单片机的红外线导盲系统_软件部分
单片机的红外线导盲系统__软件部分[20200102175448]
盲人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，且必然有的局限性，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。近些年来，社会和政府大力关心弱势群体的生活，给予盲人自理能力的关注也越来越多，本课题根据毕业设计任务书的设计要求，目的是实现盲人红外导盲仪，引导他们安全通过障碍物。 本论文选用红外光电式的导盲方法，使用Atmega8单片机发出并获得红外传感器的反馈信号，Atmega8单片机采用了哈佛（Harvar）结构，即程序存储器和数据存储器使用不同的存储空间，它是具有高性能、低功耗的微型处理器。所以我们利用Sharp的红外传感器的三角测量原理。红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来。反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度a，偏移距L，中心矩X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出障碍物与使用者之间的距离，再利用采用Atmega8单片机收到的反馈信息识别出使用者周围障碍物的方位和距离，利用WT588D语音芯片发出距离提示信息，起到帮助盲人安全行走的目的。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:Atmega8单片机,Sharp测距,语音播报
目 录
1 引言 1
1.1 研究现状和意义 1
1.2 论文的主要研究内容 1
2 系统方案设计 1
2.1 系统组成框图 1
3 系统硬件设计 2
3.1 单片机单路设计 2
3.2测距传感器电路设计 7
3.3复位电路 9
3.4中断系统 10
3.5 测距传感器电路设计 11
3.6 语音提示电路 14
4. 系统软件流设计 15
4.1系统软件流程图 16
4.2设计心得 17
4.3实物图 18
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
附录;软件代码 22
1 引言
1.1 研究现状和意义
据有关部门统计，中国是一个视力缺陷人数最多的国家，在世界的视觉缺陷人数数占18%，随着社会的发展，社会越来越关注盲。据残疾人是社会中主要的弱势群体，他们要面对更多的困难和严厉。近些年来，社会和政府越来越关注弱势群体，给予视力缺陷人数的关注也越来越多，本课题主要是按照毕业设计任务书的设计要求，目的是实现一套盲人红外导盲仪，引导他们安全通过障碍物。
随着生活水平的提高，我们的生活更加丰富多彩，视觉缺陷人士和视觉障碍群体在导盲杖的可靠性和功能的要求也在不断的提升。目前的市场上盲人使用的导盲犬，导盲拐杖不能满足人们生活中突发的各种生活问题。此时导盲杖的功能要求和性能设计是盲人及视力障碍者的基本要求。视觉缺陷的人都渴望有一个可以解决在户外能够有一根能在发生意外情况时引导他们顺利安全的解决视力缺陷问题的导盲杖。因此，导盲杖研发者首先要解决的是障碍物精准定位和道路状况等题目、导盲杖的提示和反应精确问题以及导盲体系中导航系统与现实街道联系问题。
毫无疑问，实用，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形状设计上基本一致，性能相同，不能处理好盲人在现实生活中所遇到的种种不便和问题。随着科学技术不断的发展，导盲杖的功能应该更叫贴切生活，使得视力障碍人士的独立生活更为方便。伴随着光电科技的迅猛发展，尤其是红外线光探测技术的不断提高，设计出可靠，实用的红外导盲已经可以孕育而生。
1.2 主要研究内容
本文课题主要设计要求是：系统的关键关键是采用PSD原理基础上的红外测距传感器GP2Y0A02YK0F的ATmega8单片机。使用模拟输出信号的采集范围传感器单芯片ADC接口，和运动所收集的数据的平均值滤波，以消除干扰引起的噪声。单片集成电路的距离值与阈值进行比较，并控制语音播报电路发送的距离提示信息。
2 系统设计方案
2.1系统组成框图
在该系统中，利用红外探测器探测到的身体和障碍物的距离。红外探测器是通过测量体和基于三角测量原理的障碍物之间的距离来实现，通过测量障碍物与特定的漫反射特性的反射镜，如墙壁，纸等。三角法测距道理来自于平面三角关系。光输出端，接收端和障碍是三角形的三杆，根据相应的发射角的红外光束红外发射终端，只要接触障碍时，光束就会反馈，反馈光暴露于增加检测器在接收端，该探测器相对于一个偏移中心位置，检测与障碍物的距离D之间的变化是由偏移尺寸确定。使用三角关系，可以得到的发射角度，偏移长度x，中心矩D，F和滤波器的焦距，然后使用物理传感器之间的关系计算出物体的距离约为d。
图2 系统硬件电路框图
2.2设计要求及设计原理
使用三个红外发射接收探头探测左、右、前三个方向是不是接到数据。当左探测头探测到反馈信号后，则发出左侧XX米有障碍物;右侧探头收到反馈信息后，则右侧发出右侧XX米有障碍物;前方探头测到障碍物则发出前方XX米有障碍物，从而提示盲人大概方位，大概距离有障碍物，从而引导盲人行走的作用。
3 系统硬件设计
3.1单片机电路设计
图3.1单片机总体设计图
3.1.1ATmega8单片机的选择
