1、目錄摘要1Abstract2第一章 緒論31.1研究背景31.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.3本文內(nèi)容介紹4第二章 超聲波測(cè)距原理52.1超聲波52.1.1超聲波簡(jiǎn)述52.1.2超聲波的兩個(gè)主要參數(shù)52.1.3溫度對(duì)超聲波的影響52.2超聲波測(cè)距原理62.2.1超聲波測(cè)距方法62.2.2超聲波測(cè)距實(shí)現(xiàn)7第三章 硬件設(shè)計(jì)83.1硬件設(shè)計(jì)總覽83.2 STC89C52RC芯片介紹83.3超聲波模塊93.4時(shí)鐘模塊103.5語(yǔ)音模塊113.6 LCD1602模塊（用于測(cè)試調(diào)試以及時(shí)間設(shè)置）12第四章 軟件設(shè)計(jì)144.1 軟件設(shè)計(jì)思路144.2軟件設(shè)計(jì)程序框圖144.2.1主程序設(shè)計(jì)流程圖144.2.2設(shè)置時(shí)

2、間程序流程圖154.2.3中斷程序流程圖17第五章 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析185.1設(shè)計(jì)目標(biāo)185.2系統(tǒng)測(cè)試185.3結(jié)果分析20第六章 總結(jié)與展望216.1設(shè)計(jì)總結(jié)216.2展望21參考文獻(xiàn)23致謝24蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要本文介紹的是一款基于STC89C52RC單片機(jī)芯片的超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用HC-SR04超聲波模塊，通過(guò)單片機(jī)的控制收發(fā)超聲波，實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物進(jìn)行檢測(cè)，然后利用收發(fā)時(shí)間差以及超聲波在空氣中的傳播速度，完成對(duì)距離的計(jì)算，最后通過(guò)單片機(jī)的一系列處理，將結(jié)果反饋給盲人用戶(hù)。本文將從該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)超聲波測(cè)距原理開(kāi)始，詳細(xì)地闡述超聲波測(cè)距理論基礎(chǔ)、HC-SR04超

3、聲波模塊的使用、DS1302時(shí)鐘模塊的使用、YF017語(yǔ)音模塊的使用。本文還通過(guò)利用DS1302時(shí)鐘模塊及YF017語(yǔ)音模塊配合單片機(jī)的I/O口，為導(dǎo)盲系統(tǒng)添加了諸如按鍵語(yǔ)音日歷、語(yǔ)音報(bào)時(shí)及語(yǔ)音報(bào)距等對(duì)于盲人比較友好的功能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；超聲波測(cè)距；導(dǎo)盲儀；DS1302；YF017；HC-SR04；STC89C52RCAbstractThis article describes an ultrasonic blinding system based on the STC89C52RC microcontroller chip. The system uses the HC-SR04 ultr

4、asonic module to send and receive ultrasonic waves through the control of a single-chip microcomputer to detect obstacles, and then uses the time difference between sending and receiving and the propagation speed of ultrasonic waves in the air to complete the calculation of the distance. Finally, it

5、 is processed by a series of single-chip microcomputers. Feedback results to blind users.This article will begin with the theoretical basis of the design of the ultrasonic distance measurement principle, detailed description of ultrasonic ranging theoretical basis, the use of HC-SR04 ultrasonic modu

6、le, the use of DS1302 clock module, the use of YF017 voice module.This article also uses the DS1302 clock module and YF017 voice module in conjunction with the I/O port of the microcontroller to add features such as keypad voice calendar, voice announcement, and voice pitch to the blinding system.Ke

7、y words: MCU; Ultrasonic distance measurement; Guidance system; DS1302; YF017; HC-SR04; STC89C52RC第一章 緒論1.1研究背景根據(jù)最新的數(shù)據(jù)分析：全世界已經(jīng)擁有接近1億的盲人群體，這是一個(gè)非常巨大的群體，并且盲人群體的數(shù)量每年的增長(zhǎng)數(shù)量也十分驚人，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)這個(gè)數(shù)字大約在七八百萬(wàn)左右。視覺(jué)受損的人群數(shù)量更是有兩個(gè)多億。中國(guó)由于衛(wèi)生、醫(yī)療、人口基數(shù)等多方面因素，盲人的數(shù)量高達(dá)2000多萬(wàn)，占世界總數(shù)的約1/5。眼睛是我們?nèi)粘Ｉ钪蝎@取外界信息的最主要的媒介，人類(lèi)感知的高達(dá)80%的信息是通過(guò)視覺(jué)獲取的

