雷達位點測障拐杖的設(shè)計

惠坤龍 胡林慧 秦彥斌 郭子蒙 薛琦 高航

【摘 要】我國人口基數(shù)龐大，近年來老年人和盲人的數(shù)量日益增多，同時隨著城市的不斷發(fā)展，城市道路的障礙物越來越多，致使老年人及盲人的出行越來越困難。文章介紹的雷達位點測障拐杖可以利用雷達感應(yīng)能力對前方障礙物發(fā)出警告和報出距離，給盲人和老人在行走過程中予以提醒，避免發(fā)生安全事故。

【關(guān)鍵詞】老年人；超聲波；測障拐杖

【中圖分類號】TS959.9 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）05-0105-02

0 引言

截至2017年，我國大約有1.5億的老年人和600多萬的盲人，也就是說，每10個中國人中就有1位老年人，同時每200名中國人中就有一位盲人。他們和常人一樣，需要努力工作、學(xué)習(xí)及照顧家庭；但是，他們受教育的機會少，就業(yè)機會少，需要面對更多衣食住行中出現(xiàn)的各種問題。然而，能為老年人和盲人提供服務(wù)和幫助的設(shè)備及基礎(chǔ)設(shè)施并不多，社會對盲人和老年人的幫助意識薄弱。為了逐步解決老年人和盲人在生活中不便利的問題，我們應(yīng)從基礎(chǔ)做起，考慮老年人和盲人的出行問題，為老年人和盲人的出行安全提供保障。

很多老年人和盲人外出需要拐杖的幫助，盲人道的設(shè)計原理是為了方便老年人和盲人帶著拐杖出行，但是老年人和盲人外出依然面臨很多問題。首先是安全問題，老年人和盲人出行時，如果遭遇打劫或偷盜行為，他們基本沒有自保能力；在通過十字路口或者馬路時，也有很多安全隱患。其次是外出路線問題，大多數(shù)老年人和盲人記路線依靠腦子死記硬背，所以如果走錯路，他們就很難成功地走回家。最后是外出效率和舒適性的問題，老年人和盲人走路不僅慢，而且遠距離步行會很累，身體會吃不消。

1 雷達位點測障拐杖系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 單片機在測障拐杖上的應(yīng)用

單片機早已滲透我們?nèi)粘Ｉ钪械暮芏囝I(lǐng)域，例如導(dǎo)航裝置控制飛機、高鐵上的各種類型儀表、網(wǎng)絡(luò)通信等，這些設(shè)備和領(lǐng)域都與單片機有著千絲萬縷的關(guān)系。①在智能化儀器和儀表方面的應(yīng)用。單片機具有功耗低、體積小、擴展靈活、控制功能強、微型化、使用便捷的特點，在精密儀器及儀表中的應(yīng)用廣泛，單片機結(jié)合各種類型的傳感器，能實現(xiàn)諸如功率、頻率、濕度、溫度、電壓、流速、厚度、角度、長度、壓力、硬度、元素等物理度量的測定。有了單片機的控制，可以使精密儀器及各類儀表更加智能化、數(shù)字化、微型化，而且其功能比采用電子和數(shù)字電路更強大。②在工業(yè)上的應(yīng)用。單片機可以組成多種形式的控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。③在家用電器上的應(yīng)用。家用電器幾乎都采用了單片機的控制，如電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、音響等。④在其他方面的應(yīng)用。例如，倒車?yán)走_、智能測障拐杖等。

1.2 雷達位點測障拐杖系統(tǒng)的設(shè)計

1.2.1 CPU控制系統(tǒng)的設(shè)計

本次設(shè)計采用的是AT89S52單片機（如圖1所示），該機型的引腳有40個，是一種低功耗、高性能并且含有8 K字節(jié)快閃只讀存儲器的8位CMOS微控制器。

AT89S52的主要性能：與MCS-51微控制器產(chǎn)品兼容；編程所需的所有電壓都不需外部電路提供；電壓（Vcc）調(diào)節(jié)范圍為2.7～6 V；全靜態(tài)工作由0 Hz～16 MHz；有32條可編程I/O線；有128×8 bit位內(nèi)部RAM；有3個16位定時器/計數(shù)器。