AVR单片机拥有非常的高性能，本系列产品引脚较少，同时含有大容量保存的配置。AVR单片机的程序存储器和数据存储器是分开的。是因为AVR 单片机采用的是Harvard的结构。可以直接用8M字节处理记忆和8M字节数据存储器寄存器。程序被双向复制并能被访问好像片内允许快速高低改变的那部分SRAM存储器。AVR单片机分3个档次:
低档Tiny系列AVR单片机
中档AT90S系列AVR单片机
高档ATmega系列AVR单片机
AVR全部系统内，ATmega8是一类很不一样的单片机。内存芯片内集成大容量的硬件接口电路与众多，有所有的性质和AVR单片机MEGE系列特点。但因为采纳了小引脚封装,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。从而不需要购买价格高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，同时也为单片机的初学者提供了非常简单的研习开发环境。
ATMEGA系列的这些特点，使它成为单片机中高性价比的一类，受到广大电脑用户，在产品的应用市场非常有竞争力。许多家用电器公司和仪器行业看好，因此ATmega8很快就应用到本行业中。
ATmega单片机系列处在AVR中的上等产物，其拥有AT90所具备得特征，并在AT90的前提上，接口功能增加，而且在节能性能，稳定性，抗干扰能力和灵活性是周到。ATmega8基本能够接近1MIPS/MHz的性能，运转速率比一般的CISC单片机提高了10倍。
由于采用低功耗CMOS技术制造的非易失性ATmega8单片机，通过SPI端口和一般的程序员，可以对AVR单片机的Flash存储器进行编程等工能所以我们先用ATmega8单片机作为本实验的单片机。
3.1.2 AVR内部结构介绍
AVR选用流水线式技术，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。同时RISC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。因此，RISC的特点是简化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。AVR系列单片机拥有齐全的配置，可以适用于多种类型。
图3.2 AVR单片机的内核图
为了增加的执行功能，Atmega8单片机利用哈佛组织，也就是流程存储器和数据存储器利用差别的保存位置。ATmega8是基于加强的AVR RISC构造的低功耗8位CMOS微控制器。ATmega8能够降低系统在消耗和解决速率两者之间的冲突。由于其先进的指令集和单周期指令执行时间，ATmega8单片机读写速度为1 MIPS/MHz。ATmega8 有下列特别之处:8K 字节的系统内可编程Flash，512 字节的EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，
盲人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，且必然有的局限性，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。近些年来，社会和政府大力关心弱势群体的生活，给予盲人自理能力的关注也越来越多，本课题根据毕业设计任务书的设计要求，目的是实现盲人红外导盲仪，引导他们安全通过障碍物。 本论文选用红外光电式的导盲方法，使用Atmega8单片机发出并获得红外传感器的反馈信号，Atmega8单片机采用了哈佛（Harvar）结构，即程序存储器和数据存储器使用不同的存储空间，它是具有高性能、低功耗的微型处理器。所以我们利用Sharp的红外传感器的三角测量原理。红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来。反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度a，偏移距L，中心矩X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出障碍物与使用者之间的距离，再利用采用Atmega8单片机收到的反馈信息识别出使用者周围障碍物的方位和距离，利用WT588D语音芯片发出距离提示信息，起到帮助盲人安全行走的目的。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:Atmega8单片机,Sharp测距,语音播报
目 录
1 引言 1
1.1 研究现状和意义 1
1.2 论文的主要研究内容 1
2 系统方案设计 1
2.1 系统组成框图 1
3 系统硬件设计 2
3.1 单片机单路设计 2
3.2测距传感器电路设计 7
3.3复位电路 9
3.4中断系统 10
3.5 测距传感器电路设计 11
3.6 语音提示电路 14
4. 系统软件流设计 15
4.1系统软件流程图 16
4.2设计心得 17
4.3实物图 18
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
附录;软件代码 22
1 引言
1.1 研究现状和意义
据有关部门统计，中国是一个视力缺陷人数最多的国家，在世界的视觉缺陷人数数占18%，随着社会的发展，社会越来越关注盲。据残疾人是社会中主要的弱势群体，他们要面对更多的困难和严厉。近些年来，社会和政府越来越关注弱势群体，给予视力缺陷人数的关注也越来越多，本课题主要是按照毕业设计任务书的设计要求，目的是实现一套盲人红外导盲仪，引导他们安全通过障碍物。