8、。視覺(jué)受損給盲人群體帶來(lái)了極大的不便，不僅體現(xiàn)在日常生活中有諸多不便，盲人群體在心理上也往往會(huì)處于消極狀態(tài)。盲人在生活中最大的困擾應(yīng)該是安全出行問(wèn)題。根據(jù)研究，現(xiàn)今盲人群體出行的方式主要是由看護(hù)人陪伴出行、自帶伸縮導(dǎo)盲杖出行以及攜帶導(dǎo)盲犬出行這三種最為常見(jiàn)的方式。但是這些方式現(xiàn)如今都存在著不足，首先看護(hù)人陪伴當(dāng)然是最為安全的出行方式，但是這種方式的人力成本較高，并且看護(hù)人不能24小時(shí)陪護(hù)也不現(xiàn)實(shí)。伸縮導(dǎo)盲杖應(yīng)該是現(xiàn)今最為普遍的導(dǎo)盲工具，是盲人生活的必備品，但是伸縮導(dǎo)盲杖這種比較原始的導(dǎo)盲設(shè)備勢(shì)必存在空間受限，被測(cè)物體受限以及探測(cè)距離受限等一系列問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)于伸縮導(dǎo)盲儀來(lái)說(shuō)是難以改進(jìn)的。最后

9、一種導(dǎo)盲犬導(dǎo)盲方式，這種方式在國(guó)內(nèi)還是相當(dāng)少見(jiàn)的，同時(shí)導(dǎo)盲犬的培訓(xùn)成本極高，訓(xùn)練一只合格的導(dǎo)盲犬需要很高的時(shí)間和金錢(qián)成本，這種方式的可靠性也備受質(zhì)疑，在國(guó)內(nèi)普及的可能性不高。除了出行方式存在的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)盲道的建設(shè)同樣存在諸多問(wèn)題，一個(gè)是城市中盲道常常被非法占用，另一個(gè)有些城市甚至用盲道來(lái)裝飾路面，那盲人群體的生命安全開(kāi)玩笑，更別說(shuō)農(nóng)村的盲人設(shè)施覆蓋率幾乎為零。面對(duì)這么多盲人出行中存在的安全隱患，盲人迫切的需要一個(gè)更好的安全出行工具?；谶@個(gè)需求導(dǎo)盲儀應(yīng)運(yùn)而生，一款合格的導(dǎo)盲儀需要體積小巧、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、續(xù)航充足、探測(cè)距離長(zhǎng)、靈敏度高，能夠滿(mǎn)足盲人群體安全出行的需要。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自

10、上世紀(jì)五六十年代以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)提出了人工視覺(jué)的可能性?？茖W(xué)家門(mén)開(kāi)始了視覺(jué)假體技術(shù)的研究。視覺(jué)假體技術(shù)是依靠在人類(lèi)體內(nèi)植入芯片直接刺激視覺(jué)通路的不同部位，以此來(lái)恢復(fù)人的部分視覺(jué)。在這種思路的指導(dǎo)下科學(xué)家提出了很多方案，比較著名的是視皮質(zhì)植入型、脈絡(luò)膜植入型、視網(wǎng)膜植入型和視神經(jīng)植入型這四中視覺(jué)假體技術(shù)6。不過(guò)這類(lèi)技術(shù)無(wú)論在實(shí)施技術(shù)上還是在倫理上都存在較大的問(wèn)題910。從21世紀(jì)開(kāi)始，伴隨著半導(dǎo)體行業(yè)的崛起和傳感器的日益成熟，“感知替代”逐漸成為導(dǎo)盲儀設(shè)計(jì)的主流研究方向。研究人員綜合利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、傳感器件等日益成熟的技術(shù)設(shè)計(jì)、改進(jìn)很多導(dǎo)盲儀設(shè)備1112。現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)的研究主

