基于C8051F060的超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)設(shè)計

摘要：針對盲人日常行動的不方便，提出一種基于單片機(jī)的超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)的設(shè)計方案，詳細(xì)介紹設(shè)計的硬件部分。該系統(tǒng)利用C8051F060為核心硬件，主要包括超聲波發(fā)送、接收以及信號處理三部分，能夠識別出34 cm～3 m內(nèi)的障礙物。該系統(tǒng)基于單片機(jī)控制，便于系統(tǒng)功能的進(jìn)一步擴(kuò)展，同時具有功耗小，成本低，軟硬件資源豐富等優(yōu)點，因此具有一定的實用價值和應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：導(dǎo)盲系統(tǒng)；超聲波；單片機(jī)；C8051F060

0 引 言
隨著人民生活水平的不斷進(jìn)步，讓生活變得越來越簡單、方便成為了人民普遍追求的生活理念。盲人既是普通人民中的一員，又是一個特殊群體。他們由于先天的生理缺陷在日常生活中比常人會遇到更多的不方便，不能準(zhǔn)確及時地躲避障礙物就是一個重要的弊端。如果有一根既輕巧，又便宜，同時又能及時地識別周圍障礙物并發(fā)出報警信號的手杖在盲人的手中將會為盲人的生活提供極大的方便。同時隨著計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人的不斷出現(xiàn)，測距與識別技術(shù)在工業(yè)中已經(jīng)得到了普遍的發(fā)展，如何把這種非接觸式檢測與識別技術(shù)應(yīng)用與民用領(lǐng)域也變得十分重要。這里介紹的倒盲杖系統(tǒng)設(shè)計就是很好地結(jié)合二者產(chǎn)需的例子。
因為超聲波傳播速度慢，指向性強(qiáng)，能級消耗緩慢，對色彩、光照度不敏感，同時超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、費用低、信息處理簡單可靠，易于小型化與集成化，并且可以進(jìn)行實時控制，因此該系統(tǒng)采用超聲波檢測的方法實現(xiàn)對障礙物的識別。該設(shè)計是利用美國Silicon Laboratories公司的高性能、高集成度SoCC8051F060為核心硬件，通過其對外圍電路的控制以自身強(qiáng)大的信號處理能力實現(xiàn)障礙物檢測的功能。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及設(shè)計原理
該設(shè)計是利用美國Silicon Laboratories公司的高性能、高集成度SoC(System on a Chip)C8051F060為核心硬件。在手杖的著地端的前上方、前下方、左前方、右前方各安置一個超聲探頭，通過芯片與探頭及外圍電路共同組成的信號發(fā)送與識別系統(tǒng)完成導(dǎo)盲的功能。系統(tǒng)工作原理方框示意圖如圖1所示。

超聲信號的工作頻率是40 kHz，首先C8051F060MCU產(chǎn)生4路40 kHz的方波信號分別由換能器輸送到手杖末端的超聲探頭。工作時第一個探頭先發(fā)出16個周期的超聲波信號，之后開始接收回波信號，回波信號先經(jīng)比例放大后得到較大的信號，再進(jìn)入自動增益控制部分，將信號放大為單片機(jī)能夠識別的信號，然后再對信號低通濾波后送入單片機(jī)，然后第二個探頭再發(fā)送16個周期的超聲信號，以同樣的方式接收處理，隨后是第三個、第四個、第一個，如此循環(huán)發(fā)送接收。將兩個探頭發(fā)送時間間隔定為18．5 ms，這樣除去發(fā)送時間、消余震時間與信號處理時間總計約2．9 ms，剩余的15．6 ms用來接收34 cm～3 m內(nèi)的障礙物反射回來的回波信號。