AT89S52芯片的40個引腳功能如下。Vcc：電源。GND：接地作用。RST：復(fù)位信號輸入。XTAL1：反向振蕩放大器及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：反向振蕩放大器的輸出。PSEN：外部程序的存儲器讀選通信號，在取指期間，每個機器周期都有2次/PSEN有效；在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這2次有效的/PSEN信號不會出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)加密的方式為1時，EA把內(nèi)部鎖定成RESET；在編程的時候，使用12 V的編程電源（VPP）編寫引腳。P0：8位的漏級及開路雙向I/O端口，每個引腳能吸收8TTL門電流；當(dāng)P1端口的引腳首次寫1時，被定義為高阻輸入。P1：8位的雙向I/O端口。P2：帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3：引腳P3.0～P3.7為帶內(nèi)部上拉的雙向I/O引腳。

1.2.2 超聲波換能系統(tǒng)的設(shè)計

超聲波換能系統(tǒng)的設(shè)計可分為收發(fā)一體式與收發(fā)分體式。其中，收發(fā)一體式是指能將超聲波發(fā)送出去，也能接收超聲波；而收發(fā)分體式則指由專門的發(fā)送器將超聲波發(fā)送出去，再由專門的接收器將超聲波接收回來。本系統(tǒng)采用的超聲波測距模塊如圖2所示。

超聲波測距模塊可提供2～400 cm的距離感測功能，測量精度可以控制在2 mm范圍內(nèi)，該系統(tǒng)模塊還包含了發(fā)送和接收超聲波的裝置及相應(yīng)的控制電路。Vcc可提供5 V左右的電源，將GND端口接地，TRIG則控制觸發(fā)信號的輸入，ECHO控制回相信號輸出。

控制換能的電路主要由超聲波信號所產(chǎn)生的功率來驅(qū)動。根據(jù)該電路的需要，發(fā)射信號的電路應(yīng)該滿足以下要求。

（1）振蕩電路中的振蕩頻率可以調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)設(shè)計中使用“555”型振蕩電路（如圖3所示）。

（2）驅(qū)動電路的能力強。本系統(tǒng)設(shè)計中控制驅(qū)動電路的超聲波傳感器原理圖如圖4所示。

（3）增加I/O端口的控制。為了加大超聲波測距系統(tǒng)的量程范圍，需配置驅(qū)動電路（如圖5所示）。

此超聲波模塊可提供10～500 cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可控制在1 cm范圍內(nèi)。

1.2.3 燈光示警系統(tǒng)的設(shè)計

燈光示警系統(tǒng)的設(shè)計主要采用燈光示警模式，用閃動的指示燈來警示行人或者車輛，此外還會通過聲音示警，發(fā)出特定的語音提示使用人。此次設(shè)計添加了光控制LED燈示警系統(tǒng)，用于夜晚時提醒車輛和行人避讓老年人和盲人。該系統(tǒng)的光線集采電路原理如圖6所示。

1.2.4

穩(wěn)定電源系統(tǒng)的設(shè)計目的是給其他電路正常工作提供穩(wěn)定的電能。而電源設(shè)計也是所有電路設(shè)計中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。穩(wěn)壓供電原理圖如圖7所示。

2 結(jié)語

本系統(tǒng)的設(shè)計充分結(jié)合了單片機的運算、控制兩大功能，依照超聲波的特性和使用方式，對超聲波的測距模塊和系統(tǒng)進行設(shè)計。將超聲波用于測距方面，會更加便捷、高效、迅速且容易實現(xiàn)實時控制。除此之外，還能做到符合工業(yè)上對于測量精度的要求。隨著國家經(jīng)濟、科技、社會的不斷發(fā)展，對超聲波的使用將會越來越頻繁，其應(yīng)用范圍也會越來越廣泛，但是目前的超聲波技術(shù)水平還有待提高，所以這是一個正在蓬勃發(fā)展并有著無限前景的技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

參 考 文 獻

[1]劉飛.多功能導(dǎo)向拐杖的設(shè)計[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2016（9）.

[2]賈丹平.多功能盲人智能拐杖的設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2016（7）.

[3]韓普.基于單片機智能拐杖設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2017（13）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]