11、要仍停留在對(duì)各類(lèi)傳感器的應(yīng)用方面，不過(guò)研究的方向更偏向本地化和用戶(hù)體驗(yàn)的方面，使得導(dǎo)盲儀真正能夠獲得普及與推廣。1.3本文內(nèi)容介紹本文主要分為四個(gè)章節(jié)，每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容安排如下：第一章， 主要闡述論文的研究背景以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，從現(xiàn)今盲人群體的規(guī)模，盲人群體導(dǎo)盲方式的缺陷以及盲人群體安全出行的需求出發(fā)，表明導(dǎo)盲儀設(shè)計(jì)的必要性。同時(shí)通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外導(dǎo)盲儀發(fā)展的歷史以及現(xiàn)狀確定導(dǎo)盲儀設(shè)計(jì)的具體方向。最后為本文主要內(nèi)容列一個(gè)大綱。第二章， 主要介紹超聲波測(cè)距的理論依據(jù)，對(duì)超聲波的參數(shù)、特性和影響超聲波的因素等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。第三章， 主要介紹本設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)部分，首先給出整個(gè)硬件電路的設(shè)計(jì)，然后分別

12、對(duì)MCU，超聲波模塊1，時(shí)鐘模塊，語(yǔ)音模塊進(jìn)行詳細(xì)的介紹。第四章， 主要介紹本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)部分，給出整個(gè)軟件的設(shè)計(jì)框圖。簡(jiǎn)要的講述軟件的設(shè)計(jì)思路及執(zhí)行過(guò)程，詳細(xì)代碼將附于附錄中。第五章， 對(duì)研究設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行和對(duì)未來(lái)研究的展望。第二章 測(cè)距原理2.1超聲波2.1.1超聲波簡(jiǎn)述人的耳朵能感知的聲音在20Hz20KHz頻率段內(nèi)。如果聲音的頻率低于或者高于這個(gè)值，人的耳朵就聽(tīng)不出來(lái)。國(guó)際上根據(jù)人類(lèi)耳朵的分辨能力，將高于人耳分辨能力頻率的聲波定義為“超聲波”2。超聲波的能量比較容易被集中起來(lái)，能夠輕易的穿透很多物體，傳輸?shù)木嚯x也比較遠(yuǎn)，同時(shí)在傳輸過(guò)程中聲波的方向也不容易發(fā)生偏移。根據(jù)超聲波的這一系列優(yōu)

13、點(diǎn)，超聲波被設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)利用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌等很多方面。這些應(yīng)用被廣泛的利用在多個(gè)領(lǐng)域，如軍事設(shè)施、農(nóng)業(yè)機(jī)械、醫(yī)學(xué)器械、工業(yè)機(jī)器、民用家具等領(lǐng)域。比較典型的有醫(yī)院的B超，彩超，家用超聲波清洗機(jī)3、加濕器，智能手機(jī)上超聲波指紋識(shí)別等。2.1.2超聲波的兩個(gè)主要參數(shù)頻率：F20KHz（在大多數(shù)場(chǎng)景下，由于要求不高且在高頻段聲波差距沒(méi)有那么明顯，只要頻率能達(dá)到15KHz以上，我們就把其當(dāng)成超聲波4）。功率密度：P=WS (2-1)其中，W為發(fā)射功率(w)，S為發(fā)射面積(cm2)。一般地：p0.3wcm2 (2-2)2.1.3溫度對(duì)超聲波的影響在超聲波的應(yīng)用中，溫度是一個(gè)重要的影響

14、因素，分析溫度對(duì)超聲波的影響能夠有效的降低利用超聲波技術(shù)時(shí)產(chǎn)生的外部誤差。下面就對(duì)溫度對(duì)超聲波的影響進(jìn)行深入探討。聲速的計(jì)算公式：c=P0 (2-3)式中，為氣體的絕熱體積系數(shù)（空氣中為1.4）； P為氣體氣壓（海平面為1.013*106Pa）； 0為氣體密度（空氣中為1.29kg/m2）。又對(duì)于1mol空氣，質(zhì)量為m，體積為V，則密度0為m/V，因此c=PVm (2-4)對(duì)于理想氣體有：PV=RT (2-5)式中，R為摩爾氣體常數(shù)； T為絕對(duì)溫度。因此：c=RTm (2-6)由于、R、m均為已知常數(shù)，故聲速c僅與溫度T有關(guān)。在0的空氣中，c0=331.45m/s。對(duì)于任意溫度下有： cic0

