盲人防撞导路棒的设计硬件部分
目 录
1 绪论 1
1.1设计的目的和意义 1
1.2 盲人避障技术概述 2
1.3超声波概述 2
2 方案论证 3
2．1设计要求 3
2.2硬件设计 3
3 硬件设计 4
3.1 总体硬件框图 4
3.2 系统各个模块设计 5
4 硬件调试与结果分析 18
4.1 测距原理 18
4.2 元件安装焊接 19
4.3 仿真调试部分 20
结论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
附录A：原理图 27
附录B：仿真图 28
1 绪论
1.1设计的目的和意义
随着信息化和数字化的发展,当今社会上的人们的生活变得越来越便利，越来越多姿多彩了。但是社会上还有一种人群我们不能忽视,多姿多彩的生活，美丽的事物，形形色色的事物与他们无缘,这种人群就是盲人。我们都知道一句话，眼睛是心灵的窗户。但这些失去了“心灵的窗口”的盲人，无论是在生活中还是在心理上，他们也很痛苦。他们的生活娱乐存在着太多的不便了,尤其是在外出和与人交往沟通的过程中遭遇的困难就特别突出。目前，在市场上的导盲工具主要还是导盲犬?,导盲犬大多都要带着颈圈或导盲牵引带，导致它们受到很大的约束；虽然它们学会了“前进”、“停止”、“来”等口令，当遇到前方有障碍物时，会引导它的主人停下来避免发生危险。但是，一只导盲犬的训练时间为18个月，3000000至25000美元的代价，普通用户如何能承受如此高的价格,所以本文设计了一款基于单片机技术的盲人防撞导路棒。
盲人在日常的生活中有太多的不方便，有太多的困 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
难了，其中最主要的就是盲人在外出行走途中没有办法了解自己前面有没有障碍物的存在，他们很难避免自己会撞到障碍物。而且在行走途中有很多盲人会经常走丢，导致自己和家人都很着急。针对这个问题，本次设计致力于设计一种新型的基于单片机控制的并附加了GPS定位的盲人防撞装置。
该装置的功能是：检测前方一段距离内没有障碍，通过超声波测距原理，语音提示模块和振动报警模块发出提醒信息。语音电路将依照障碍物方向的不同发生不同频率的语言信息，以提示使用者。当用户按下按钮，警报声中断。当盲人意识到自己走丢时，只要按下按键，GPS自动定位，GSM通过手机信息把坐标发给家人，家人很快就能找到。
由于盲人出行手持盲人拐杖探测前方道路情况，当使用拐杖时经常会制造不必要的麻烦且携带不方便。而路边帮助盲人出行的盲道在不断减少且利用率很低，大多被人非法占用而导致不能正常使用。该装置可以检测盲人前方的障碍，从而避免了使用和携带手杖不便。该装置结构简单，实用，方便，很大程度上解决盲人安全问题，特别是在盲人出行过程中，装置具有很高的实用价值。
1.2 盲人避障技术概述
非接触式的检测技术是盲人防撞导路棒技术的关键，伴随着单片机控制技术和传感器技术的飞速般发展，这项技术已经在完善中。以前的盲避障技术通常用于在红外射线设计检测的障碍，但在实际应用中，红外干扰源太多；而且在有反射光的情况下，由于光线的干扰，很容易出现判断失误，发出错误报警。因此，在信号传输的一些设备中，需要发送连续的红外脉冲，并接收反射信号。如果接收到的红外脉冲数超过限制，将判定障碍。这种方法尽管在一定程度上可以减少出现错误报警的概率，但在较强的反射光时，仍然很容易受到干扰出现误判。另外其余的非接触式检测方式有激光式检测、雷达式检测、CCD型探测、超声波检测等检测方式。 其中，激光式检测的亮度很高、它有单色性高和很强的穿透能力，还有方向性强和测量速率迅速的特征。