随着生活水平的提高，我们的生活更加丰富多彩，视觉缺陷人士和视觉障碍群体在导盲杖的可靠性和功能的要求也在不断的提升。目前的市场上盲人使用的导盲犬，导盲拐杖不能满足人们生活中突发的各种生活问题。此时导盲杖的功能要求和性能设计是盲人及视力障碍者的基本要求。视觉缺陷的人都渴望有一个可以解决在户外能够有一根能在发生意外情况时引导他们顺利安全的解决视力缺陷问题的导盲杖。因此，导盲杖研发者首先要解决的是障碍物精准定位和道路状况等题目、导盲杖的提示和反应精确问题以及导盲体系中导航系统与现实街道联系问题。
毫无疑问，实用，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形状设计上基本一致，性能相同，不能处理好盲人在现实生活中所遇到的种种不便和问题。随着科学技术不断的发展，导盲杖的功能应该更叫贴切生活，使得视力障碍人士的独立生活更为方便。伴随着光电科技的迅猛发展，尤其是红外线光探测技术的不断提高，设计出可靠，实用的红外导盲已经可以孕育而生。
1.2 主要研究内容
本文课题主要设计要求是：系统的关键关键是采用PSD原理基础上的红外测距传感器GP2Y0A02YK0F的ATmega8单片机。使用模拟输出信号的采集范围传感器单芯片ADC接口，和运动所收集的数据的平均值滤波，以消除干扰引起的噪声。单片集成电路的距离值与阈值进行比较，并控制语音播报电路发送的距离提示信息。
2 系统设计方案
2.1系统组成框图
在该系统中，利用红外探测器探测到的身体和障碍物的距离。红外探测器是通过测量体和基于三角测量原理的障碍物之间的距离来实现，通过测量障碍物与特定的漫反射特性的反射镜，如墙壁，纸等。三角法测距道理来自于平面三角关系。光输出端，接收端和障碍是三角形的三杆，根据相应的发射角的红外光束红外发射终端，只要接触障碍时，光束就会反馈，反馈光暴露于增加检测器在接收端，该探测器相对于一个偏移中心位置，检测与障碍物的距离D之间的变化是由偏移尺寸确定。使用三角关系，可以得到的发射角度，偏移长度x，中心矩D，F和滤波器的焦距，然后使用物理传感器之间的关系计算出物体的距离约为d。
图2 系统硬件电路框图
2.2设计要求及设计原理
使用三个红外发射接收探头探测左、右、前三个方向是不是接到数据。当左探测头探测到反馈信号后，则发出左侧XX米有障碍物;右侧探头收到反馈信息后，则右侧发出右侧XX米有障碍物;前方探头测到障碍物则发出前方XX米有障碍物，从而提示盲人大概方位，大概距离有障碍物，从而引导盲人行走的作用。
3 系统硬件设计
3.1单片机电路设计
图3.1单片机总体设计图
3.1.1ATmega8单片机的选择
AVR单片机拥有非常的高性能，本系列产品引脚较少，同时含有大容量保存的配置。AVR单片机的程序存储器和数据存储器是分开的。是因为AVR 单片机采用的是Harvard的结构。可以直接用8M字节处理记忆和8M字节数据存储器寄存器。程序被双向复制并能被访问好像片内允许快速高低改变的那部分SRAM存储器。AVR单片机分3个档次:
低档Tiny系列AVR单片机
中档AT90S系列AVR单片机
高档ATmega系列AVR单片机
AVR全部系统内，ATmega8是一类很不一样的单片机。内存芯片内集成大容量的硬件接口电路与众多，有所有的性质和AVR单片机MEGE系列特点。但因为采纳了小引脚封装,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。从而不需要购买价格高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，同时也为单片机的初学者提供了非常简单的研习开发环境。
ATMEGA系列的这些特点，使它成为单片机中高性价比的一类，受到广大电脑用户，在产品的应用市场非常有竞争力。许多家用电器公司和仪器行业看好，因此ATmega8很快就应用到本行业中。
ATmega单片机系列处在AVR中的上等产物，其拥有AT90所具备得特征，并在AT90的前提上，接口功能增加，而且在节能性能，稳定性，抗干扰能力和灵活性是周到。ATmega8基本能够接近1MIPS/MHz的性能，运转速率比一般的CISC单片机提高了10倍。
由于采用低功耗CMOS技术制造的非易失性ATmega8单片机，通过SPI端口和一般的程序员，可以对AVR单片机的Flash存储器进行编程等工能所以我们先用ATmega8单片机作为本实验的单片机。
3.1.2 AVR内部结构介绍
AVR选用流水线式技术，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。同时RISC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。因此，RISC的特点是简化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。AVR系列单片机拥有齐全的配置，可以适用于多种类型。
图3.2 AVR单片机的内核图
为了增加的执行功能，Atmega8单片机利用哈佛组织，也就是流程存储器和数据存储器利用差别的保存位置。ATmega8是基于加强的AVR RISC构造的低功耗8位CMOS微控制器。ATmega8能够降低系统在消耗和解决速率两者之间的冲突。由于其先进的指令集和单周期指令执行时间，ATmega8单片机读写速度为1 MIPS/MHz。ATmega8 有下列特别之处:8K 字节的系统内可编程Flash，512 字节的EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，
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