南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院

作者：黃建軍

1緒論

我國(guó)曾在上世紀(jì)9()年代進(jìn)行過(guò)視力殘疾狀況日勺調(diào)查，成果顯示，我國(guó)有視力殘

疾患者近1400萬(wàn)，其中盲人約就有620萬(wàn)。從全國(guó)防盲技術(shù)指導(dǎo)組辦公室得到的數(shù)

據(jù)也顯示⑴，我國(guó)有550萬(wàn)盲人，占世界盲人總數(shù)日勺l/5o伴隨人民生活水平日勺不停

的進(jìn)步，讓生活變得越來(lái)越簡(jiǎn)樸以便成為了人民普遍追求H勺生活理念。盲人既是我們

一般人民中的一員，又是一種特殊群體，他們由于先天或后天口勺生理缺陷在平常生活

中比我們常人會(huì)碰到更多H勺不以便，不能精確及時(shí)H勺發(fā)現(xiàn)并規(guī)避障礙物就是一種重要

的弊端。假如有一種既輕巧，又廉價(jià)，同步又能及時(shí)的識(shí)別周圍障礙物并發(fā)出報(bào)警信

號(hào)的智能拐杖在盲人的手中將會(huì)為盲人的生活提供極大地以便。

由于超聲波的I速度相對(duì)光速要小的多，其傳播時(shí)間愈加輕易被檢測(cè)，并且易于定

向的發(fā)射，方向性很好，強(qiáng)度可以控制，因而人類采用仿真技能運(yùn)用超聲波測(cè)距。同

步伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人的不停出現(xiàn)，測(cè)距和識(shí)別技術(shù)在工業(yè)中

己經(jīng)得到了普遍的運(yùn)用與發(fā)展，怎樣把這種非接觸式檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到民用領(lǐng)域

己變得十分重要了。

1.1課題背景及意義

盲人既是我們一般人民中日勺一員，又是一種特殊群體，他們由于先天或后天的生

理缺陷在平常生活中比我們常人會(huì)碰到更多的不以便和安全隱患。本設(shè)計(jì)就是為了防

止盲人在行走時(shí)與前方障礙相撞。

盲人導(dǎo)盲預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)用可極大地減輕盲人的行走不便與安全隱患，降低且防止

因盲人不辨障礙而導(dǎo)致的事故日勺發(fā)生，同步它將對(duì)提高人體智能化設(shè)計(jì)起到重要的意

義。對(duì)超聲波具有傳播速度慢，指向性強(qiáng)，能級(jí)消耗緩慢，對(duì)色彩、光照度不敏感H勺

特點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)用，同步因?yàn)槌暡▊鞲衅鳂?gòu)造相充簡(jiǎn)樸、體積小、性價(jià)比高、信息處理

簡(jiǎn)樸而且可靠，易于小型化和集成化，并且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制等特點(diǎn)。因比這一項(xiàng)技

