一種基于超聲波測(cè)距原理的導(dǎo)盲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　當(dāng)R40沒有收到超聲波時(shí)，R40沒有交流輸出，BG2處于靜態(tài)，BG3也處于靜態(tài)。C8、D5、D6組成的倍壓檢波電路沒有直流電壓輸出，BG4處于無偏置狀態(tài)，處于截止?fàn)顟B(tài)，無信號(hào)輸出。

　　BG4是以開關(guān)方式工作的，當(dāng)R40檢測(cè)到超聲波時(shí)，BG4飽和，C—E之間等于短路，當(dāng)R40沒有檢測(cè)到超聲波時(shí)，BG4截止，C—E之間等于開路。

　　2.4 溫度測(cè)量電路

　　常溫下，超聲波的傳播速度為340m/s，但傳播速度易受到空氣的溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響，其中溫度的影響最大，一般溫度每升高1℃，聲速增加約為0.61m/s。

　　本文采用DS18B20檢測(cè)現(xiàn)場溫度，用以實(shí)現(xiàn)實(shí)際波速的校準(zhǔn)。DS18B20是DallaS公司開發(fā)的12Wire(單總線)高精度數(shù)字式半導(dǎo)體溫度傳感器。其抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高，使用時(shí)無需標(biāo)定或調(diào)試，與微處理器的接口電路簡單，可方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)測(cè)溫，給硬件設(shè)計(jì)帶來了極大的方便。

　　DS18B20單總線通信功能是分時(shí)完成的，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。

　　操作協(xié)議為：初始化DS18B20(發(fā)復(fù)位脈沖)→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用STC89S52作為控制核心，P1.7接數(shù)據(jù)總線，控制DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換和傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)總線上還要接4.7k左右的上拉電阻。

　　對(duì)DS18B20采用外部供電，從VDD引腳接入一個(gè)外部電源，優(yōu)點(diǎn)在于I/O線不需要上拉，而且總線控制器無需在溫度轉(zhuǎn)換期間一直保持高電平。這樣在轉(zhuǎn)換期間可以允許在單線總線上傳輸其他數(shù)據(jù)，硬件電路如圖5所示。

　　2.5 語音電路設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)語音模塊采用了SYN6658語音模塊。SYN6658通過UART接口或SPI接口通訊方式，接收待合成的文本數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)文本到語音的轉(zhuǎn)換它具有小尺寸貼片封裝、硬件接口簡單、低功耗、音色清亮圓潤等優(yōu)點(diǎn)。除此之外，SYN6658在識(shí)別文本/數(shù)字/字符串中更智能、更準(zhǔn)確，語音合成自然度上升了一個(gè)大的臺(tái)階。本系統(tǒng)利用該芯片進(jìn)行語音播報(bào)從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的效果。

　　主控制器STC12C5A60S2和SYN6658語音合成芯片之間通過UART接口或SPI接口連接，控制器可通過通訊接口向SYN6658語音合成芯片發(fā)送控制命令和導(dǎo)航提示語句文本，SYN6658語音合成芯片把接收到的導(dǎo)航語句文本合成為語音信號(hào)輸出，輸出的信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后由喇叭播放。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的軟件主要完成超聲波的發(fā)射、接收、單片機(jī)的計(jì)時(shí)及溫度補(bǔ)償后的距離計(jì)算、語音播報(bào)等功能。它包括主程序、計(jì)時(shí)中斷子程序、語音播報(bào)子程序等。其流程如圖6所示。

　　4 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)經(jīng)過多次試驗(yàn)，測(cè)試所得結(jié)果與設(shè)計(jì)要求基本一致。系統(tǒng)成功且精確地測(cè)出距離并進(jìn)行了溫度補(bǔ)償計(jì)算，本超聲波測(cè)距的導(dǎo)盲設(shè)計(jì)有效距離可達(dá)到3.8m，測(cè)量精度為2.0cm，同時(shí)可以實(shí)時(shí)地通過語音模塊播報(bào)提示，具有很好的導(dǎo)航功能，能夠滿足盲人導(dǎo)航器的設(shè)計(jì)要求，為盲人安全、快速行走提供了保障。