盲道巡檢器的設(shè)計(jì)研究

居笑天，張 維，李 謹(jǐn)

（天津農(nóng)學(xué)院 工程技術(shù)學(xué)院，天津 300384）

盲道是現(xiàn)代文明社會為盲人出行設(shè)置的專用通道，用于鋪設(shè)盲道的磚塊上面都有非常明顯的、突起的豎條或圓點(diǎn)，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(jìn)的方向。由于部分人對盲道缺乏認(rèn)識，占用盲道的事情時(shí)有發(fā)生，這給盲人的日常出行造成了極大的不便，甚至出現(xiàn)盲人不敢獨(dú)自出門的局面。基于此，小組對盲道循跡小車做了研究和設(shè)計(jì)。若把尋跡小車看作一個(gè)人，眼睛是人最重要的器官，文章重點(diǎn)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(yùn)ASH，RAM容量是48K。

（2）舵機(jī)模塊。舵機(jī)的工作原理是：PWM信號由接收通道進(jìn)入信號解調(diào)電路BA66881的12腳進(jìn)行解調(diào)，獲得一個(gè)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(jī)驅(qū)動集成電路BA6686，以驅(qū)動電機(jī)正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器R。旋轉(zhuǎn)，直到電壓差為O，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。舵機(jī)的控制信號是PWM信號，利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置。

標(biāo)準(zhǔn)的舵機(jī)有3條導(dǎo)線，分別是：電源線、地線、控制線。電源線和地線用于提供舵機(jī)內(nèi)部的直流電機(jī)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(jī)供電電源應(yīng)能提供足夠的功率。控制線的輸入是一個(gè)寬度可調(diào)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(dāng)方波的脈沖寬度改變時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。通過控制舵機(jī)，從而控制攝像頭的拍攝角度和范圍，實(shí)現(xiàn)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(yīng)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(zhì)發(fā)射超聲波，聲波遇到目標(biāo)后必然有反射回波在傳感器上。基于這個(gè)工作原理，在設(shè)定好距離之后，小車在盲道上行進(jìn)，若是傳感器上有回波，則表明盲道上有障礙物。一個(gè)引腳接發(fā)送端，一個(gè)引腳接接收端即可。工作時(shí)，發(fā)送端引腳置高電平10us時(shí)間的脈沖，這將激發(fā)超聲波模塊發(fā)送8個(gè)40khz周期的電平信號，然后模塊的收端開始檢測回波。一旦發(fā)現(xiàn)有回波信號，就會輸出一個(gè)響應(yīng)給接收端引腳，這個(gè)響應(yīng)是一個(gè)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(shù)據(jù)。該產(chǎn)品VGA圖像最高達(dá)到30幀/秒。用戶可以完全控制圖像質(zhì)量、數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換，測試圖案發(fā)生器，數(shù)字信號處理器，圖像縮放，時(shí)序發(fā)生器，數(shù)字視頻端口，SCCB接口，蘊(yùn)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(diào)試攝像頭時(shí)采用51單片機(jī)驅(qū)動。經(jīng)過漫長且艱難的實(shí)驗(yàn)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(fā)現(xiàn)OV7670帶FIFO模塊，是針對慢速的MCU能夠?qū)崿F(xiàn)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(gè)FIFO（先進(jìn)先出）存儲芯片。OV7670，不帶FIFO在51單片機(jī)下很難甚至無法驅(qū)動使用。所以必須尋求兩種解決辦法，一種是增加一個(gè)緩沖，如FIFO，另外一個(gè)就是使用高速，如采用32位MCU。8位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的多數(shù)僅僅是提供一個(gè)SCCB總線讀取或者設(shè)置的功能，即使是32位。如果針對8位單片機(jī)，圖像采集是不現(xiàn)實(shí)的，只能用更高級的MCU或者采取更靈活的處理手段才能實(shí)現(xiàn)真正的圖像采集。

為真正實(shí)現(xiàn)圖像的采集并且能夠處理圖像數(shù)據(jù)提供了3個(gè)方案：①如果用8為實(shí)現(xiàn)采集和處理，基本不現(xiàn)實(shí)，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(jià)格高。

3 結(jié)語

筆者研究設(shè)計(jì)的盲道循跡小車能切實(shí)地改善解決盲道出行問題，給廣大盲人朋友一個(gè)安全、暢通的出行環(huán)境，為其生活帶來來自社會的幸福。研究設(shè)計(jì)已進(jìn)行大半，但未得到預(yù)期成果，后續(xù)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(jìn)行解決方案的探討，接下來會改善實(shí)驗(yàn)不足，完善未做工作，以達(dá)最佳使用效果。

［1］ 張瑩.基于嵌入式技術(shù)的導(dǎo)盲機(jī)器人設(shè)計(jì)［D］.杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2011.