摘要：文章规划了一种依据超声波测距原理的导盲体系。体系以STC125A60S2单片机为中心操控器材，使用渡越时刻法丈量经温度传感器DB18B-20补偿后的间隔，完结对瞎子行走道路上障碍物间隔的丈量及定位，并经过SYN6658语音模块进行语音播报导航。
0 导言
依据最新研究报告，我国每年新增瞎子大约45万，估计到2020年我国视力残疾人数将为现在的4倍，达5000余万。因为生理上的缺点，瞎子在日子、作业等方面有着诸多不便。因而，将如今技能用于瞎子导航是十分必要的。
超声波具有方向性强、能量易于会集、传达间隔较远及对障碍物定位精确等特色，其产品具有体积相对较小、便利带着、价格低廉等长处。因而选用超声波测距及语音播报完结瞎子导航，具有必定的实用价值。
1 超声波测距的原理
1.1 超声波y距办法
超声波是指振动频率大于20kHz以上的声波。超声波测距办法首要有相位检测法、声波幅值检测法和渡越时刻法三种。其间，相位检测法精度高，但检测规模有限;声波幅值检测法易受反射介质的影响。因而，本规划选用渡越时刻法测距。
超声波测距的作业原理：发射换能器向外发射超声波，一起单片机开端计时，超声波在介质中传达的途中遇到障碍物后会当即反射回来，当接纳换能器接纳回波时单片机中止计时，然后得到计时器精确记载的时刻t，再依据渡越时刻法求出方针障碍物距信号发射源的间隔。
S=ct/2 (1)
对一般流质媒质而言，声波是一种纵波，传达速度为：c=√E/ρ，其间E为媒质的弹性模量; ρ为媒质密度;c是复数，其实数部分代表传达速度，虚数部分与衰减常数有关。超声波测距原理图如图1所示。
1.2 超声波测距的温度差错剖析
空气密度越高，超声波的传达速度就越快，而空气的密度又与温度有着亲近的联系，此温度对丈量精度有必定的影响。气体中声速受温度影响最大，超声波在空气中传达速度为
C=331.4×1+T/273 (2)
其间T为环境摄氏温度，因而咱们需求选用测温模块对温度发生的影响进行补偿。
2 体系硬件规划
2.1 总体规划
本体系由STC12C5A60S2单片机、超声波发射电路模块、回波接纳电路模块、测温模块、语音模块五大部分组成。如图2所示。
STC12C5A60S2单片机是本体系的中心，操控各个模块和谐作业。经过单片机的P1.0引脚操控超声波发射电路模块发生40 kHz的脉冲信号，并驱动超声波传感器发射超声波。当第一个脉冲发射完毕后，发动计数器开端计时，超声波回波信号经过扩大和判别后送到单片机的外部中止器，单片机一旦接纳到回波信号，便发生外部中止。单片机STC12C5A60S2中止计数器计数，然后得到超声波的在空气介质中的传输时刻t，最终经过温度补偿，使用式(1)核算出发射点距障碍物的间隔，并经过语音模块播报提示。
2.2 超声波发射电路规划
因为NE555集成芯片建立电路简略、需用元件少、简略完结，并且发生波形失真度小，故本体系选用NE555%&&&&&%作为发射电路。依据上述，知发射端作业频率为40kHZ，选用NE555芯片构成时基电路及外围元件构成多谐振电路，经过调理电阻R3的值然后改动频率。其作业电路如图3所示。
图3中555定时器构成的多谐振动器，复位端4由单片机的P0.4口操控，当单片机给低电平时，电路停振;当单片机给高电平时电路起振接通电源后，电容C2来不及充电，6脚电压Uc=0，则Uc=1，此刻555芯片内部的三极管VT处于截止状况。这时Vcc经过R3和R2向C2充电，当充至Uc=2/3 Vcc时，输出翻转U1=0，VT导通;这时%&&&&&%C2经R2和VT放电，当降至Uc=1/3Vcc时，输出翻转U1=1。C2放电停止、又重新开端充电，循环往复，构成振动。其振动周期与充电时刻tPH和放电时刻tPL有关，振动周期为：
由式(4)可知，555多谐振动器的振动频率由R2、R3、C2来确认。在电路规划时，先确认C2、R2的取值，即C2=3300pf，R2=2.7 KΩ。再将C2和R2的值代入式(4)可知：
