基于单片机的超声导盲杖设计

价值工程
0引言
盲人作为特殊的群体,其借助的辅助工具主要有手杖和导盲犬，其中使用手杖最为普遍。

传统的盲人拐杖是一根长杆，存在一系列的不足。

例如：探测的距离受限于拐杖的长度；难于探测悬挂的障碍物；无法对快速接近的障碍物发出预先报警；公共场合不利于收藏等。

为了更好地帮助盲人行走，国内外很多机构都研究和生产了相关电子导盲装置，由于利用了GPS 全球定位系统及建立无线电基站等方法,导致用这些方法实现的导盲器价格昂贵，不适合于普通消费者。

导盲犬则价格更高，并且在某些社交场
合(例如禁止宠物进入)不适合使用，
造成导盲犬无法普及。

本文构思设计一种能辅助盲人安全行动的智能拐杖，该拐杖可以对前方一定距离的障碍物进行探测，并给出警报提示，从而对视力存在缺陷者提供较好的辅助行走功能。

该设计采用基于超声波传感器，以单片机为主控芯片，利用超声波测距原理辅助盲人行走，使用简单方便，具有方向性强、能量易于集中、传播距离较远，以及对障碍物定位具有
一定的精确性，体积相对较小、
方便携带、价格低廉等特点。

1系统的硬件结构及基本功能本设计主要分为主控模块、超声波测距模块和报警模块三个部分。

首先由超声波传感器发射端产生一个高频的超声波，然后接收端接收到这个回波，通过计算传感器发送信号和接收信号的时间间隔来确定对象的距离，最后通过对距离的判断发出警报信号，实现智能导盲的作用。

硬件的整体结构如图1所示。

1.1超声波测距模块应用超声波脉冲回波法测距的过程是：用持续时间一定的超声频高压电脉冲信号激励超声换能器，使之向外部介质发送一串超声波，当超声波在换能器的声轴上遇到一个或多个目标时，部分声能将被反射回来并作用在换能器上，使换能器输出微弱的电信号。

该信号经过放大滤波后，送入微处理系统进行信息处理，
以判定回波信号出现的时刻，并计算出超声波的射程时间及对应的目标距离，从而完成了一个测距周期。

本设计中的测距模块采用收发分体式，由一对超声传感器组成，超声波发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T 构成，由主控模块向超声波的发射端送出
固定频率（40kHz
）的脉冲信号，在发射端经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，将电脉冲信号转成超声波发射出去，若前方有障碍物存在，超声波接收端将收到的一部分反射回波转为电信号，该信号经放大后送至主控模块的另一路，被主控模块接收后计算回波时间，从而计算出障碍物的距离。

在发射端，信号经两级反相后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。

发射接收电路图如图2所示。

1.2主控模块本设计采用的主控芯片是AT89S52，
它是一种低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器，使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全
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—基金项目：西安工业大学校长基金《离子注入对植物基因诱变作
用的机理及育种研究》；编号：（XAGDXJJ0815）。

作者简介：张亮（1973-），女，甘肃临洮人，讲师，研究方向为数字
图像处理，人工智能。

基于单片机的超声导盲杖设计
Ultrasonic Blind Guiding Rod Design Based on SCM
张亮ZHANG Liang
（西安工业大学电子信息工程学院，西安710032）
（Xi'an Technological University School of Electric Information Engineering ，Xi'an 710032，China ）
摘要：本文利用超声波测距原理，以AT89S52单片机为主控核心，设计了一种导盲装置，该装置可以对盲人前进的道路上的障碍
物进行距离探测并把障碍物的距离信息转换成声音和振动提示，从而起到导盲作用。

Abstract:This paper designs a blind guiding device whose main control part is AT89S52SCM by using ultrasonic ranging principle.
The device measure the distance with obstacle and transform the information into sound information and vibration alert,thus creating a blind guiding effect.
关键词：单片机；超声波；导盲
Key words:SCM ；ultrasonic ；blind guiding
中图分类号：TP39
文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2012）
33-0176-03
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Value Engineering
兼容。