并且它还有抗干扰能力强的特点，但是激光式检测的费用太高，很难对数据进行处理。雷达式检测可全天候工作，适用于短距离检测，在高精度的恶劣环境，但它很容易受到电磁波的干扰。CCD型检测有无信号发射源的优势，也可以得到很多的场景信息，操作方便，但视觉检测的额外成本高。与上面的几种检测方法相比，超声波检测可以直接测量较近的目标，垂直分辨率高，方向性强，适用范围广，无电磁干扰光、烟雾和其他因素对超声波的影响很小，且具备覆盖面广等优点。目前，超声检测已被广泛应用于液位的测量，车避障等领域，其应用前景十分广阔。
该装置结合超声检测及微机技术，能准确地确定障碍物的位置后再给一个正确的判断，提示盲人避开障碍物。避障装置的特点有使用方便，携带方便，操作简单，性价比高。
1.3超声波概述
超声波检测主要基于超声波测距原理来检测障碍物。超声波在距离检测方面有较准确定位。超声波传感器主要通过发射高频超声波，在遇到障碍物后立刻返回，超声波接收器接收到返回的超声波信号就能确定障碍物的位置，从而提醒盲人小心障碍物。
超声波作用下的电压变化产生了芯片振动，它波长短并且频率高。它的衍射现象是非常小，方向性强，可以作为辐射定向传输。超声波的穿透能力很强，尤其是在固体中，它能穿透超过数米。超声波碰到障碍物后会反射回来，通过接收到的反射信号来确定障碍物的距离。
如今，科学越来越发达，发展速度也非常迅速。超 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
声波的发展也越来越快，尤其是在传感器方面飞速提升。对于人类文明工业革命中，传感器技术始终发挥着特别重要的作用,它是贯穿了各个技术和应用领域的关键技术。在人类的生命里,几乎在所有领域中都无处不在。在研究、生产部门的共同努力下,传感器技术得到充分发展和进步,这是世界各地的技术中增长最快的。但就目前的技术水平,合理地使用技术应用仍然有限。因此,它是一个正在蓬勃发展和前景的工业领域。就今后而言,一个新型的超声波传感器是非常重要的。这是一个非常有用的工具，在所有的方面都会有很大的发展空间。它满足了日益增长的社会需求，超声波测距将会越来越准确，越来越精确。
2 方案论证
2．1设计要求
设计一种基于单片机的超声波盲人防撞导路棒，实现多个方向检测障碍物，通过语言报警和震动报警来提醒盲人。并设有GPS定位功能和GSM短信功能防走丢。
2.2硬件设计
由于本设计是利用超声波测距原理的防撞系统，并具有语音提示功能和GPS定位，GSM短信功能。所以在本设计的主要芯片选择了超声波测距芯片US-100,语音芯片ISD4004,音频放大器TDA2822，GSM芯片SIM900A，GPS模块UBOLX NEO-6M。该系统的关键技术问题是单片机控制技术，检测障碍物距离的方向，语音报警技术，和GPS技术。系统选用了us-100超声波模块对3米以内的障碍物进行多方向检测。超声波测距的方法是通过发射端持续地产生超声波脉冲。超声波接收端收到遇到障碍物后放射的超声波，再依据超声波速度和发生出信号到接收到的时间差来计算障碍物的距离，通过不同方向的超声波模块辨别障碍物的方向。在检测方面，采用了超声波测距模块，实现了障碍的自动检测。在发出语言提醒上，选取ISD4004语音芯片，模拟音频输出的功率放大器电路，吐字清楚，声音响亮。该ISD4004语音芯片可以存储8分钟的记录时间，该芯片记录四记录：当障碍物是凹型地面时播放第一段录音，当障碍物是小土坡等障碍物时播放第二段录音，当障碍物的悬空型的障碍物是播放地三段录音，当障碍物是较高型的障碍物是播放第四段录音；在GPS方面，采用GPS定位模块和GSM短信模块，确保家人能及时准确的知道盲人的位置。
1 绪论 1