15、=TiT0=Ti273.16 (2-7)所以，超聲波在理想氣體條件下空氣中的傳播速度為： v=331.45+273.16273.16 (2-8)式中，為溫度（）。2.2超聲波測(cè)距原理2.2.1超聲波測(cè)距方法目前主流超聲波測(cè)距方法通過(guò)對(duì)聲波的相位、幅值、傳遞時(shí)間三方面進(jìn)行研究計(jì)算，可以分為以下三種方法：相位法、幅值法和渡越時(shí)間法。這三種方法各有有點(diǎn)，相位法又稱(chēng)相位檢測(cè)法，該方法的檢測(cè)精度相對(duì)比較高，但由于利用了聲波的相位參數(shù)，所以計(jì)算時(shí)所用的公式比較復(fù)雜，導(dǎo)致處理時(shí)間比較長(zhǎng)；幅值法及聲波幅值檢測(cè)法，該方法利用發(fā)射及接受的聲波幅值計(jì)算，顯然由于是利用聲波的幅值，而探測(cè)時(shí)往往易受到空氣中不相關(guān)的雜波

16、的影響，這樣一來(lái)精度就不能保障了；渡越時(shí)間法相較前面兩種方法只需要計(jì)算聲波發(fā)射到接收的時(shí)間差就能算出距離，簡(jiǎn)單可靠。在本系統(tǒng)中只需要利用單片機(jī)的一個(gè)定時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)就能完成距離計(jì)算，所以此方法被廣泛的應(yīng)用在超聲波應(yīng)用領(lǐng)域。2.2.2超聲波測(cè)距實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)中采用HC-SR04超聲波一體化模塊，由單片機(jī)向HC-SR04模塊的Trig引腳發(fā)送一個(gè)高電平控制超聲波模塊發(fā)射超聲波，同時(shí)單片機(jī)的定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)超聲波模塊的Echo引腳檢測(cè)到回波信號(hào)，定時(shí)器計(jì)數(shù)結(jié)束，獲得一個(gè)時(shí)間參數(shù)T7。因?yàn)槁暡ㄔ谕唤橘|(zhì)中的傳播速度不便，常溫下聲速V=344m/s，通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算，可以算出超聲波距離障礙物的距離S，具體計(jì)算

17、公式如下：S=TV2 (2-9)在實(shí)際代碼中，將速度V代入，可將公式簡(jiǎn)化為S=172T (2-10)第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)總覽本設(shè)計(jì)的硬件部分主要是由MCU及各外部功能模塊組成（DS1302時(shí)鐘模塊、HC-SR04超聲波模塊、YF017語(yǔ)音模塊）。另外還搭了用來(lái)測(cè)試及調(diào)試用LCD1602顯示模塊。本系統(tǒng)框架如圖3-1所示。單片機(jī)時(shí)鐘模塊LCD模塊超聲波模塊語(yǔ)音模塊蜂鳴器報(bào)警 圖3-1 系統(tǒng)框圖下面將分別對(duì)各模塊做適當(dāng)介紹。3.2 STC89C52RC芯片介紹 STC89C52RC是由國(guó)內(nèi)著名的STC公司推出的一款單片機(jī)芯片。該芯片兼顧了能耗、性能及成本等多方面因素，成為一款相當(dāng)流行的經(jīng)

18、典單片機(jī)芯片。STC89C52兼容傳統(tǒng)的8051指令集，同時(shí)在此基礎(chǔ)上添加了很多新的功能。STC89C52片內(nèi)擁有一個(gè)強(qiáng)大的CPU，該CPU是8位指令集，擁有靈活的功能，在此基礎(chǔ)上該芯片能夠靈活有效的運(yùn)用在很多控制領(lǐng)域。STC89C52擁有一個(gè)8k字節(jié)的Flash，可以存儲(chǔ)大量的代碼，同時(shí)擁有512字節(jié)的RAM可供運(yùn)行，擁有4組多達(dá)32個(gè)的I/O口，為外部拓展提供了充足的空間。STC89C52同時(shí)具備看門(mén)狗電路和復(fù)位電路，為單片機(jī)的穩(wěn)定工作提供了保障；該芯片內(nèi)置了3個(gè)16位定時(shí)器和4個(gè)外部中斷，為單片機(jī)處理復(fù)雜任務(wù)提供了便利；芯片的串口采用全雙工的模式，為單片機(jī)與外圍電路的高速通信提供了保障。

