盲道巡檢器的設計研究

居笑天，張 維，李 謹

（天津農學院 工程技術學院，天津 300384）

盲道是現代文明社會為盲人出行設置的專用通道，用于鋪設盲道的磚塊上面都有非常明顯的、突起的豎條或圓點，作用就是讓盲人走在上面能夠感覺到腳下花紋的存在，指示前進的方向。由于部分人對盲道缺乏認識，占用盲道的事情時有發生，這給盲人的日常出行造成了極大的不便，甚至出現盲人不敢獨自出門的局面。基于此，小組對盲道循跡小車做了研究和設計。若把尋跡小車看作一個人，眼睛是人最重要的器官，文章重點介紹的便是小車的眼睛：超聲波避障和攝像頭模塊。

1 模塊介紹

（1）主控板。STM32F103RCT6是一種嵌入式-微控制器的集成電路（IC），芯體尺寸是32位，速度是72MHz，程序存儲器容量是256KB，存儲器類型是F蘊ASH，RAM容量是48K。

（2）舵機模塊。舵機的工作原理是：PWM信號由接收通道進入信號解調電路BA66881的12腳進行解調，獲得一個直流偏置電壓。該直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差由BA6688的3腳輸出。該輸出送人電機驅動集成電路BA6686，以驅動電機正反轉。當電機轉速一定時，通過級聯減速齒輪帶動電位器R。旋轉，直到電壓差為O，電機停止轉動。舵機的控制信號是PWM信號，利用占空比的變化改變舵機的位置。

標準的舵機有3條導線，分別是：電源線、地線、控制線。電源線和地線用于提供舵機內部的直流電機和控制線路所需的能源，電壓通常介于4～6V，一般取5V。注意，給舵機供電電源應能提供足夠的功率。控制線的輸入是一個寬度可調的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為20ms（即頻率為50Hz）。當方波的脈沖寬度改變時，舵機轉軸的角度發生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。通過控制舵機，從而控制攝像頭的拍攝角度和范圍，實現大范圍采集圖像，更有效的清除盲道障礙。

（3）超聲波模塊。超聲波傳感器的典型應用之一就是測量物體與物體之間的距離。其工作原理是：傳感器向介質發射超聲波，聲波遇到目標后必然有反射回波在傳感器上。基于這個工作原理，在設定好距離之后，小車在盲道上行進，若是傳感器上有回波，則表明盲道上有障礙物。一個引腳接發送端，一個引腳接接收端即可。工作時，發送端引腳置高電平10us時間的脈沖，這將激發超聲波模塊發送8個40khz周期的電平信號，然后模塊的收端開始檢測回波。一旦發現有回波信號，就會輸出一個響應給接收端引腳，這個響應是一個高電平脈沖。

（4）攝像頭模塊。OV7670圖像傳感器，體積小、工作電壓低，提供單片VGA攝像頭和影像處理器的所有功能。通過SCCB總線控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位影響數據。該產品VGA圖像最高達到30幀/秒。用戶可以完全控制圖像質量、數據格式和傳輸方式。OV7670圖像的功能模塊包括感光陣列，模擬信號處理，A/D轉換，測試圖案發生器，數字信號處理器，圖像縮放，時序發生器，數字視頻端口，SCCB接口，蘊ED和閃光燈輸出控制。

2 問題分析

攝像頭模塊采用的是OV7670型號，不帶FIFO。作者一開始初步調試攝像頭時采用51單片機驅動。經過漫長且艱難的實驗過程，仍然無法使攝像頭正常工作。在查閱一系列資料之后，發現OV7670帶FIFO模塊，是針對慢速的MCU能夠實現圖像采集控制推出的，帶有緩沖存儲空間的一種模塊。這種模塊增加了一個FIFO（先進先出）存儲芯片。OV7670，不帶FIFO在51單片機下很難甚至無法驅動使用。所以必須尋求兩種解決辦法，一種是增加一個緩沖，如FIFO，另外一個就是使用高速，如采用32位MCU。8位單片機實現的多數僅僅是提供一個SCCB總線讀取或者設置的功能，即使是32位。如果針對8位單片機，圖像采集是不現實的，只能用更高級的MCU或者采取更靈活的處理手段才能實現真正的圖像采集。

為真正實現圖像的采集并且能夠處理圖像數據提供了3個方案：①如果用8為實現采集和處理，基本不現實，簡單處理的話，用帶FIFO的攝像頭；于可以用32位的高速芯片，也有些直接由圖像傳感器接口的；③真正的圖像采集和處理，使用DSP圖像采集處理芯片，如TI何ADI公司的芯片，但是這些芯片的價格高。

3 結語

筆者研究設計的盲道循跡小車能切實地改善解決盲道出行問題，給廣大盲人朋友一個安全、暢通的出行環境，為其生活帶來來自社會的幸福。研究設計已進行大半，但未得到預期成果，后續將更努力。鑒于此，文章并未完全分析并展示成果，但就遇到的問題做了充分說明并進行解決方案的探討，接下來會改善實驗不足，完善未做工作，以達最佳使用效果。

［1］ 張瑩.基于嵌入式技術的導盲機器人設計［D］.杭州：浙江工業大學，2011.