1.1设计的目的和意义 1
1.2 盲人避障技术概述 2
1.3超声波概述 2
2 方案论证 3
2．1设计要求 3
2.2硬件设计 3
3 硬件设计 4
3.1 总体硬件框图 4
3.2 系统各个模块设计 5
4 硬件调试与结果分析 18
4.1 测距原理 18
4.2 元件安装焊接 19
4.3 仿真调试部分 20
结论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
附录A：原理图 27
附录B：仿真图 28
1 绪论
1.1设计的目的和意义
随着信息化和数字化的发展,当今社会上的人们的生活变得越来越便利，越来越多姿多彩了。但是社会上还有一种人群我们不能忽视,多姿多彩的生活，美丽的事物，形形色色的事物与他们无缘,这种人群就是盲人。我们都知道一句话，眼睛是心灵的窗户。但这些失去了“心灵的窗口”的盲人，无论是在生活中还是在心理上，他们也很痛苦。他们的生活娱乐存在着太多的不便了,尤其是在外出和与人交往沟通的过程中遭遇的困难就特别突出。目前，在市场上的导盲工具主要还是导盲犬?,导盲犬大多都要带着颈圈或导盲牵引带，导致它们受到很大的约束；虽然它们学会了“前进”、“停止”、“来”等口令，当遇到前方有障碍物时，会引导它的主人停下来避免发生危险。但是，一只导盲犬的训练时间为18个月，3000000至25000美元的代价，普通用户如何能承受如此高的价格,所以本文设计了一款基于单片机技术的盲人防撞导路棒。
盲人在日常的生活中有太多的不方便，有太多的困 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
难了，其中最主要的就是盲人在外出行走途中没有办法了解自己前面有没有障碍物的存在，他们很难避免自己会撞到障碍物。而且在行走途中有很多盲人会经常走丢，导致自己和家人都很着急。针对这个问题，本次设计致力于设计一种新型的基于单片机控制的并附加了GPS定位的盲人防撞装置。
该装置的功能是：检测前方一段距离内没有障碍，通过超声波测距原理，语音提示模块和振动报警模块发出提醒信息。语音电路将依照障碍物方向的不同发生不同频率的语言信息，以提示使用者。当用户按下按钮，警报声中断。当盲人意识到自己走丢时，只要按下按键，GPS自动定位，GSM通过手机信息把坐标发给家人，家人很快就能找到。
由于盲人出行手持盲人拐杖探测前方道路情况，当使用拐杖时经常会制造不必要的麻烦且携带不方便。而路边帮助盲人出行的盲道在不断减少且利用率很低，大多被人非法占用而导致不能正常使用。该装置可以检测盲人前方的障碍，从而避免了使用和携带手杖不便。该装置结构简单，实用，方便，很大程度上解决盲人安全问题，特别是在盲人出行过程中，装置具有很高的实用价值。
1.2 盲人避障技术概述
非接触式的检测技术是盲人防撞导路棒技术的关键，伴随着单片机控制技术和传感器技术的飞速般发展，这项技术已经在完善中。以前的盲避障技术通常用于在红外射线设计检测的障碍，但在实际应用中，红外干扰源太多；而且在有反射光的情况下，由于光线的干扰，很容易出现判断失误，发出错误报警。因此，在信号传输的一些设备中，需要发送连续的红外脉冲，并接收反射信号。如果接收到的红外脉冲数超过限制，将判定障碍。这种方法尽管在一定程度上可以减少出现错误报警的概率，但在较强的反射光时，仍然很容易受到干扰出现误判。另外其余的非接触式检测方式有激光式检测、雷达式检测、CCD型探测、超声波检测等检测方式。 其中，激光式检测的亮度很高、它有单色性高和很强的穿透能力，还有方向性强和测量速率迅速的特征。并且它还有抗干扰能力强的特点，但是激光式检测的费用太高，很难对数据进行处理。雷达式检测可全天候工作，适用于短距离检测，在高精度的恶劣环境，但它很容易受到电磁波的干扰。CCD型检测有无信号发射源的优势，也可以得到很多的场景信息，操作方便，但视觉检测的额外成本高。与上面的几种检测方法相比，超声波检测可以直接测量较近的目标，垂直分辨率高，方向性强，适用范围广，无电磁干扰光、烟雾和其他因素对超声波的影响很小，且具备覆盖面广等优点。目前，超声检测已被广泛应用于液位的测量，车避障等领域，其应用前景十分广阔。
