基于單片機的語音播報器的設計

耿子進

（安徽理工大學，安徽 淮南232001）

1 概述

本次設計是基于單片機的語音播報系統(tǒng)的設計，最主要的目的是為了解決盲人在實際生活中的困難，讓他們感受到社會的關懷和溫暖。我國是世界上人口最多的國家，所以盲人殘疾人的占比也較高，他們在身體和心理上都需要大家的幫助，他們很多人因為對前方的障礙物沒有及時的避讓因而會有誤傷的情況。本次的設計就很好的解決了這些問題，利用超聲波測距技術，可以對障礙物進行實時的預警檢測，對于光照不好的地方，會利用光敏檢測系統(tǒng)發(fā)出報警聲，而且會啟動LED 燈裝置，提醒過往的路人和車輛對盲人進行合理的避讓。

2 超聲波測距統(tǒng)設計的原理概述

2.1 超聲波技術的發(fā)展

超聲波是生活當中常見的一種聲波，只是因為頻率的關系人類無法對它進行感知，但是它卻對我們的生活有著很大的影響，它和光一樣都是需要通過介質進行傳播的，在傳播的過程中，也會發(fā)生比如反射折射的情況，我們本次的設計就是基于超聲波反射這一特性。

但是和我們可以聽到的聲波不同，超聲波的波長比較短，這就意味著，它有著很多不同尋常的特性，第一，它的傳播特性非常好，能夠像光一樣，在介質中沿著直線傳播，對比可聽到的聲波，超聲波對障礙物有著更強的穿透力。第二，就是功率特性非常好，我們都知道聲波的頻率和功率是成正比例關系的，這就意味著聲波頻率越高其功率就會越大，所以超聲波的功率相比可聽聲波來說，功率會大出很多。這也是我們?yōu)槭裁匆捎贸暡y距的主要原因之一。

2.2 超聲波測距的距離控制

超聲波測距也有著距離的設定，利用聲波反射的原理，雖然可以極大的提高測距的精度，但是在測量過程中仍然存在距離的控制問題，距離太遠聲波測距就無法感知信號，距離太近的話就失去了設計的意義，信號會進入一個盲區(qū)，為了避免這樣的情況，本次設計，當距離低于3 米時就會發(fā)出提示，檢測距離為2 米到4.5 米，誤差大小控制在0.3 米的范圍之內，同時，當距離低于0.5 米時就會產生連續(xù)的提示，提醒避讓。

通常采用的控制方法包括縮小脈沖寬度、自動距離控制增益等都可以達到很好的控制水平和設計要求。

3 語音播報系統(tǒng)硬件設計綜述

3.1 設計的主要功能和目的

測距部分主要就是利用超聲波探頭，配合傳感器算出發(fā)射和回收信號的時間差來算出人和障礙物之間的距離，當達到系統(tǒng)設計的檢測范圍時，就會反饋到語音播報系統(tǒng)，利用語音播報部分對盲人進行提示。語音播報部分，通過實時分析信號數(shù)據(jù)進行報警提示，并針對不同的距離和溫度有著不同的提示方案。報警器部分主要利用光敏檢測和LED 燈裝置，通過中央處理器的控制來達到設計的目的，達到保證安全的水平。

此外設計中加入溫度補償和電源穩(wěn)壓的部分，對設計進行了優(yōu)化，保證了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)精度和整體的運行平穩(wěn)。

圖1 語音播報系統(tǒng)設計結構

3.2 系統(tǒng)設計的整個工作流程

整個系統(tǒng)設計以單片機為主要核心部件，控制此裝置發(fā)射超聲波，當超聲波發(fā)生后在經(jīng)過極短的一段時間后，超聲波會有反射信號接收到超聲波傳感器中，通過三極管的放大電路，分析得出最精確的超聲波信號，通過單片機控制算出人和障礙物之間的距離。這樣單片機就會通過對距離的分析，采取相應的措施，對系統(tǒng)的其它部分進行相關的指令操作。

3.3 超聲波測距部分概述

在本次設計中，我們采用了超聲波測距的方法，利用聲波反射的原理，通過時間差來算出人和障礙物之間的距離。設計的距離范圍是4.5 米，而且會在3 米的時候應用語音播報裝置進行提示，在距離少于0.5 米的時候，會配合報警器對盲人進行提示。采用這樣的設計可以節(jié)約經(jīng)濟成本，響應時間非常短，對周圍環(huán)境也沒有任何不良影響，同時設計可以在不同的工作情況下都可以完成距離檢測的任務。

測量部分主要由三個電路構成：振蕩電路、傳感器啟動電路和放大電路，它們完成了對超聲波信號的發(fā)射接收和處理分析，從而得出了精確的距離。

振蕩電路的主要作用就是產生可以啟動傳感器的一個脈沖信號，有了這個信號，當頻率達到設定時，電信號就可以成功的轉化成為聲音信號，我們本次設計的是50KHz 的超聲波信號。

圖2 振蕩電路示意圖

圖3 發(fā)射器啟動電路示意圖

啟動電路是為了啟動傳感器而設計的電路，啟動電路可以產生一個脈沖信號，用這個信號去啟動超聲波發(fā)射裝置，這樣裝置就會發(fā)出一個特定頻率的信號，這個脈沖信號被轉化成為超聲波信號后，就是我們設計發(fā)出的信號。

在設計中加入了轉換啟動放大電路，我們都知道距離測量有一定的范圍，在設定的范圍以內，超聲信號也會受到一定的干擾，為了保證距離測量的精度，加入了這樣一個電路，可以對返回的超聲波信號進行必要的修正，除去沒有意義的噪聲，把真正的超聲波信號放大，這樣就達到了我們設計的目的。

圖4 放大電路原理圖

4 結論

本次設計是基于51 單片機的語音播報器系統(tǒng)的設計，主要是為了方便盲人的出行，避免他們在這個過程中因為避讓不及而對身體造成傷害。通過總結前人的方法和自己查閱相關資料，本次設計已經(jīng)達到了最初設定的設計目標。同時也要認識到自己的不足，對于抑制外部的干擾我們沒有采取很好的應對措施，雖然達到了設計的要求，但是離高精度還有一段距離，這是本次設計的一個遺憾，希望在以后的設計中逐步的完善。