基于单片机的光电定位导盲系统的设计.pdf
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基于单片机的光电定位导盲系统的设计.pdf
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基于单片机的光电定位导盲系统的设计华中科技大学文华学院阮大伟胡掸李育叶念渝摘要:
针对盲人独自行走时无法预知前方路况的问题,本文设计了一种基于光电传感技术的定位导盲系统,用以辅助盲人探知前方障碍物?
本定位系统以单片机为控制核心,主要包括红外线发射?
红外线捌文?
信号处理以及语音提示电路四部分?
以红外线传感器定位前方一定距离内的障碍物,并以提示音的形式提示盲人避障?
关键词:
光电导盲定位系统单片机红外线传感器引言本定位导盲系统应用红外线的反射特点,通过红外线发射电路发射一定频率的红外脉冲信号,遇到障碍物反射后,经红外线接收电路接收,接收到的信号经处理后送到单片机,单片机对接收到的信号进行判断识别,确定障碍物的位置,并控制语音电路发出相应提示音,辅助盲人有效避障?
经单片机处理后,控制语音电路发出相应提示音?
单单单单红外线发发发障障片片片片射电路路路碍碍机机机机机机机机机机?
物物语语音音音音音红外线发发发发发发发发发电电路路路路路收电路路路接收头头头头图1系统原理框图系统硬件部分设计总体设计思路本系统主要由AT89552为核心的单片机最小系统,红外线发射电路,红外线接收放大电路,语音提示电路,电源系统组成?
如图1所示,该系统控制核心为AT89552,工作时红外线发射电路发射一定频率的红外线脉冲信号,探测前方(及左右)是否有障碍物,并通过红外线的探测距离对障碍物的位置进行定位?
当遇到障碍物时,反射回的红外线信号由红外线接收电路接收,单单单单单单片片片片障障机机机机碍碍物物物物物物图2单片机控制部分框图系统硬件的设计
(1)单片机控制部分如图2所示,图中l?
2?
3?
4分别为四套红外线发射接收装置,红外线发射头的发射距离可调,由红外线发射电路控制四个红外线发射头发射一定频率的红外脉冲信号,经各自的接收器接收后输入到单片机的Pl.0一Pl.3口,单片机根据接收到信号的不同,对障碍物的情况进行定位,控制语音电路发出相应的提示音?
提示音1?
2?
3分别是:
可以顺利前行?
有障碍物请右移?
有障碍物请左移?
以上提示音均通过单片机控制语音芯片实现?
实现过程如下:
当出现以下情况时,提示音l响起,提示可以顺利前行:
.传感器1?
2?
3?
4均未接收到信号当出现以下几种情况时,提示音2响起,提示应往右移:
.传感器1?
2?
3同时接收到信号.传感器2?
3同时接收到信号.只有传感器1接收到信号.只有传感器2接收到信号当出现以下几种情况是,提示音3响起,提示应往左移:
.传感器2?
3?
4同时接收到信号.只有传感器3接收到信号.只有传感器4接收到信号
(2)红外线发射电路部分由555定时器组成的多谐振荡器作为本系统的发射电路,如图3所示?
接通ServoControl45伺服驱动系统及其应用电源后,在电路的输出端3脚就可得到一个周期性的矩形波,其振荡频率为lf=万下丁万二尸P,了1.43(凡+ZPR)C,本系统发射电路的发射频率为3SKH乞?
由于555定时器内部的比较器灵敏度较高,而其采用差分电路形式,用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小?
由3脚出来的矩形波信号经三极管放大,驱动红外线发射管发射红外线脉冲信号?
发射距离通过电路的发射功率来控制?
接模拟量存储技术,每个采样值直接存贮在片内闪烁存储器中,因此能够非常真实?
自然地再现语音?
音乐?
音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和!
金属声?
采样频率可为4.0kHz,5.3kHz,6.4kHz,8.okHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10万次?
ISD4004的存储器共可存储录音2400行,每行录音长度为200ms?
两个三极管在电路中起到开关作用,即当PO.7为高电平时,三极管8050导通,8550截止,录音电路工作,只能进行录音操作?
同样,当PO.7为低电平时,三极管8050截止,8550导通,放音电路工作,只能进行放音操作?
录音时通过单片机PO.0一PO.5向语音芯片送入控制信号,置高PO.7,声音通过麦克风录入语音芯片,存储在相应地址;放音时同样通过单片机P0.0-P0.5向语音芯片送入控制信号,置低PO.7,扬声器播放相应语音?
(5)供电系统系统供电示意图如图6所示,本系统由电池供电?
系统要用到3V和SV两种电源,采用三端稳压集成电路构成的稳压电路得到稳定的3V和SV?
单片机?
红外线发射接收电路正常工作电压为SV,语音电路中语音芯片采用3V供电?
666v电源洲洲3V稳压电路路单单片机供电电日sv稳压电路目语音电路供电电红红外线发射电路供电电电红外线接收电路供电电图6系统供电示意图CVC?
