一種基于超聲波測距原理的導盲系統設計

　　當R40沒(méi)有收到超聲波時(shí)，R40沒(méi)有交流輸出，BG2處于靜態(tài)，BG3也處于靜態(tài)。C8、D5、D6組成的倍壓檢波電路沒(méi)有直流電壓輸出，BG4處于無(wú)偏置狀態(tài)，處于截止狀態(tài)，無(wú)信號輸出。

　　BG4是以開(kāi)關(guān)方式工作的，當R40檢測到超聲波時(shí)，BG4飽和，C—E之間等于短路，當R40沒(méi)有檢測到超聲波時(shí)，BG4截止，C—E之間等于開(kāi)路。

　　2.4 溫度測量電路

　　常溫下，超聲波的傳播速度為340m/s，但傳播速度易受到空氣的溫度、濕度、壓強等因素的影響，其中溫度的影響最大，一般溫度每升高1℃，聲速增加約為0.61m/s。

　　本文采用DS18B20檢測現場(chǎng)溫度，用以實(shí)現實(shí)際波速的校準。DS18B20是DallaS公司開(kāi)發(fā)的12Wire(單總線(xiàn))高精度數字式半導體溫度傳感器。其抗干擾能力強、轉換精度高，使用時(shí)無(wú)需標定或調試，與微處理器的接口電路簡(jiǎn)單，可方便地實(shí)現多點(diǎn)組網(wǎng)測溫，給硬件設計帶來(lái)了極大的方便。

　　DS18B20單總線(xiàn)通信功能是分時(shí)完成的，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。

　　操作協(xié)議為：初始化DS18B20(發(fā)復位脈沖)→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數據。系統采用STC89S52作為控制核心，P1.7接數據總線(xiàn)，控制DS18B20進(jìn)行溫度轉換和傳輸數據，同時(shí)數據總線(xiàn)上還要接4.7k左右的上拉電阻。

　　對DS18B20采用外部供電，從VDD引腳接入一個(gè)外部電源，優(yōu)點(diǎn)在于I/O線(xiàn)不需要上拉，而且總線(xiàn)控制器無(wú)需在溫度轉換期間一直保持高電平。這樣在轉換期間可以允許在單線(xiàn)總線(xiàn)上傳輸其他數據，硬件電路如圖5所示。

　　2.5 語(yǔ)音電路設計

　　本系統語(yǔ)音模塊采用了SYN6658語(yǔ)音模塊。SYN6658通過(guò)UART接口或SPI接口通訊方式，接收待合成的文本數據，實(shí)現文本到語(yǔ)音的轉換它具有小尺寸貼片封裝、硬件接口簡(jiǎn)單、低功耗、音色清亮圓潤等優(yōu)點(diǎn)。除此之外，SYN6658在識別文本/數字/字符串中更智能、更準確，語(yǔ)音合成自然度上升了一個(gè)大的臺階。本系統利用該芯片進(jìn)行語(yǔ)音播報從而實(shí)現導航的效果。

　　主控制器STC12C5A60S2和SYN6658語(yǔ)音合成芯片之間通過(guò)UART接口或SPI接口連接，控制器可通過(guò)通訊接口向SYN6658語(yǔ)音合成芯片發(fā)送控制命令和導航提示語(yǔ)句文本，SYN6658語(yǔ)音合成芯片把接收到的導航語(yǔ)句文本合成為語(yǔ)音信號輸出，輸出的信號經(jīng)功率放大器放大后由喇叭播放。

　　3 軟件設計

　　本系統的軟件主要完成超聲波的發(fā)射、接收、單片機的計時(shí)及溫度補償后的距離計算、語(yǔ)音播報等功能。它包括主程序、計時(shí)中斷子程序、語(yǔ)音播報子程序等。其流程如圖6所示。

　　4 結束語(yǔ)

　　本系統經(jīng)過(guò)多次試驗，測試所得結果與設計要求基本一致。系統成功且精確地測出距離并進(jìn)行了溫度補償計算，本超聲波測距的導盲設計有效距離可達到3.8m，測量精度為2.0cm，同時(shí)可以實(shí)時(shí)地通過(guò)語(yǔ)音模塊播報提示，具有很好的導航功能，能夠滿(mǎn)足盲人導航器的設計要求，為盲人安全、快速行走提供了保障。