基于超聲波測距的導盲儀設計研究

張孟陽 翟士余

摘 要：為了讓盲人對障礙物進行安全避讓，導盲儀的應用與設計十分重要。導盲儀具備多樣性，并且其工作原理也各不相同。本文對基于STC89C52單片機的超聲波測距導盲系統進行設計，并對其工作原理、機構設計進行闡述。

關鍵詞：超聲波測距；導盲儀；STC89C52單片機；US-100模塊

超聲波具備良好的傳播特性，在社會的多個領域得到了廣泛應用。應用超聲波進行測距，不論是在硬件設計方面，還是在軟件編程方面都具備較強的便利性。同時基于超聲波測距的導盲系統較為輕便、快捷、攜帶方便，并且測量更加精準。

1超聲波測距原理

超聲波測距的方法主要由聲波幅值檢測法、渡越時間法等，本文利用渡越時間法實現測距。首先由超聲波發射器發出聲波，并由單片機對計時器進行控制開始計時。超聲波在碰到障礙物會產生回波，并立即返回，當接收器接收到回波時，計時器會停止計時。超聲波的空氣傳播速度v，計時器所記錄時間Δt，對傳播距離s進行計算：

s=v×Δt/2 （1）

超聲波在空氣中的傳播不僅與溫度有關，還與濕度有關。在干燥空氣中超聲波速度v0=331.5m/s。在室溫為t℃時，空氣中的聲速：

v=v01+tT0 （2）

因為空氣具備相應濕度，所以在溫度為t℃，相對濕度為r時，聲速：

v=331.51+tT0（1+0.31rPsP） （3）

2硬件及電路設計

測距系統包括單片機、檢測溫度、發射、接受處理、報警、數碼顯示模塊。以單片機STC89C52為主控單元，應用自帶溫度補償功能的US-100為超聲波傳感器。對系統電路進行設計：時鐘電路。單片機STC89C52中包含具備高增益的一個反相放大器，以組建振蕩器，并產生時鐘信號；數碼管顯示電路。應用單片機STC89C52通過P0口利用鎖存器SN74HC573DW對兩個共陰的4為一體8位數碼管進行驅動；蜂鳴報警電路。通過單片機STC89C52的P2.3管腳對蜂鳴器進行控制，當所測距離小于0.5米，蜂鳴器就會出現報警；US-100模塊。在非接觸情況下的測量距離為2-4.5米，帶有溫度補償功能，可以對測量結果進行有效校正。

3軟件設計

3.1整體設計與程序

利用US-100串口測距原理對程序進行編寫，先要對串口實施初始化，然后對超聲波脈沖進行有效發射，并對檢測狀態進行等待，在對回波進行接收后，對距離進行有效計算，再由單片機進行處理，并在數碼管上進行顯示。在距離低于0.5米時，蜂鳴器就會發出報警。所以主程序為：

void main（void）

{

unsigned long distance=0；

UART_init（）； //串口和波特率初始化

while（1）

{

distance=rebuf[0]*256+rebuf[1]； //計算距離

DisplayLED（distance）； //數碼管顯示距離

if（distance<500） //距離<0.5米時報警

{

int a；

for（a=0；a<500；a++）

{

buzzer=～buzzer；

}

}

}

}

程序中rebuf[0]、rebuf[1]為接收緩沖區，定義于idata區。rebuf[0]對距離值的高8位進行接收，rebuf[1]對距離值的低8位進行接收。主程序中包括蜂鳴器報警程序。

3.2初始化程序

初始化程序主要是對定時器工作以及串口通信的相應模式進行設置。初始化程序：

void UART_init（）

{

…………….

TMOD=0x21； //設計定時器工作方式

…………….

SM0=0； //設置串口通信模式

SM1=1；

……………

}

3.3超聲波發送程序

void MeterTempByUART（） //發送超聲波脈沖

{

UASTSnd（0X55）；

}

3.4寫字符程序

void UARTSnd（unsigned char dat）

{

TI=0； //清零發送標志，如果TI為0等待

SBUF=dat； //寫字節帶特殊控制寄存器SBUF

while（！TI）；

TX=～TX； //啟動超聲波發射器

}

3.5數碼管掃描程序

void UART_ISR（void）interrupt4

{

uchar temp，K；

ES=0； //關中斷

if（RI）

{

RI=0； //清接收標志

temp=SBUF；

rebuf[k]=temp；

k++；

if（k==2） //k=數據長度

k=0；

RX=～RX；

}

ES=1； //開中

}

3.6數碼管顯示程序

void DisplayLED（unsigned long number）

{

if（number>4500）

{

dispbuf[0]=10；

dispbuf[1]=10；

dispbuf[2]=10；

dispbuf[3]=10；

}

else if（number<4500）

{

dispbuf[0]=number/1000；

dispbuf[1]=number%1000/100；

dispbuf[2]=number%100/10；

dispbuf[3]=number%10；

}

P0=Tab[dispbuf[dispcount]]；

…………………………………

dispcount++；

if（dispcount==4） //4位數碼管顯示位

{

dispcount=0；

}

count++；

if（count==100）

{

count=0；

MeterTempByUART（）；

}

4結束語

通過仿真實驗顯示，實際值和測量值之間有著0-10mm的誤差，并且具備良好的穩定性以及重復性，滿足實際的使用需求。同時超聲波測距導盲儀的應用更加便捷、精準，便于盲人進行攜帶。

參考文獻：

[1]基于單片機的超聲波導盲杖設計研究[J].張超.科技信息.2014（04）.