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摘 要

为了给盲人在户外行走的时候提供方便，降低受伤的风险，本次课题设计了一个盲人避障装置。本设计以STC89C52单片机，ISD1820语音芯片为主要部件，结合超声波模块，通过硬件与软件的结合实现电路功能。超声波模块用于探测前方是否存在障碍物，ISD1820语音芯片组成的电路用于报警，提示盲人注意前方的障碍物，此外为了更方便还加入了频率响应电路提示距离，灯光警示电路提醒行人避让。

盲人避障技术的关键是非接触式的检测，和常见的盲人避障设备相同，本次设计选用的也是超声波检测，而相对于那些设备来说，本次设计的避障系统的硬件电路比较简单，而且调试也比较方便，它的价格也很便宜，有一定的实用性，能帮助盲人规避障碍物。

关键词：避障 STC89C52 ISD1820 超声波模块

Design of obstacle avoidance device for the blind

ABSTRACT

In order to provide convenience for the blind to walk outdoors, reduce the risk of injury,The design has designed a blind obstacle avoidance device.This design uses STC89C52 MCU, voice chip isd1820 as main components, combined with ultrasonic module, through the combination of hardware and software to achieve the circuit function.Ultrasonic module is used for detecting whether the obstacle exists ahead, voice chip isd1820 circuit for alarm, warns the blind obstacles ahead. In addition to more convenient also joined the frequency response circuit to warn the distance, and joined light alarm circuit to remind pedestrians.

Blind obstacle avoidance technology is a non-contact detection, and simple to common blind obstacle avoidance device, this design chooses ultrasonic to do detection.Compared with the common blind obstacle avoidance device, the design of the obstacle avoidance system hardware circuit is relatively simple, and debugging is convenient, the price is also very cheap, it is practical, can help the blind to avoid obstacles.

Key Words: Obstacle avoidance;STC89C52;ISD1820;Ultrasonic module

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景和目的 1

1.2 研究现状和展望 1

1.3 设计任务和思路 3

第二章 电路设计 5

2.1 设计方案和原理框图 5

2.2 单片机控制电路的设计 6

2.2.1 STC89C52单片机硬件结构 7

2.2.2 单片机最小系统的设计 7

2.3 超声波发射电路的设计 10

2.4 超声波接收电路的设计 12

2.5 超声波模块HC-SR04 13

2.6 语音报警电路的设计 15

2.7 频率响应电路的设计 17

2.8 灯光警示电路的设计 18

第三章 软件设计 20

3.1 设计软件 20

3.2 系统流程设计 20

3.3 电路仿真设计 21

3.4 程序设计 24

3.4.1 STC89C52单片机定时器控制 24

3.4.2 程序设计 25

3.5 仿真结果分析 26

第四章 硬件调试 28

4.1 单元电路的调试 28

4.1.1 超声波发射和接收电路的调试 28

4.1.2 语音报警电路的调试 28

4.1.3 频率响应电路和灯光警示电路的调试 29

4.1.4 误差调试 29

参考文献 31

致谢 33

附录一 34

附录二 39

第一章 绪论

1.1 研究背景和目的

由于生理缺陷，盲人在日常生活和工作中，有很多不方便的地方，而对他们来说最大的问题是如何安全地走。为了解决这个问题，出现了一大批能够让盲人在户外出行时更加方便的现代化产品，例如导盲机器人、盲人电子眼镜和卫星导盲系统等。

从我国对于视力情况的调查来看，我国有近1300万的人存在视力残疾。据调查，许多盲人的受教育情况和经济状况都是比较糟糕的，他们没有办法上正常的学校，从事正常的工作。根据目前情况预测，到2020年时，世界上盲人的数量将上升到7500万，其中有也包括了很多儿童，他们幼小的心灵承受着本不该拥有的黑暗,他们多么渴望感触阳光,多么渴望感悟生活的多姿多彩!据调查，14岁以下的儿童，视力有问题的最主要的原因是先天性遗传了盲与低视力的眼部疾病，如先天性白内障、视神经萎缩、先天性小眼球角膜小以及视网膜色素变性。而对于60岁以上的老年人来说视力低下的主要原因就是白内障。如果我们不采取有效措施，到了2020年的时候中国的视力残疾人士将会是现在的4倍多，达到5000万以上，给患者带来痛苦的同时，也难以达成建设和谐社会的目标。

由于部分人缺少社会公德以及有关部门缺乏有效的监管，盲人在生活中也经常会受到各种不公平的待遇，他们无法享受和正常人一样的权利。此外，当盲人外出时经常会遇到很多危险情况，虽然国家在盲人公共设施上投入了大量经费，但是现实生活中有很多盲道却反而成为了盲人出行时隐形的危险，在很多盲道上经常会出现树干，邮筒，垃圾箱等障碍物，有的盲道甚至出现断层的现象，要是盲人在不知情的情况下走上这种盲道，那出现的后果是不可想象的。

在本文中，我们专注于设计一种方便携带的设备，盲人出行在外时拄着拐杖，并且把这个设备和拐杖安装在一起，该装置可以对前方是否存在障碍物做实时检测，并且能够做到实时语音提醒，可以帮助盲人避开障碍，防止因为撞到障碍物而受伤。

1.2 研究现状和展望

盲人避障技术的关键是需要在接触之前检测到障碍物，也就是非接触式检测技术，随着现代科技的不断发展，传感器以及单片机控制技术得到了长足的进步，从而促进了非接触式检测技术的不断完善。非接触式检测技术有两种典型的方法，其中一种就是使用红外线，在以往的很多设计中也采用了红外线来检测周围是否存在障碍物，但是在实际应用中，有很多干扰源都会对红外线造成干扰，而且在有反射光的情况下，设备很容易被光线干扰导致判断失误，从而出现虚假警报。为了避免这种现象，有些设备在原有基础上做了一点改进，那就是发送的时候发送的不是单一的红外线，而是一连串红外脉冲，然后对接收到的信号进行判断，如果反射回来的脉冲数超过一个设定值，就可以认为障碍存在。这种方法能够减低虚假警报的概率，但根据大量实验情况来看，强反射光和日光灯启辉还是容易对设备造成干扰。

非接触式检测技术的另一种典型方法是超声波检测，超声波检测方法和红外检测比起来有着更加广阔的市场前景。超声波的特征是在非均匀介质表面上会出现反射和叠加现象。利用超声波的反射特性，获得从界面上反射回来的反射波，然后通过内部电路的处理，就能够实现检测障碍物的目的。压电晶体是制作超声波传感器的主要原料，压电晶体组成的超声波传感器是一种可以双向转换的传感器，产生超声波的方式是将电能转换成机械振动，通过振动来产生超声波，而当它接收到超声波时，则会把机械振动转换成电能，因此超声波传感器要分成超声波发送器和超声波接收器两部分。超声波传感器的类型有两种：透射型和反射型，透射型常用于材料探伤和测厚，而反射型则常用于测距和防盗报警器等。

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