基于超聲波測距和PSD紅外測距的智能語音導盲器

摘 要： 設計了一種以超聲波測距和PSD紅外測距為核心的智能語音導盲器。利用STC12C5A60S2單片機循環采樣，ISD1700語音芯片作語音提示，實現導盲提示的功能。整個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，通過耳機向使用者報數，實現方向與距離的精確指示。

關鍵詞： 超聲波測距； 紅外測距； 三角測量原理； 語音提示

中圖分類號： TN98?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）10?0115?04

0 引 言

我國是世界上盲人最多的國家，約有900萬視力殘疾者，占全世界的盲人總數的[15]左右，每年會新增盲人45萬，即約每分鐘增加一人[1?4]。完全失明的盲人，在行動引導方面遇到了很大的困難。傳統的手杖無法及時地告知盲人前方障礙物的具體位置。因此，一種廉價實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音導盲器。利用STC12C5A60S2單片機循環采樣，ISD1700語音芯片作語音提示，實現導盲提示的功能。本設計著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。通過耳機向使用者報數，精確到百分位，實現方向與距離的精確指示。

1 系統結構

2 探測模塊

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

紅外測距傳感器三角測量原理[5?6]：激光三角法測距的基本原理是基于平面三角幾何[8?9]。其方法是讓一束激光經發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通過接收透鏡會聚到高分辨率的光電檢測器件上， 形成一個散射光斑， 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。因此， 通過對光電檢測器件輸出的電信號進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 。

5 系統工作過程簡述

6 系統測試

（1）測試報警系統能否實現預期功能

（2）報警系統工作的穩定性

系統連續開機2 h，每隔15 min，檢查系統一次，系統長時間開機后仍能正常工作。

7 結論與展望

本設計實現了多重距離探測，多向距離探測和多重報警語音提示的功能。在設計過程中，堅持小型、快速、實用、智能的思想，盡可能地實現更多的功能。為此，選定探測距離為4～500 cm的超聲波探頭和20～150 cm的紅外探頭做多重距離提示。

目前國內外的導盲器都是采用比較成熟的超聲波測障，而更人性化的導盲器會具有圖像處理系統或者GPS定位系統。本設計在正面探測仍采用成熟的超聲波，并以一定向下的傾角，探測地上障礙物，作為取代導盲杖的一種嘗試。用紅外探頭作左右兩邊的探測，使裝置成本大幅下降，且體積小功耗低。本裝置成本合理，而具有圖像處理系統或者GPS定位系統的導盲器價格很高。因此本設計有一定實用價值。

參考文獻

[1] 曹文思，鞏魯洪.基于ATmega64單片機智能導盲系統設計[J].華北水利水電學院學報，2010，30（5）：106?109.

[2] 張蘭，楊濟民，韓曉麗，等.基于C8051F060 的超聲波導盲系統設計[J].現代電子技術，2009，32（24）：160?162.

[3] LI D P， SUN F R. Diagnostic availability research of infrared fault diagnosis of machine and electric device [J]. Mechanical Electrical Engineering Magazine， 2004， 34（7）： 44?48.

[4] 王玲.有關當前盲人圖書館發展討論[J].江西圖書館學刊，2006（7）：65?67.

[5] 王勃寧.基于PSD測距的智能光電導盲器設計[J].科協論壇，2010（11）：66?67.

[6] 高經武，趙鳳華.PSD傳感器原理及應用[J].電子設計工程，2002（3）：56?58.

[7] 劉永亮，仇三山.用SPI實現dsPIC與ISD語音芯片通信[J].單片機與嵌入式系統，2005（11）：40?45.

[8] 朱尚明，葛運建.激光三角法測距傳感器的設計與實現[J].自動化儀表，1998（12）：10?12.

[9] 朱尚明.位置敏感檢測器PSD及其應用研究[J].自動化儀表，1996（2）：32?35.