雷達位點測障拐杖的設計

惠坤龍 胡林慧 秦彥斌 郭子蒙 薛琦 高航

【摘 要】我國人口基數龐大，近年來老年人和盲人的數量日益增多，同時隨著城市的不斷發展，城市道路的障礙物越來越多，致使老年人及盲人的出行越來越困難。文章介紹的雷達位點測障拐杖可以利用雷達感應能力對前方障礙物發出警告和報出距離，給盲人和老人在行走過程中予以提醒，避免發生安全事故。

【關鍵詞】老年人；超聲波；測障拐杖

【中圖分類號】TS959.9 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）05-0105-02

0 引言

截至2017年，我國大約有1.5億的老年人和600多萬的盲人，也就是說，每10個中國人中就有1位老年人，同時每200名中國人中就有一位盲人。他們和常人一樣，需要努力工作、學習及照顧家庭；但是，他們受教育的機會少，就業機會少，需要面對更多衣食住行中出現的各種問題。然而，能為老年人和盲人提供服務和幫助的設備及基礎設施并不多，社會對盲人和老年人的幫助意識薄弱。為了逐步解決老年人和盲人在生活中不便利的問題，我們應從基礎做起，考慮老年人和盲人的出行問題，為老年人和盲人的出行安全提供保障。

很多老年人和盲人外出需要拐杖的幫助，盲人道的設計原理是為了方便老年人和盲人帶著拐杖出行，但是老年人和盲人外出依然面臨很多問題。首先是安全問題，老年人和盲人出行時，如果遭遇打劫或偷盜行為，他們基本沒有自保能力；在通過十字路口或者馬路時，也有很多安全隱患。其次是外出路線問題，大多數老年人和盲人記路線依靠腦子死記硬背，所以如果走錯路，他們就很難成功地走回家。最后是外出效率和舒適性的問題，老年人和盲人走路不僅慢，而且遠距離步行會很累，身體會吃不消。

1 雷達位點測障拐杖系統的設計

1.1 單片機在測障拐杖上的應用

單片機早已滲透我們日常生活中的很多領域，例如導航裝置控制飛機、高鐵上的各種類型儀表、網絡通信等，這些設備和領域都與單片機有著千絲萬縷的關系。①在智能化儀器和儀表方面的應用。單片機具有功耗低、體積小、擴展靈活、控制功能強、微型化、使用便捷的特點，在精密儀器及儀表中的應用廣泛，單片機結合各種類型的傳感器，能實現諸如功率、頻率、濕度、溫度、電壓、流速、厚度、角度、長度、壓力、硬度、元素等物理度量的測定。有了單片機的控制，可以使精密儀器及各類儀表更加智能化、數字化、微型化，而且其功能比采用電子和數字電路更強大。②在工業上的應用。單片機可以組成多種形式的控制和數據采集系統。③在家用電器上的應用。家用電器幾乎都采用了單片機的控制，如電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、音響等。④在其他方面的應用。例如，倒車雷達、智能測障拐杖等。

1.2 雷達位點測障拐杖系統的設計

1.2.1 CPU控制系統的設計

本次設計采用的是AT89S52單片機（如圖1所示），該機型的引腳有40個，是一種低功耗、高性能并且含有8 K字節快閃只讀存儲器的8位CMOS微控制器。

AT89S52的主要性能：與MCS-51微控制器產品兼容；編程所需的所有電壓都不需外部電路提供；電壓（Vcc）調節范圍為2.7～6 V；全靜態工作由0 Hz～16 MHz；有32條可編程I/O線；有128×8 bit位內部RAM；有3個16位定時器/計數器。

AT89S52芯片的40個引腳功能如下。Vcc：電源。GND：接地作用。RST：復位信號輸入。XTAL1：反向振蕩放大器及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：反向振蕩放大器的輸出。PSEN：外部程序的存儲器讀選通信號，在取指期間，每個機器周期都有2次/PSEN有效；在訪問外部數據存儲器時，這2次有效的/PSEN信號不會出現。EA/VPP：當加密的方式為1時，EA把內部鎖定成RESET；在編程的時候，使用12 V的編程電源（VPP）編寫引腳。P0：8位的漏級及開路雙向I/O端口，每個引腳能吸收8TTL門電流；當P1端口的引腳首次寫1時，被定義為高阻輸入。P1：8位的雙向I/O端口。P2：帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3：引腳P3.0～P3.7為帶內部上拉的雙向I/O引腳。

1.2.2 超聲波換能系統的設計

超聲波換能系統的設計可分為收發一體式與收發分體式。其中，收發一體式是指能將超聲波發送出去，也能接收超聲波；而收發分體式則指由專門的發送器將超聲波發送出去，再由專門的接收器將超聲波接收回來。本系統采用的超聲波測距模塊如圖2所示。

超聲波測距模塊可提供2～400 cm的距離感測功能，測量精度可以控制在2 mm范圍內，該系統模塊還包含了發送和接收超聲波的裝置及相應的控制電路。Vcc可提供5 V左右的電源，將GND端口接地，TRIG則控制觸發信號的輸入，ECHO控制回相信號輸出。

控制換能的電路主要由超聲波信號所產生的功率來驅動。根據該電路的需要，發射信號的電路應該滿足以下要求。

（1）振蕩電路中的振蕩頻率可以調節。本系統設計中使用“555”型振蕩電路（如圖3所示）。

（2）驅動電路的能力強。本系統設計中控制驅動電路的超聲波傳感器原理圖如圖4所示。

（3）增加I/O端口的控制。為了加大超聲波測距系統的量程范圍，需配置驅動電路（如圖5所示）。

此超聲波模塊可提供10～500 cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可控制在1 cm范圍內。

1.2.3 燈光示警系統的設計

燈光示警系統的設計主要采用燈光示警模式，用閃動的指示燈來警示行人或者車輛，此外還會通過聲音示警，發出特定的語音提示使用人。此次設計添加了光控制LED燈示警系統，用于夜晚時提醒車輛和行人避讓老年人和盲人。該系統的光線集采電路原理如圖6所示。

1.2.4

穩定電源系統的設計目的是給其他電路正常工作提供穩定的電能。而電源設計也是所有電路設計中至關重要的環節。穩壓供電原理圖如圖7所示。

2 結語

本系統的設計充分結合了單片機的運算、控制兩大功能，依照超聲波的特性和使用方式，對超聲波的測距模塊和系統進行設計。將超聲波用于測距方面，會更加便捷、高效、迅速且容易實現實時控制。除此之外，還能做到符合工業上對于測量精度的要求。隨著國家經濟、科技、社會的不斷發展，對超聲波的使用將會越來越頻繁，其應用范圍也會越來越廣泛，但是目前的超聲波技術水平還有待提高，所以這是一個正在蓬勃發展并有著無限前景的技術產業領域。

參 考 文 獻

[1]劉飛.多功能導向拐杖的設計[J].中國醫學裝備，2016（9）.

[2]賈丹平.多功能盲人智能拐杖的設計[J].電子設計工程，2016（7）.

[3]韓普.基于單片機智能拐杖設計[J].電腦知識與技術，2017（13）.

[責任編輯：鐘聲賢]