19、STC89C52的最高頻率可達(dá)35MHz，利用外接晶振可以為單片機(jī)提供高速的處理能力。下圖3-2為此系統(tǒng)所用STC89C52RC的最小系統(tǒng)原理圖。 圖3-2 STC89C52RC最小系統(tǒng)3.3超聲波模塊HC-SR04模塊是一個(gè)遠(yuǎn)距離高精度的超聲波測(cè)距模塊，該模塊可以準(zhǔn)確的探測(cè)到前方從2cm到4m的障礙物；這個(gè)模塊由一個(gè)超聲波發(fā)射器用來(lái)發(fā)射超聲波，同時(shí)有一個(gè)超聲波接收器用來(lái)回收發(fā)出去的超聲波，另外的部分為控制電路，用來(lái)控制超聲波的接收以及結(jié)果信息的處理。 該模塊工作的基本原理：通過(guò)單片機(jī)I/O口想TRIG引腳發(fā)送信號(hào)來(lái)觸發(fā)測(cè)距，觸發(fā)信號(hào)要求保持不少于10us的高電平；收到觸發(fā)信號(hào)后，經(jīng)過(guò)控制電路

20、的處理，超聲波發(fā)射器自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40KHz的方波，同時(shí)接收器開(kāi)始檢測(cè)是否有返回信號(hào)；當(dāng)接收器收到返回信號(hào)后，ECHO端開(kāi)始輸出高電平給單片機(jī)I/O口，這個(gè)高電平的持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射器發(fā)射超聲波到接收器接收到回波的時(shí)間8。圖3-3是此模塊的具體原理圖。 圖3-3 HC-SR04模塊原理圖3.4時(shí)鐘模塊時(shí)鐘模塊使用的是比較流行的DS1302涓流充電計(jì)時(shí)芯片。DS1302模塊利用串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，這使得該芯片的引腳數(shù)非常少，使用時(shí)只需在X1、X2腳之間接一個(gè)晶振，Vcc1腳接上備用電池，并把電源和地接上就能正常運(yùn)作，另外三個(gè)管腳是用來(lái)與單片機(jī)進(jìn)行通信的串口，通過(guò)這三個(gè)引腳，單片機(jī)可以讀

21、取年月日星期時(shí)分秒七個(gè)數(shù)據(jù)，為用戶(hù)提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息。DS1302在沒(méi)有主電源供電的情況下，能夠通過(guò)Vcc1腳所接的備用電源來(lái)進(jìn)行運(yùn)作，確保時(shí)間信息不丟失，并且在這個(gè)模式下，DS1302的能耗可以降的很低很低，這就為豈能長(zhǎng)時(shí)間保存時(shí)間信息提供了保障。DS1302內(nèi)部自帶有日歷校準(zhǔn)功能，能夠自動(dòng)識(shí)別大小月和閏年等信息，并進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，同時(shí)還提供了12小時(shí)制和24小時(shí)制的鐘點(diǎn)選擇。芯片內(nèi)部同時(shí)擁有一個(gè)專(zhuān)為手動(dòng)設(shè)置的時(shí)間/日歷預(yù)留的位，可以通過(guò)軟件暫停秒，來(lái)進(jìn)行時(shí)間/日歷的設(shè)置。DS1302 使用一個(gè)外部 32.768kHz晶體，振蕩電路工作時(shí)不需要任何外接的電阻或者電容。CE口在讀寫(xiě)時(shí)必須保持高電

22、平，SCLK口用來(lái)同步串行接口上的數(shù)據(jù)動(dòng)作，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是控制串口的收發(fā)和時(shí)序，而I/O口則是雙向數(shù)據(jù)傳輸口。該模塊的原理圖如圖3-4所示。圖3-4 DS1302模塊原理圖3.5語(yǔ)音模塊語(yǔ)音芯片采用的是定制語(yǔ)音內(nèi)容的YF017芯片，YF017是通過(guò)向單I/O口輸入不同數(shù)量的脈沖來(lái)控制播放的語(yǔ)音段，該芯片的電路搭建相當(dāng)簡(jiǎn)單，只需把1口接一個(gè)104的電容并接地，2、3口外接揚(yáng)聲器，4、5口接地處理，6、7、8口與單片機(jī)I/O口連接用來(lái)控制播放語(yǔ)音。通過(guò)圖3-5是該模塊的原理圖。圖3-5 YF017模塊原理圖該模塊通過(guò)三個(gè)I/O口與單片機(jī)連接進(jìn)行語(yǔ)音播放工作，該模塊總共可以存放32段語(yǔ)音信息，可以利用專(zhuān)

