摘要：設(shè)計了一種以超聲波測距和PSD紅外測距為的智能語音導盲器。利用STC12C5A60S2單片機循環(huán)采樣，ISD1700語音芯片作語音提示，實現(xiàn)導盲提示的功能。整個導盲裝置將放置于使用者頭部，其中，超聲波探測器探測方向可隨使用者頭部指向變化而變化，探測距離為5 m,到百分位，通過耳機向使用者報數(shù)，實現(xiàn)方向與距離的指示。

　　0 引言

　　我國是世界上盲人多的國家，約有900萬視力殘疾者，占全世界的盲人總數(shù)的1 5 左右，每年會新增盲人45萬，即約每分鐘增加一人。完全失明的盲人，在行動引導方面遇到了很大的困難。傳統(tǒng)的手杖無法及時地告知盲人前方障礙物的具體位置。因此，一種廉價實用的智能導盲器的意義重大。

　　本文設(shè)計了一種以超聲波測距和PSD 紅外測距為的智能語音導盲器。利用STC12C5A60S2 單片機循環(huán)采樣，ISD1700 語音芯片作語音提示，實現(xiàn)導盲提示的功能。本設(shè)計著重于解決使用者對前方障礙物的感知，因此本設(shè)計的超聲波探測器探測方向，隨使用者頭部指向變化而變化，與使用者頭部指向完全一致，且探測距離為5 m.通過耳機向使用者報數(shù)，到百分位，實現(xiàn)方向與距離的指示。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　如圖1 所示本設(shè)計由探測，處理，提示3 大部分組成。其中探測模塊由中央探測和側(cè)翼探測2個部分組成，探測模塊所輸出的信號發(fā)送給STC12C5A60S2單片機，通過A/D轉(zhuǎn)換、判別并通過語音芯片和震動器作距離提示。

　　2 探測模塊

　　本設(shè)計中央探測模塊使用超聲波探測，其測距原理為超聲波裝置發(fā)射超聲波并接受反射回波，通過兩者時間差t,利用公式d = v0 t /2 計算距離，d 為超聲波發(fā)射裝置與障礙物的距離；v0 為聲波在介質(zhì)中傳播的速率探測范圍可達4~500 cm,探測角約為30°（見圖3），分辨率達1 cm,誤差少于1%,探測距離以數(shù)字量的形式通過TTL 模式和單片機通信，因此完全可以滿足探測。探測范圍如圖2所示。

　　本設(shè)計側(cè)翼探測模塊使用紅外測距傳感器探測。

　　該探測器采用三角測量原理（如圖2所示），可以測得裝置到障礙物的距離（20~150 cm），探測角15°（見圖3），距離以模擬量輸出，經(jīng)單片機A/D 轉(zhuǎn)換后，根據(jù)需要設(shè)置多重范圍報警。本設(shè)計的3個探測器將分別負責3個方向的探測，角度設(shè)置如圖3所示。

　　中間的探測器指向正前方，左右兩邊的探測器中線各與中線成90°角，這樣就可以組成一個可以探測前半球180°的模組。

　　紅外測距傳感器三角測量原理：激光三角法測距的基本原理是基于平面三角幾何。其方法是讓一束激光經(jīng)發(fā)射透鏡準直后照射到被測物體表面上，由物體表面散射的光線通過接收透鏡會聚到高分辨率的光電檢測器件上，形成一個散射光斑，該散射光斑的中心位置由傳感器與被測物體表面之間的距離決定。而光電檢測器件輸出的電信號與光斑的中心位置有關(guān)。

　　因此，通過對光電檢測器件輸出的電信號進行運算處理就可獲得傳感器與被測物體表面之間的距離信息。

　　為了達到的聚焦，發(fā)射光束和光電檢測器件受光面以及接收透鏡平面必須相交于一點。

　　紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當遇到物體以后，光束會反射回來，測量示意圖如圖4 所示。

　　反射回來的紅外光線被光感應(yīng)板檢測到以后，會獲得一個偏移值L,利用三角關(guān)系，在知道了發(fā)射角度α，偏移距L,中心矩X,以及濾鏡的焦距f 以后，傳感器到物體的距離D 就可以通過幾何關(guān)系D= fX/ L 計算出來了。當距離D 足夠小時，L 值會相當?shù)拇?，超過光感應(yīng)板的探測范圍，這時，雖然物體很近，但是傳感器反而看不到了。

　　當物體的距離D 很大時，L 值就會很小，這時光感應(yīng)板能否分辨出這個很小的L 成為關(guān)鍵，也就是說光感應(yīng)板的分辨率決定能不能獲得足夠的L 值。要檢測越是遠的物體，光感應(yīng)板的分辨率要求就越高。

　　3 信號處理模塊

　　本設(shè)計選用了自帶A/D轉(zhuǎn)換的STC12C5A60S2單片機作為主控模塊，與ISD1700語音芯片通過SPI數(shù)據(jù)總線連接和通信[7],如圖5所示，振動電路如圖6所示。單片機通過SPI總線直接控制ISD1700語音芯片，輸出預(yù)先錄制好的語音片段。

　　本設(shè)計單片機的處理流程圖如圖7所示。

　　如圖7探測模式如下，探測器模組將以中左右依次探測及報警。由于超聲波所測距離很短，紅外探測器發(fā)射和接收信號時間極短，單片機時鐘頻率也有12 MHz,其探測延時極短，因此，這種執(zhí)行方式對人判別障礙物沒有影響。