该装置结合超声检测及微机技术，能准确地确定障碍物的位置后再给一个正确的判断，提示盲人避开障碍物。避障装置的特点有使用方便，携带方便，操作简单，性价比高。
1.3超声波概述
超声波检测主要基于超声波测距原理来检测障碍物。超声波在距离检测方面有较准确定位。超声波传感器主要通过发射高频超声波，在遇到障碍物后立刻返回，超声波接收器接收到返回的超声波信号就能确定障碍物的位置，从而提醒盲人小心障碍物。
超声波作用下的电压变化产生了芯片振动，它波长短并且频率高。它的衍射现象是非常小，方向性强，可以作为辐射定向传输。超声波的穿透能力很强，尤其是在固体中，它能穿透超过数米。超声波碰到障碍物后会反射回来，通过接收到的反射信号来确定障碍物的距离。
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声波的发展也越来越快，尤其是在传感器方面飞速提升。对于人类文明工业革命中，传感器技术始终发挥着特别重要的作用,它是贯穿了各个技术和应用领域的关键技术。在人类的生命里,几乎在所有领域中都无处不在。在研究、生产部门的共同努力下,传感器技术得到充分发展和进步,这是世界各地的技术中增长最快的。但就目前的技术水平,合理地使用技术应用仍然有限。因此,它是一个正在蓬勃发展和前景的工业领域。就今后而言,一个新型的超声波传感器是非常重要的。这是一个非常有用的工具，在所有的方面都会有很大的发展空间。它满足了日益增长的社会需求，超声波测距将会越来越准确，越来越精确。
2 方案论证
2．1设计要求
设计一种基于单片机的超声波盲人防撞导路棒，实现多个方向检测障碍物，通过语言报警和震动报警来提醒盲人。并设有GPS定位功能和GSM短信功能防走丢。
2.2硬件设计
由于本设计是利用超声波测距原理的防撞系统，并具有语音提示功能和GPS定位，GSM短信功能。所以在本设计的主要芯片选择了超声波测距芯片US-100,语音芯片ISD4004,音频放大器TDA2822，GSM芯片SIM900A，GPS模块UBOLX NEO-6M。该系统的关键技术问题是单片机控制技术，检测障碍物距离的方向，语音报警技术，和GPS技术。系统选用了us-100超声波模块对3米以内的障碍物进行多方向检测。超声波测距的方法是通过发射端持续地产生超声波脉冲。超声波接收端收到遇到障碍物后放射的超声波，再依据超声波速度和发生出信号到接收到的时间差来计算障碍物的距离，通过不同方向的超声波模块辨别障碍物的方向。在检测方面，采用了超声波测距模块，实现了障碍的自动检测。在发出语言提醒上，选取ISD4004语音芯片，模拟音频输出的功率放大器电路，吐字清楚，声音响亮。该ISD4004语音芯片可以存储8分钟的记录时间，该芯片记录四记录：当障碍物是凹型地面时播放第一段录音，当障碍物是小土坡等障碍物时播放第二段录音，当障碍物的悬空型的障碍物是播放地三段录音，当障碍物是较高型的障碍物是播放第四段录音；在GPS方面，采用GPS定位模块和GSM短信模块，确保家人能及时准确的知道盲人的位置。
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