基于C8051F060的超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)盲人日常行動(dòng)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(jì)方案，詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)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(hào)處理三部分，能夠識(shí)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(shí)具有功耗小，成本低，軟硬件資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，因此具有一定的實(shí)用價(jià)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(lái)越簡(jiǎn)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(gè)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(huì)遇到更多的不方便，不能準(zhǔn)確及時(shí)地躲避障礙物就是一個(gè)重要的弊端。如果有一根既輕巧，又便宜，同時(shí)又能及時(shí)地識(shí)別周圍障礙物并發(fā)出報(bào)警信號(hào)的手杖在盲人的手中將會(huì)為盲人的生活提供極大的方便。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人的不斷出現(xiàn)，測(cè)距與識(shí)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(cè)與識(shí)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(jì)就是很好地結(jié)合二者產(chǎn)需的例子。
因?yàn)槌暡▊鞑ニ俣嚷赶蛐詮?qiáng)，能級(jí)消耗緩慢，對(duì)色彩、光照度不敏感，同時(shí)超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、費(fèi)用低、信息處理簡(jiǎn)單可靠，易于小型化與集成化，并且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，因此該系統(tǒng)采用超聲波檢測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的識(shí)別。該設(shè)計(jì)是利用美國(guó)Silicon Laboratories公司的高性能、高集成度SoCC8051F060為核心硬件，通過(guò)其對(duì)外圍電路的控制以自身強(qiáng)大的信號(hào)處理能力實(shí)現(xiàn)障礙物檢測(cè)的功能。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及設(shè)計(jì)原理
該設(shè)計(jì)是利用美國(guó)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(gè)超聲探頭，通過(guò)芯片與探頭及外圍電路共同組成的信號(hào)發(fā)送與識(shí)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(hào)的工作頻率是40 kHz，首先C8051F060MCU產(chǎn)生4路40 kHz的方波信號(hào)分別由換能器輸送到手杖末端的超聲探頭。工作時(shí)第一個(gè)探頭先發(fā)出16個(gè)周期的超聲波信號(hào)，之后開(kāi)始接收回波信號(hào)，回波信號(hào)先經(jīng)比例放大后得到較大的信號(hào)，再進(jìn)入自動(dòng)增益控制部分，將信號(hào)放大為單片機(jī)能夠識(shí)別的信號(hào)，然后再對(duì)信號(hào)低通濾波后送入單片機(jī)，然后第二個(gè)探頭再發(fā)送16個(gè)周期的超聲信號(hào)，以同樣的方式接收處理，隨后是第三個(gè)、第四個(gè)、第一個(gè)，如此循環(huán)發(fā)送接收。將兩個(gè)探頭發(fā)送時(shí)間間隔定為18．5 ms，這樣除去發(fā)送時(shí)間、消余震時(shí)間與信號(hào)處理時(shí)間總計(jì)約2．9 ms，剩余的15．6 ms用來(lái)接收34 cm～3 m內(nèi)的障礙物反射回來(lái)的回波信號(hào)。