5550卜J攫工OOA一黔THRO万5乙图7录音程序流程图熟乳,?
图3红外线发射电路VCC100卞-.豁-落黝阳图4红外线接收电路(3)红外线接收电路部分如图4为HS0038B构成的红外线接收电路?
HS0038B为一体化红外接收器,具有功耗低?
灵敏度高?
优良的抗干扰能力等优点?
其工作电压为4.SV一5.SV,接收距离可达15m,载波频率为38KHz?
(4)语音提示电路部分图5为语音电路?
其中使用语音芯片1SD4004实现语音的录放?
ISD4004工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中?
芯片采用CMOS技术,内含振荡器?
防混淆滤波器?
平滑滤波器?
音频放大器?
自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列?
芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI或Mierowire)送入?
芯片采用多电平直系统软件部分设计系统主程序系统不断检测是否接收到红外线信号,并判断信号的组合类型,控制语音电路播放相应的提示音?
部分主程序如下:
While(l)switeh(PI)Caseoxff:
audioout(oxoO01):
delay(1000):
stopmode();delay(30);break;/放音!
前进easeoxfs:
CaseOXfg:
8550?
优巧V丫沈臼VV代,SVC叨吕薪飞或的注2加.2,种#2皿钧力1忿局卿少王?
Tc41吕月O,l可?
注碑军二二一少_l肠入D47可l叨附C知丈,味三钾%47t跳盛25卿一助C盛UO以了rr姗以明?
.叭一焦A加鑫琳翎,0.1咨1,!
卜一?
.城,门r?
.目14刃丽了G杖D决NA卜决MO口/川R4哇22冲训卜14一耳叼卜;那一眼物土物土知?
刃写l脚土恤恤恤GXDG戈D翎滚俐?
吻相阳杯?
力月脚吕二护.l吠图5语音提示电路46ServoControlCaseOXfe:
CaseOXfd:
audioout(0x0009):
delay(1200):
5topmede():
delay(30);break;/放音!
右移caseoxfl:
easeoxfb:
easeOXf7:
audioout(0x0013):
delay(1000);5topmode():
delay(30);break;/放音!
左移default:
break;在以上程序中,系统不断扫描PI口状态,当出现对应信号组合时,由放音子程序audioout()播放相应提示音?
语音录制程序语言录制程序流程图如图7所示?
系统上电后,执行SETREC命令设置录音地址,然后执行REC命令开始录音,此时器件便从所设置的录音地址开始录音?
通过适当延时可控制录音长度?
部分程序段如下:
voidreeord4004(unsignedintaddress)/录音程序unsignedehari,m,j;unsi即edintdatasoute=0;powerup();/执行上电操作delay(25);/上电延时powerup():
/再执行上电操作delay(25);/两倍上电延时delay(25);es一4004=l;selk一4004二O;m=oxao;es一4004=0;for(i二0;i16;i+)/设置录音地址address二_iror_(address,l);dstaS0ute=addreSS1mosi一4004=CY;selk一4004=0;selk一4004=l;for(i=0;i8;i+)送SETREC命令/m=_eror_(m,1):
j二m卜mosi一4004=CY;selk一4004=0;selk一4004=l;es一4004=l;selk_4004=0;m二oxbo;cs一礴004二0;for(i=0:
i8:
i+)/送REC命令m=_eror_(m,1);i=ml;mosi一4004=CY;selk一4004=0;selk_4004=l;cs一4004=1;/开始录音PI=0;delay(150003)语音播放子程序语言播放程序流程图如图8所示?
系统上电后,执行SETPLAY命令设置播放地址,然后执行PLAY命令开始从设置的播放地址放音?
通过适当延时可控制放音长度?
图8放音程序流程图的红外线定位导盲系统,并详细介绍了系统的硬件部分,该系统能够很好的定位障碍物,并通过语音的形式引导盲人绕过障碍物?
实验表明本系统精度高,准确可靠,且富于人性化,能够为盲人提供生活的便利,具有一定的实用性?
作者简介阮大伟男,学士,研究方向为计算机嵌入式系统研究与开发?
参考文献&lJ郭天祥.51单片机C语言教程入门?
提高?
开发?
拓展全攻略&M.北京:
电子工业出版社,2(X)9.&21张毅刚,彭喜元,姜守达,乔立岩,等.新编MCS一51单片机应用设计(第3版)工M#.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2(X)8.13燕学智,王树勋,马中胜,李辛,等.基于超声红外定位导航研制自动引导车辆系统&J.吉林大学学报(工学版),2(X万,览
(2):
拼2-246.4张兰,杨济民,韩晓丽,王伟,等.基于C805IF涌0的超声波导盲系统设计&J.现代电子技术,珊9(24).5#卢文汐.基于超声波传感技术的导盲系统设计&J.科学技术,2010(3).结束语这里主要介绍一种基于AT89552ServoControl47
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