基于超聲波測距和PSD紅外測距的智能語(yǔ)音導盲器

　　設計了一種以超聲波測距和PSD紅外測距為核心的智能語(yǔ)音導盲器。利用STC12C5A60S2單片機循環(huán)采樣，ISD1700語(yǔ)音芯片作語(yǔ)音提示，實(shí)現導盲提示的功能。整個(gè)導盲裝置將放置于使用者頭部，其中，超聲波探測器探測方向可隨使用者頭部指向變化而變化，探測距離為5 m，精確到百分位，通過(guò)耳機向使用者報數，實(shí)現方向與距離的精確指示。

　　0引言

　　我國是世界上盲人最多的國家，約有900萬(wàn)視力殘疾者，占全世界的盲人總數的1/5左右，每年會(huì )新增盲人45萬(wàn)，即約每分鐘增加一人。完全失明的盲人，在行動(dòng)引導方面遇到了很大的困難。傳統的手杖無(wú)法及時(shí)地告知盲人前方障礙物的具體位置。因此，一種廉價(jià)實(shí)用的智能導盲器的意義重大。

　　本文設計了一種以超聲波測距和PSD紅外測距為核心的智能語(yǔ)音導盲器。利用STC12C5A60S2單片機循環(huán)采樣，ISD1700語(yǔ)音芯片作語(yǔ)音提示，實(shí)現導盲提示的功能。本設計著(zhù)重于解決使用者對前方障礙物的感知，因此本設計的超聲波探測器探測方向，隨使用者頭部指向變化而變化，與使用者頭部指向完全一致，且探測距離為5 m.通過(guò)耳機向使用者報數，精確到百分位，實(shí)現方向與距離的精確指示。

　　1系統結構

　　如圖1所示本設計由探測，處理，提示3大部分組成。其中探測模塊由中央探測和側翼探測2個(gè)部分組成，探測模塊所輸出的信號發(fā)送給STC12C5A60S2單片機，通過(guò)A/D轉換、判別并通過(guò)語(yǔ)音芯片和震動(dòng)器作距離提示。

　　2探測模塊

　　本設計中央探測模塊使用超聲波探測，其測距原理為超聲波裝置發(fā)射超聲波并接受反射回波，通過(guò)兩者時(shí)間差t，利用公式d=v0t/2計算距離，d為超聲波發(fā)射裝置與障礙物的距離;v0為聲波在介質(zhì)中傳播的速率(

　　本設計側翼探測模塊使用紅外測距傳感器探測。該探測器采用三角測量原理(如圖2所示)，可以測得裝置到障礙物的距離(20～150 cm)，探測角15°(見(jiàn)圖3)，距離以模擬量輸出，經(jīng)單片機A/D轉換后，根據需要設置多重范圍報警。本設計的3個(gè)探測器將分別負責3個(gè)方向的探測，角度設置如圖3所示。

　　中間的探測器指向正前方，左右兩邊的探測器中線(xiàn)各與中線(xiàn)成90°角，這樣就可以組成一個(gè)可以探測前半球180°的模組。

　　紅外測距傳感器三角測量原理：激光三角法測距的基本原理是基于平面三角幾何。其方法是讓一束激光經(jīng)發(fā)射透鏡準直后照射到被測物體表面上，由物體表面散射的光線(xiàn)通過(guò)接收透鏡會(huì )聚到高分辨率的光電檢測器件上，形成一個(gè)散射光斑，該散射光斑的中心位置由傳感器與被測物體表面之間的距離決定。而光電檢測器件輸出的電信號與光斑的中心位置有關(guān)。因此，通過(guò)對光電檢測器件輸出的電信號進(jìn)行運算處理就可獲得傳感器與被測物體表面之間的距離信息。為了達到精確的聚焦，發(fā)射光束和光電檢測器件受光面以及接收透鏡平面必須相交于一點(diǎn)。

　　紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當遇到物體以后，光束會(huì )反射回來(lái)，測量示意圖如圖4所示。反射回來(lái)的紅外光線(xiàn)被光感應板檢測到以后，會(huì )獲得一個(gè)偏移值L，利用三角關(guān)系，在知道了發(fā)射角度α，偏移距L，中心矩X，以及濾鏡的焦距f以后，傳感器到物體的距離D就可以通過(guò)幾何關(guān)系D=fX/L計算出來(lái)了。當距離D足夠小時(shí)，L值會(huì )相當的大，超過(guò)光感應板的探測范圍，這時(shí)，雖然物體很近，但是傳感器反而看不到了。當物體的距離D很大時(shí)，L值就會(huì )很小，這時(shí)光感應板能否分辨出這個(gè)很小的L成為關(guān)鍵，也就是說(shuō)光感應板的分辨率決定能不能獲得足夠精確的L值。要檢測越是遠的物體，光感應板的分辨率要求就越高。