片上Flash允许程序存储器在线可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

在本设计中，该芯片主要完成把各个模块之间的数据信号进行分析处理后给出相应的指示，利用内部的定时器/计数器控制超声波发射接收并计算超声波的时间，通过时差算出距离，最终通过软件实现障碍物的识别，输出结果。

1.3报警提示模块由于导盲杖被广泛用于室外的嘈杂环境中，本设计采用了蜂鸣器和振动双重报警，当通过超声波的发射和接收电路以及软件结合判断出前方有障碍物时，系统将发出报警信号。

声音报警电路通过一个简单的三极管驱动蜂鸣器报警，振动报警则是利用小型电机偏心轴原理实现导盲杖振动，可用于安静环境或嘈杂环境中听不见语音提示的情况。

电路图如图3所示。

1.4硬件系统PCB图PCB（Printed Circuit Board）是印制电路板的简称。

通常把在绝缘材料上，按预定设计，制成印制线路、印制原件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。

而在绝缘基材上提供元器件之间的电气连接的导电图形称为印制线路。

这样就把印制线路的成品称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。

印制电路板的设计是以电路原理图为根据，借助protell99SE软件来设计电路在电路板上的布局设计。

印制电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局，内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。

优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能。

PCB的制作一般分为单层板、双层板、多层板。

由于本设计的元器件比较少且连线不复杂，所以采用的是单层板，导线只出现在其中一面。

本设计的PCB图如图4所示。

2系统软件模块组成及基本功能
系统的软件设计采用C语言，可以大大提高程序编写时的效率，设计的关键是超声的发射和接收，障碍物距离的计算和语音报警。

主程序首先对系统初始化，然后循环调用超声波发射子程序，延时程序，超声波测距子程序，报警子程序等。

其中，超声波发射子程序的主要功能是利用单片机的P1.0口产生一个频率为40KHz、占空比为40%的方波。

考虑到前方可能一直没有障碍物的特殊情况，并为了使定时器便于计时，以及距离范围在3米内的具体要求，发射子程序采用先连续发射40个周期的方波（时长为1ms），然后延时20ms（用于等待接收端应答）的方式，保证每次收到的回波都是最近一次发射的脉冲反射回来的。

测距子程序包括回波时间计算和距离计算两部分：回波时间计算由单片机的的P1.1口控制，一旦查询到该引脚由高到低，则表明接收到了本次发射返回的超声回波；而距离的计算则通过定时器中存储的数据进行简单运算得出。

报警子程序分为振
动报警和蜂鸣器报警，之
所以采用振动报警是由
于考虑到嘈杂环境下蜂
鸣器音量有限而设置的。

主程序流程如图5
所示。

3系统调试及测试
结果
系统调试分为硬件
调试与软件调试，经仿真
调试后焊接线路板，并进
行了距离测试，结果如表1所示。

4结论
本设计利用基于单片机的超声波测距原理完成了智能导盲杖的设计，可以探测到0到3米的障碍物，同时发出蜂鸣和振动提示，实现了探测一定范围内障碍物的功能，制作出的实物还在调试测试阶段，功能稳定性还有待于后期调试和检验。

与普通导盲杖相比，本设计的最大不同之处在于可以测出3米内的障碍物而不是传统的那种只可以杆长可以接触到的范围，该超声导盲杖可以使盲人及时避障，准确性可靠，灵敏度高。

同时提供人性化的设计，用语音加振动
表1距离测试结果
序号
定时
器值
测量距离
值（cm）
实际距离
值（cm）
误差（测量值-实际
值）/测量值）*100%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
32
63
93
122
158
196
65536
65536
54.4
107.1
158.1
207.4
268.6
333.2
111411.2
111411.2
1
50
100
150
200
250
300
350
400
#####
8.088
6.629
5.123
3.568
6.925
9.964
99.69
99.64
·177·
价值工程
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—作者简介：侯洪凤（1979-），女，辽宁大连人，大连科技学院讲师，硕士、研究方向为信息管理、信息系统。

