息。
2 总体方案
2.1系统组成框图
在该系统中，利用单片机控制红外测距传感器测量障碍物与盲人的距离，并发出语音提示信息。共分为三大组成部分，控制核心ATmega8单片机，红外测距传感器GP2Y0A02YK0F，语音芯片ISD4004，系统组成框图如图2.1所示。
图2.1 系统组成框图
2.2设计要求及设计原理
系统采用ATmega8单片机为控制核心，选用基于PSD原理的红外测距传感器GP2Y0A02YK0F。单片机利用ADC端口实时采集测距传感器的模拟输出信号，并对采集到的数据进行滑动平均滤波，以消除噪声干扰。单片机将得到的距离值与门限值进行比较，并控制语音播报电路发出距离提示信息。
3 系统硬件设计
3.1 单片机主控模块
3.1 .1 ATmega8单片机介绍
ATmega8单片机是AVR系列单片机的高端产品，具有高性能低功耗的特点，并采用了先进的RISC精简指令集结构，内置8个通道的AD采样接口，为很多嵌入式管理使用中供应了机动而低成本的解决方案，所以非常适合本课题的设计要求。
1 AVR单片机介绍
AVR单片机拥有非常高的性能，产品引脚较少，同时又含有大容量保存的配置。AVR单片机采用程序存储器和数据存储器分开的哈弗结构，主要有3个档次：低档Tiny系列AVR单片机、中档AT90S系列AVR单片机、高档ATmega8系列AVR单片机。AVR单片机的内核如图3.1所示。
图3.1 AVR单片机的内核图
AVR选用流水线式技术，简化CPU指令的功能，从而减少指令的平均执行时间，从而提高CPU的性能和速度。在前一条指令实行的期间，就得到现行的指令，随即以一个周期执行指令，加快了CPU的执行速度。AVR单片机采用了大型快速存取寄存器文件和快速单周期指令。系统还选用了通用快速寄存器组的布局，大批行驶寄存器之间的运行，简化了CPU中央处理器、控制器和别的功效单位的计划。AVR系列单片机拥有齐全的配置，可以适用于多种类型。AVR单片机的抗干扰能力强，内设多，工业设备上多被采用。
2 ATmega8介绍
ATmega8采用了小引脚封装,致使相应的价格较低，并且AVR单片机具有系统内可编程特性，从而不需要购置代价昂贵的仿真器和编程器同样能够进行单片机嵌入式系统的设计和开发。
首先简介Atmega8单片机引脚的功能作用
1、VCC（7脚）—（数字）电源；
2、GND（8、22脚）—地；
3、AVCC（引脚20）—ADC转换模块电源。AVCC引脚应通过低通滤波器接到VCC上；当PC0—PC3不使用ADC时，该引脚应直接衔接到VCC上。
4、AREF（21脚）—ADC转换模块参考电源输入端；
5、PB7（引脚10），PB6（引脚9），PB5（引脚19），PB4（引脚18），PB3（引脚17），PB2（引脚16），PB1（引脚15）和PB0（引脚14）——B端口8位。B端口是一个8位的双向I/O口，任何引脚都有上拉电阻。而且输出缓冲器具备一个双向电流驱动能力和输出缓冲区。可以直接驱动发光二极管。
3.1.2 Atmega8最小系统
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