23、用燒錄器對(duì)其語(yǔ)音進(jìn)行定制，芯片內(nèi)部對(duì)于32段語(yǔ)音信息進(jìn)行了編號(hào)，想要播放那段語(yǔ)音，只要向DATA腳輸入對(duì)應(yīng)編號(hào)數(shù)量的脈沖就能播放，通過(guò)軟件編程的簡(jiǎn)單循環(huán)就能對(duì)應(yīng)輸出想要的語(yǔ)音信息。BUSY引腳在平常狀態(tài)一直處于高電平狀態(tài)，當(dāng)DATA腳檢測(cè)到信號(hào)輸入后開(kāi)始播放語(yǔ)音，此腳立刻置于低電平，當(dāng)語(yǔ)音播放完畢，重新回到高電平狀態(tài)待機(jī)；DATA引腳屬于主控引腳，該引腳在檢測(cè)到有效信號(hào)后，會(huì)對(duì)應(yīng)信號(hào)出現(xiàn)的有效高電平個(gè)數(shù)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音段播放；REST引腳是一個(gè)復(fù)位引腳，當(dāng)檢測(cè)到高電平后，將重置其他兩個(gè)管腳，在想連續(xù)播放多段語(yǔ)音時(shí)，在每段語(yǔ)音開(kāi)始之前都應(yīng)先將此腳復(fù)位，這樣可以防止DATA引腳的混亂導(dǎo)致胡亂播放語(yǔ)

24、音。在具體應(yīng)用中，想要播放第幾段聲音，先發(fā)送一個(gè)復(fù)位脈沖到REST腳，接著發(fā)送對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖到DATA腳即可。BUSY腳可以接一個(gè)LED用來(lái)觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸5。圖3-6為該語(yǔ)音芯片的定制語(yǔ)音。圖3-6 YF017定制語(yǔ)音內(nèi)容3.6 LCD1602模塊（用于測(cè)試調(diào)試以及時(shí)間設(shè)置）LCD1602模塊在本系統(tǒng)中用于測(cè)試及調(diào)試日歷/時(shí)間以及與顯示與障礙物距離，這一模塊可以用來(lái)讓正常人幫助盲人校準(zhǔn)時(shí)間以及檢驗(yàn)導(dǎo)盲儀導(dǎo)盲功能是否正常。該模塊功能很簡(jiǎn)單，用單片機(jī)的P0口接LCD的8個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)端，另選3個(gè)單片機(jī)I/O接LCD模塊的控制端，其原理圖如圖3-7所示。圖3-7 LCD1602模塊原理圖第四章 軟件設(shè)計(jì)4.

25、1 軟件設(shè)計(jì)思路 此系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用了模塊化軟件設(shè)計(jì)的方法，模塊化軟件設(shè)計(jì)有助于提高軟件的可讀性，也方便軟件的移植和維護(hù)更新。本設(shè)計(jì)的軟件主要分為如下幾個(gè)子函數(shù)模塊：主程序、延時(shí)程序、超聲波模塊程序、時(shí)鐘程序、語(yǔ)音程序、LCD顯示程序、按鍵中斷程序、定時(shí)器程序這幾個(gè)模塊。程序的主要功能是通過(guò)單片機(jī)不斷發(fā)送信號(hào)給超聲波模塊的TRIG端，讓超聲波模塊發(fā)送超聲波，同時(shí)打開(kāi)定時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，再超聲波模塊的ECHO端接收到返回來(lái)的信號(hào)后關(guān)閉定時(shí)器，并獲得超聲波傳輸時(shí)間，再通過(guò)計(jì)算獲得與障礙物的距離S。再將S的值通過(guò)LCD顯示出來(lái)。同時(shí)利用單片機(jī)與DS1302時(shí)鐘模塊進(jìn)行通信，再將年月日，時(shí)分秒，星期這這