为增大U1的输出功率，将555芯片的8脚接+12V的电压，一起将其复位端4接高电平。经过调理电位器R3的阻值，使输出波形的频率为40k HZ。
2.3 接纳端电路规划
鉴于回波信号的改变规模较大，因而对扩大电路的增益提出了两个要求：一是扩大增益要大，以习惯小信号的需求;二是扩大增益能改变，以习惯信号改变规模大的需求。
因为回波信号为40kHZ沟通讯号，频率较高，当回波信号扩大时，扩大器有必要具有杰出的沟通特性，以进步信号的扩大精度。鉴于该接纳电路具有信号的转化、扩大、检波、整流等特性。因而，咱们规划了如图4所示的回波接纳电路。
信号流程：当R40收到超声波时，R40将超声波信号变为电压信号，此信号电压加到BG2的基极，经BG2扩大后从集电极输出，经C7耦合到BG3基极，被BG3扩大后从集电极输出，被C8、D5、D6组成的倍压检波电路变为直流电压。双倍于沟通讯号电压的直流信号电压加到BG3的基极，BG3再扩大后由P送往后继电路。
当R40没有收到超声波时，R40没有沟通输出，BG2处于静态，BG3也处于静态。C8、D5、D6组成的倍压检波电路没有直流电压输出，BG4处于无偏置状况，处于截止状况，无信号输出。
BG4是以开关方法作业的，当R40检测到超声波时，BG4饱满，C—E之间等于短路，当R40没有检测到超声波时，BG4截止，C—E之间等于开路。
2.4 温度丈量电路
常温下，超声波的传达速度为340m/s，但传达速度易遭到空气的温度、湿度、压强等要素的影响，其间温度的影响最大，一般温度每升高1℃，声速添加约为0.61m/s。
本文选用DS18B20检测现场温度，用以完结实践波速的校准。DS18B20是DallaS公司开发的12Wire(单总线)高精度数字式半导体温度传感器。其抗干扰能力强、转化精度高，使用时无需标定或调试，与微处理器的接口电路简略，可便利地完结多点组网测温，给硬件规划带来了极大的便利。
DS18B20单总线通讯功用是分时完结的，因而读写时序很重要。体系对DS18B20的各种操作有必要按协议进行。
操作协议为：初始化DS18B20(发复位脉_)→发ROM功用指令→发存储器操作指令→处理数据。体系选用STC89S52作为操控中心，P1.7接数据总线，操控DS18B20进行温度转化和传输数据，一起数据总线上还要接4.7k左右的上拉电阻。
对DS18B20选用外部供电，从VDD引脚接入一个外部电源，长处在于I/O线不需求上拉，并且总线操控器无需在温度转化期间一向坚持高电平。这样在转化期间可以答应在单线总线上传输其他数据，硬件电路如图5所示。
2.5 语音电路规划
本体系语音模块选用了SYN6658语音模块。SYN6658经过UART接口或SPI接口通讯方法，接纳待组成的文本数据，完结文本到语音的转化它具有小尺度贴片封装、硬件接口简略、低功耗、音色清亮圆润等长处。除此之外，SYN6658在辨认文本/数字/字符串中更智能、更精确，语音组成天然度上升了一个大的台阶。本体系使用该芯片进行语音播报然后完结导航的作用。
主操控器STC12C5A60S2和SYN6658语音组成芯片之间经过UART接口或SPI接口衔接，操控器可经过通讯接口向SYN6658语音组成芯片发送操控指令和导航提示句子文本，SYN6658语音组成芯片把接纳到的导航句子文本组成为语音信号输出，输出的信号经功率扩大器扩大后由喇叭播映。
3 软件规划
本体系的软件首要完结超声波的发射、接纳、单片机的计时及温度补偿后的间隔核算、语音播报等功用。它包含主程序、计时中止子程序、语音播报子程序等。其流程如图6所示。
4 完毕语
本体系经过屡次实验，测验所得结果与规划要求根本共同。体系成功且精确地测出间隔并进行了温度补偿核算，本超声波测距的导盲规划有用间隔可到达3.8m，丈量精度为2.0cm，一起可以实时地经过语音模块播报提示，具有很好的导航功用，可以满意瞎子导航器的规划要求，为瞎子安全、快速行走供给了保证。