1信息技术外包和云计算
信息技术外包（Information Technology Outsourcing ，ITO ）是指企业专注于自己的核心业务，而将其IT 系统的全部或部分外包给专业的信息技术服务公司。

信息技术外包对欲外包信息技术的企业来讲主要有以下的好处：①资源在商业战略和企业部门中被重新分配，非IT 业务的投资得到加强，有利于强化企业核心竞争力，获得对市场做
出有效反应的能力；
②有利于信息技术人才不足的企业获取最好最新的技术，与技术退化有关的难题得到解决；③由于是信息技术厂商提供专业化服务，信息技术服务的效率会得到较大提高，服务的成本也会得到一定的节约等等。

云计算的定义分狭义和广义两种。

狭义云计算指IT 基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。

这
种服务可以是IT 和软件、互联网相关，也可以是其他服
务。

它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。

云计算的特点主要体现在：①超大规模的数据存储和网络计算能力；②所提供的服务是虚拟的，云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务，用户无需了解、也不用担心应用运行的具体位置，即对用户来说是透明的；③云计算对用户端的设备要求低，使用方便；④高扩展性，云的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要；⑤经济性，用户无需一次性大量投资，根据使用服
务的种类、
质和量来付费。

云计算具有多种模式，即基础设施及服务（infrastructure as a Service ，IaaS ）、平台即服务（Platform as a service ，PaaS ）、软件即服务（Software as a Service ，SaaS ）等。

云计算这一全新的服务模式出现之后，部分原来采用信息技术外包的企业可能会考虑转向云计算服务。

根据
2010年埃森哲对主要是大企业和政府机构的超过100位云计算对信息技术外包的影响分析
Influence of Cloud Computing in Information Technology Outsourcing
侯洪凤HOU Hong-feng ；王立娟WANG Li-juan ；曾维佳ZENG Wei-jia
（大连科技学院信息科学系，大连116052）
（Dalian Institute of Science and Technology Department of Information Science ，
Dalian 116052，China ）摘要：随着IT 技术和管理思想的不断成熟和发展，传统的信息技术外包已经在IT 服务市场占据有利的位置。

发展到今天，IT 服
务市场正在经历着前所未有的变化。

由于云计算时代的到来，使得企业可以通过云服务的模式和平台，让多个用户同时广泛地运用一个或者多个平台，从而得到相关的IT 服务支持。

文章从云计算和信息技术外包的相关分析入手，
重点分析云计算对信息技术外包的影响。

Abstract:With the development and maturity of information technology and management thought,the traditional information technology outsourcing has occupied a strong position in the IT service market.With the development of today,IT service market is experiencing a hitherto unknown changes.Because of the advent of cloud computing,the enterprise can allow multi-users using widely one or more platforms simultaneously through the pattern and platform of cloud computing,which obtain the relevant support of IT service.This article emphaszes on the analysis of cloud computing which build the influence of information technology outsourcing,starting from the revelation analysis of the cloud computing and information technology outsourcing.
关键词：信息技术外包；云计算；分析；影响Key words:information technology outsourcing ；cloud computing ；analyse ；influence 中图分类号：TP39文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）33-0178-02
予以提示，为盲人的生活带来了方便。

但是本设计尚存在许多不足，从表1中可以看出，当距离范围<300cm 时，该系统的测距功能基本能满足要求，但是当超出300cm 时，定时器计数值为最大值，这是由于本设计所采用的传感器敏感度所致，在后续的研究中，笔者将考虑更为复杂的情况，并加以完善。

此外，本设计目前只能暂时测试出前方的障碍物，对于左右方向的障碍物尚在设想中，考虑可在不同的方向各配备一个超声波探头，软件设计的时候设置三个方向的数据分析，这样就可以增加障碍物识别的范围。

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