基于C8051F060的超聲波導盲系統(tǒng)設計

摘要：針對盲人日常行動的不方便，提出一種基于單片機的超聲波導盲系統(tǒng)的設計方案，詳細介紹設計的硬件部分。該系統(tǒng)利用C8051F060為核心硬件，主要包括超聲波發(fā)送、接收以及信號處理三部分，能夠識別出34 cm～3 m內(nèi)的障礙物。該系統(tǒng)基于單片機控制，便于系統(tǒng)功能的進一步擴展，同時具有功耗小，成本低，軟硬件資源豐富等優(yōu)點，因此具有一定的實用價值和應用前景。
關鍵詞：導盲系統(tǒng)；超聲波；單片機；C8051F060

0 引 言
隨著人民生活水平的不斷進步，讓生活變得越來越簡單、方便成為了人民普遍追求的生活理念。盲人既是普通人民中的一員，又是一個特殊群體。他們由于先天的生理缺陷在日常生活中比常人會遇到更多的不方便，不能準確及時地躲避障礙物就是一個重要的弊端。如果有一根既輕巧，又便宜，同時又能及時地識別周圍障礙物并發(fā)出報警信號的手杖在盲人的手中將會為盲人的生活提供極大的方便。同時隨著計算機技術、自動化技術及工業(yè)機器人的不斷出現(xiàn)，測距與識別技術在工業(yè)中已經(jīng)得到了普遍的發(fā)展，如何把這種非接觸式檢測與識別技術應用與民用領域也變得十分重要。這里介紹的倒盲杖系統(tǒng)設計就是很好地結合二者產(chǎn)需的例子。
因為超聲波傳播速度慢，指向性強，能級消耗緩慢，對色彩、光照度不敏感，同時超聲波傳感器結構簡單、體積小、費用低、信息處理簡單可靠，易于小型化與集成化，并且可以進行實時控制，因此該系統(tǒng)采用超聲波檢測的方法實現(xiàn)對障礙物的識別。該設計是利用美國Silicon Laboratories公司的高性能、高集成度SoCC8051F060為核心硬件，通過其對外圍電路的控制以自身強大的信號處理能力實現(xiàn)障礙物檢測的功能。

1 系統(tǒng)構成及設計原理
該設計是利用美國Silicon Laboratories公司的高性能、高集成度SoC(System on a Chip)C8051F060為核心硬件。在手杖的著地端的前上方、前下方、左前方、右前方各安置一個超聲探頭，通過芯片與探頭及外圍電路共同組成的信號發(fā)送與識別系統(tǒng)完成導盲的功能。系統(tǒng)工作原理方框示意圖如圖1所示。

超聲信號的工作頻率是40 kHz，首先C8051F060MCU產(chǎn)生4路40 kHz的方波信號分別由換能器輸送到手杖末端的超聲探頭。工作時第一個探頭先發(fā)出16個周期的超聲波信號，之后開始接收回波信號，回波信號先經(jīng)比例放大后得到較大的信號，再進入自動增益控制部分，將信號放大為單片機能夠識別的信號，然后再對信號低通濾波后送入單片機，然后第二個探頭再發(fā)送16個周期的超聲信號，以同樣的方式接收處理，隨后是第三個、第四個、第一個，如此循環(huán)發(fā)送接收。將兩個探頭發(fā)送時間間隔定為18．5 ms，這樣除去發(fā)送時間、消余震時間與信號處理時間總計約2．9 ms，剩余的15．6 ms用來接收34 cm～3 m內(nèi)的障礙物反射回來的回波信號。