智能导盲系统设计

南京理工大学泰州科技学院

作者：***

1绪论

我国曾在上世纪90 年代进行过视力残疾状况的调查，结果显示，我国有视力残

疾患者近1400 万，其中盲人约就有620 万。从全国防盲技术指导组办公室得到的数据也显示[ 1] ，我国有550 万盲人，占世界盲人总数的1/5。随着人民生活水平的不断的进步，让生活变得越来越简单方便成为了人民普遍追求的生活理念。盲人既是我们

普通人民中的一员，又是一个特殊群体，他们由于先天或后天的生理缺陷在日常生活

中比我们常人会遇到更多的不方便，不能准确及时的发现并躲避障碍物就是一个重要的弊端。如果有一种既轻巧，又便宜，同时又能及时的识别周围障碍物并发出报警信

号的智能拐杖在盲人的手中将会为盲人的生活提供极大地方便。

由于超声波的速度相对光速要小的多，其传播时间更加容易被检测，并且易于定

向的发射，方向性较好，强度可以控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。同

时随着计算机技术、自动化技术及工业机器人的不断出现，测距和识别技术在工业中

已经得到了普遍的运用与发展，如何把这种非接触式检测与识别技术应用到民用领域

已变得十分重要了。

1.1课题背景及意义

盲人既是我们普通人民中的一员，又是一个特殊群体，他们由于先天或后天的生

理缺陷在日常生活中比我们常人会遇到更多的不方便和安全隐患。本设计就是为了避免盲人在行走时与前方障碍相撞。

盲人导盲预警系统的运用可极大地减轻盲人的行走不便与安全隐患，降低且避免因盲人不辨障碍而导致的事故的发生，同时它将对提高人体智能化设计起到重要的意义。对超声波具有传播速度慢，指向性强，能级消耗缓慢，对色彩、光照度不敏感的

特点进行利用，同时因为超声波传感器结构相对简单、体积小、性价比高、信息处理

简单而且可靠，易于小型化和集成化，并且可以进行实时控制等特点。所以这一项技

术应用于导盲产品中将有广阔的发展前景。

1.2设计研究的内容

本设计中超声波测距的设计是根据蝙蝠依靠超声波进行夜间飞行捕食的能力和

原理，并且利用现在的单片机控制式超声测距系统，运用超声波一来一回确定目标位

置的原理，主要是通过超声波传感器发送和接受超声波，然后通过对比分析发射的波

与遇到障碍物后的回波信息，这样就完成了超声波导盲仪的数据采集部分。本设计系

统的单片机是使用AT89S52 芯片，主要运用的原理也是超声波测距方面的。通过组装和协调各个硬件完成该装置的硬件部分，该装置可以把盲人前方道路上遇到的一定范

围内的障碍物进行距离探测并且可以将障碍物距离盲人多少米转换成实时语音提示,通过语音提示盲人可以知道前方是否有障碍物，从而进行危险躲避。该系统有很多其

他产品所不具备的特点比如：电路结构简单，元器件价格便宜。电路的抗干扰性强。

因为盲人在夜晚行走时，行人和车辆不容易发现，可能对盲人的生命构成危险，所以

本设计还需要增加夜间灯光的设计。选择运用光敏电阻，通过检测周围环境的亮度就

相当于电阻灯光电路的通断开关, 并把提示灯的亮度转化为相对逻辑的红色警示闪光灯。用来提醒来往行人和车辆避让。另外还有快闪提示，当有快速物体靠近时，有相

应的语音提示。

1.3论文结构

第1 章本章主要介绍了设计超声波导盲拐杖的背景及意义。对设计研究的大致内容做了概述。

第2 章首先是超声波的概论以及测距原理的注意点，并提出了本设计的测距方案。

第3 章只要是系统的硬件部分首先提出设计思路然后画出硬件电路设计框架，然后详细的给出了硬件电路中使用了的各个模块关键元器件的说明。

第4 章智能语音导盲仪的软件设计，首先是说明软件是设计环境，然后给出软件

的编程流程图，然后准备编程进行程序的仿真。

第5 章是对系统调试的分析，通过理论数据与实际所得结果的对比得出误差，然

后就可以改正原来的系统从而进行改进。

第6 章结束语主要是介绍本次毕业设计中所遇到的困难，以及对自己所学专业的深刻认识。

2 超声波测距的工作原理及方案论证

2.1超声波概述

声音是自然界生物之间沟通交流的工具，声音在人类发展的初期就已经产生了，

在我们所存在的大千世界中存在着各种各样丰富多彩的声音。在科学的发展道路上，

声学早就是一个古老而又充满活力的学科。但是人的耳朵是听不到超声波信号的，大

概到了十八世纪，人们发现海豚、蝙蝠等生物的别具一格然后开始了研究，才发现自

然界存在一种波叫超声波。声波是一种机械波并且在液体、气体、固体中都是可以传

播的。按照声波的振动频率来划分，声波可以分为四种不同高低频率的波：频率范围

处于16kHz～20kHz 之间的机械振动波[ 2] ，定义为声波，人的耳朵可以听见；频率小于16kHz 的机械振动声波被称为次声波；频率高于20kHz 的机械震动声波被称为超声波；高于10MHz 的机械振动波被称为特超声波。

产生声波必须具备两个条件第一要有振动源的质点，第二要有传播声波的介质，

声波在某些条件下是不好传播的。另外单单具备以上两个条件也是不行的，质点振动

时还不能随波的移动而移动，而且质点只是在平衡点的上下进行机械波的振动，这就

和我们大学物理所学的电磁波的原理有点类似，但是区别也很大，比如电磁波也是一

种机械波，但是不需要要有固液气三种形态的物质进行传播，还有就是光波与声波也

是不一样的，光波既是粒子的又是机械的也是不需要传播介质的；电磁波的传播速度

和光的传播速度一样都是3×108m/s，然而超声波的传播速度只有340m/s，从速度上来看超声波的速度比电磁波的速度慢很多，根据波的理论原理两个相同频率的波，波长

短的可以提高超声波测距的分辨能力；超声波在同一种介质中的传播速度是一样的，

就是你只要传播的介质是相同的频率的不同是不会改变超声波的传播速度，波的波动方向是和质源振动的方向是相同的，所以说超声波是一种上下振动的弹性机械波，它

的传播必须要借助于介质分子的运动。

折射、反射、散射、衍射等物理现象一般发生在声波穿过两个不同介质的临界面。超声波也是一种声波所也具备也具备人耳能听到的可听波的性质。但是毕竟频率有所不同所以超声波总是有她的特别之处，与平常人耳所听到的波应该有不同的性质，比

如方向性很好不会随意的因为外因而改变方向，波的加速时间快，最显著的特点就是

其波长比较的短，最短的只有毫米的千分之一，足见与可听波相比，超声波确实有很