26、些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在LCD上，并利用單片機(jī)的一個(gè)外部中斷實(shí)現(xiàn)按鍵設(shè)置時(shí)間/日歷信息。語(yǔ)音芯片的功能是利用另一個(gè)外部中斷和一個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)按鍵被按下后給一個(gè)延時(shí)，如果按鍵沒(méi)有持續(xù)按下則執(zhí)行播報(bào)距離障礙物距離的語(yǔ)音，如果檢測(cè)到按鍵被長(zhǎng)按則播報(bào)當(dāng)前的日歷/時(shí)間信息。4.2軟件設(shè)計(jì)程序框圖本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)邏輯簡(jiǎn)單易懂，主要用到了單片機(jī)的一個(gè)定時(shí)器和兩個(gè)外部中斷，下面對(duì)主要的軟件工作流程做簡(jiǎn)單介紹。4.2.1主程序設(shè)計(jì)流程圖下圖4-1為本次設(shè)計(jì)的主程序流程圖。圖4-1主程序設(shè)計(jì)流程圖4.2.2設(shè)置時(shí)間程序流程圖時(shí)間設(shè)置函數(shù)用到了兩個(gè)按鍵，具體流程圖如圖4-2所示。圖4-2 時(shí)間設(shè)置函數(shù)流程圖4.2.3中斷

27、程序流程圖本設(shè)計(jì)利用了兩個(gè)按鍵K3、K4控制的外部中斷實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)和時(shí)間暫停兩個(gè)功能，具體流程圖如圖4-3所示。圖4-3 中斷程序流程圖第五章 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析5.1設(shè)計(jì)目標(biāo)本次設(shè)計(jì)的功能目標(biāo)是：1、利用超聲波測(cè)距實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲功能；2、當(dāng)距離小于50cm時(shí)蜂鳴器響；3、能夠完成按鍵語(yǔ)音報(bào)時(shí)；4、按鍵語(yǔ)音報(bào)距；5、按鍵設(shè)置時(shí)間。為了方便測(cè)試與調(diào)試，本設(shè)計(jì)用了一塊LCD1602模塊進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，下面的系統(tǒng)測(cè)試都可以通過(guò)LCD來(lái)實(shí)時(shí)查看。5.2系統(tǒng)測(cè)試本次設(shè)計(jì)測(cè)試在室內(nèi)進(jìn)行，圖5-1是本此設(shè)計(jì)的整體實(shí)物圖。圖5-1整體實(shí)物圖通過(guò)LCD可以看到各功能運(yùn)行正常，LCD第一左側(cè)顯示的是日歷信息，第一行右側(cè)顯

28、示的是周信息，第二行左側(cè)顯示的是時(shí)間信息，第二行右側(cè)顯示的是距離信息。通過(guò)圖5-1中下方的第三個(gè)按鍵可以暫停時(shí)間，然后通過(guò)第一、二個(gè)按鍵設(shè)置時(shí)間/日歷信息，短按第四個(gè)按鍵播放距離信息，長(zhǎng)按第四個(gè)按鍵播放時(shí)間/日歷信息，這些功能經(jīng)測(cè)試都能很好的工作。然后測(cè)試的是超聲波測(cè)距的測(cè)試，本次測(cè)試我用尺子量了15cm和1m兩個(gè)距離，并用本次的成品進(jìn)行了測(cè)試，最終結(jié)果顯示測(cè)試距離十分精準(zhǔn)，超聲波收發(fā)模塊工作穩(wěn)定。當(dāng)距離小于50cm時(shí)蜂鳴器正常工作。圖5-2、5-3、5-4、5-5是超聲波模塊測(cè)試圖。 圖5-2 超聲波模塊測(cè)試 圖5-3 超聲波模塊測(cè)試 圖5-4 超聲波模塊測(cè)試 圖5-5超聲波模塊測(cè)試 5.3

29、結(jié)果分析本次設(shè)計(jì)的測(cè)試結(jié)果基本都符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，各功能運(yùn)作正常。不過(guò)這次測(cè)試主要是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活中的復(fù)雜場(chǎng)景沒(méi)有做過(guò)多的分析。由于超聲波在打到復(fù)雜障礙物時(shí)，反射的角度容易偏移，可能導(dǎo)致接收端接收的誤差，進(jìn)而距離計(jì)算誤差。同時(shí)不同材料對(duì)超聲波的吸收也不同，這些都是會(huì)導(dǎo)致測(cè)試誤差的，在以后的開(kāi)發(fā)中還有改良的余地。第六章 總結(jié)與展望6.1設(shè)計(jì)總結(jié)此次研究通過(guò)對(duì)盲人群體的數(shù)量，盲人群體的需求等方面的研究，分析了市面上現(xiàn)存的導(dǎo)盲解決方案的不足，并通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外導(dǎo)盲解決方案的研究發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，確定了采用超聲波技術(shù)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲儀的功能。在準(zhǔn)備階段，深度學(xué)習(xí)理解了超聲波的相關(guān)知識(shí)以及超聲波測(cè)距的相

30、關(guān)原理，選擇了較為方便可靠的超聲波測(cè)距方法，并據(jù)此挑選了適合本次設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距模塊。為了給本次設(shè)計(jì)添加更多人性化的功能，本人從盲人群體的基本需求出發(fā)，決定為該本次設(shè)計(jì)添加了語(yǔ)音日歷/時(shí)間，語(yǔ)音報(bào)據(jù)等功能，在綜合考慮到成本和可靠性之后，選則了相對(duì)廉價(jià)的DS1302時(shí)鐘芯片和YF017語(yǔ)音芯片。為了設(shè)計(jì)調(diào)試的方便以及日常使用維護(hù)的方便，本設(shè)計(jì)又添加了LCD1602模塊，以便正常人幫助盲人校準(zhǔn)時(shí)間和測(cè)試導(dǎo)盲儀工作是否正常。在選擇主控芯片時(shí)，處于對(duì)成本以及技術(shù)力的考量，采用了比較通用且價(jià)格低廉的STC89C52作為本次實(shí)驗(yàn)的主控MCU。因其技術(shù)成熟所以開(kāi)發(fā)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本也很低廉。設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容：（

31、1）了解盲人群體需求及導(dǎo)盲儀發(fā)展現(xiàn)狀；（2）選定超聲波測(cè)距為本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容，了解超聲波測(cè)距的相關(guān)知識(shí)。（3）綜合考量選定各功能模塊的使用的芯片；（4）選定主控MCU，并學(xué)習(xí)STC89C52RC單片機(jī)芯片資料，完成主控芯片與各功能模塊的硬件連接電路；（5）在了解各芯片的基礎(chǔ)上，完成軟件的編寫(xiě)；（6）對(duì)實(shí)物進(jìn)行布局并焊接完成品；（7）對(duì)成品各功能模塊進(jìn)行測(cè)試，確保最終成品的功能完整。6.2展望經(jīng)過(guò)數(shù)月的研究，本次設(shè)計(jì)的導(dǎo)盲儀各功能模塊都能正常運(yùn)作，達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的要求。但本次設(shè)計(jì)仍然擁有幾個(gè)值得改進(jìn)的地方，首先本次設(shè)計(jì)的最終仍由手工焊接完成，在體積穩(wěn)定性方面相較畫(huà)PCB仍有較大差距；其次本次設(shè)計(jì)

32、的超聲波導(dǎo)盲儀還有很多沒(méi)有考慮到的場(chǎng)景，可以通過(guò)考慮更多的場(chǎng)景來(lái)優(yōu)化代碼增強(qiáng)導(dǎo)盲儀的泛用性；最后，本次設(shè)計(jì)的導(dǎo)盲儀電源部分只是簡(jiǎn)單的用3節(jié)7號(hào)干電池組成，在環(huán)保方面還未考慮周全，在以后的研究中可以采用可充電鋰電池來(lái)實(shí)現(xiàn)，既節(jié)省使用成本也節(jié)能環(huán)保。盲人群體的需求多種多樣，只有不斷改進(jìn)系統(tǒng)完善功能才能真正幫助盲人群體更好的生活。參考文獻(xiàn)1許捷,葉宏.基于STC89C52單片機(jī)的客車(chē)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.電子科技,2014,27(02):88-91.2 任春林, 謝金波, 湯啟棟. 基于超聲波測(cè)距的汽車(chē)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)J. 信息通信, 2014(10):45-46.3陸敏智,許平平.超聲波清洗機(jī)移動(dòng)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.機(jī)電元件,2016,36(06):