術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)盲產(chǎn)品中將有廣闊口勺發(fā)展前景。

1.2設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容

本設(shè)計(jì)中超聲波測(cè)距的設(shè)計(jì)是根據(jù)蝙蝠依托超聲波進(jìn)行夜間飛行捕食的能力和

原理，并且運(yùn)用目前的單片機(jī)控制式超聲測(cè)距系統(tǒng)，運(yùn)用超聲波一來(lái)一回確定目標(biāo)位

置的原理，重要是通過(guò)超聲波傳感器發(fā)送和接受超聲波，然后通過(guò)對(duì)比分析發(fā)射的波

與碰到障礙物后的I回波信息，這樣就完成了超聲波導(dǎo)盲儀的數(shù)據(jù)采集部分。本設(shè)計(jì)系

統(tǒng)的單片機(jī)是使用AT89s52芯片，重要運(yùn)用的原理也是超聲波測(cè)距方面的，通過(guò)組裝

和協(xié)調(diào)各個(gè)硬件完成該裝置的硬件部分，該裝置可以把盲人前方道路上碰到的一定范

圍內(nèi)日勺障礙物進(jìn)行距離探測(cè)并且可以將障礙物距離盲人多少米轉(zhuǎn)換成實(shí)時(shí)語(yǔ)音提醒,

通過(guò)語(yǔ)音提醒盲人可以懂得前方與否有障礙物，從而進(jìn)行危險(xiǎn)規(guī)避。該系統(tǒng)有諸多其

他產(chǎn)品所不具有的特點(diǎn)例如：電路構(gòu)造簡(jiǎn)樸，元器件價(jià)格廉價(jià)。電路的抗干擾性強(qiáng)。

因?yàn)槊と嗽谝雇硇凶邥r(shí)，行人和車輛不輕易發(fā)現(xiàn)，可能對(duì)盲人口勺生命構(gòu)成危險(xiǎn)，因此

本設(shè)計(jì)還需要增加夜間燈光的設(shè)計(jì)。選擇運(yùn)用光敏電阻，通過(guò)檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度就

相稱于電阻燈光電路的通斷開(kāi)關(guān)，并把提醒燈的亮度轉(zhuǎn)化為相對(duì)邏輯的紅色警示閃光

燈。用來(lái)提醒來(lái)往行人和車輛避讓。此外還有快閃提醒，當(dāng)有迅速物體靠近時(shí)，有對(duì)

應(yīng)的語(yǔ)音提醒。

1.3論文構(gòu)造

第1章本章重要簡(jiǎn)介了設(shè)計(jì)超聲波導(dǎo)盲拐杖的背景及意義。對(duì)設(shè)計(jì)研究的大體內(nèi)

容做了概述。

2超聲波測(cè)距的工作原理及方案論證

2.1超聲波概述

聲音是自然界生物之間溝通交流的工具，聲音在人類發(fā)展日勺初期就已經(jīng)產(chǎn)生了，

在我們所存在日勺大千世界中存在著多種各樣豐富多彩的聲音。在科學(xué)的發(fā)展道路上，

聲學(xué)早就是一種古老而又充斥活力日勺學(xué)科。不過(guò)人的耳朵是聽(tīng)不到超聲波信號(hào)的，大

概到了十八世紀(jì)，人們發(fā)現(xiàn)海豚、蝙蝠等生物日勺別具一格然后開(kāi)始了研究，才發(fā)現(xiàn)自

然界存在一種波叫超聲波。聲波是一種機(jī)械波并且在液體、氣體、固體中都是可以傳

播的。按照聲波的振動(dòng)頻率來(lái)劃分，聲波可以分為四種不一樣高下頻率的波：頻率范

圍處在16kHz?20kHz之間日勺機(jī)械振動(dòng)波⑵，定義為聲波，人日勺耳朵可以聽(tīng)見(jiàn)；頻率

不不小于16kHz口勺機(jī)械振動(dòng)聲波被稱為次聲波;頻率高于20kHz的機(jī)械震動(dòng)聲波被稱

為超聲波；高于10MHz的機(jī)械振動(dòng)波被稱為特超聲波。

產(chǎn)生聲波必須具有兩個(gè)條件第一要有振動(dòng)源的質(zhì)點(diǎn)，笫二要有傳播聲波的介質(zhì)，

聲波在某些條件下是不好傳播日勺。此外單單具有以上兩個(gè)條件也是不行的)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)

時(shí)還不能隨波日勺移動(dòng)而移動(dòng)，而且質(zhì)點(diǎn)只是在平衡點(diǎn)日勺上下進(jìn)行機(jī)械波的)振動(dòng)，這就

和我們大學(xué)物理所學(xué)H勺電磁波日勺原理有點(diǎn)類似，不過(guò)區(qū)別也很大，例如電磁波也是一

種機(jī)械波，不過(guò)不需要要有固液氣三種形態(tài)日勺物質(zhì)進(jìn)行傳播，還有就是光波與聲波也

是不一樣的，光波既是粒子日勺又是機(jī)械H勺也是不需要傳播介質(zhì)的；電磁波的傳播速度

和光口勺傳播速度一樣都是3xl()8m/s,然而超聲波日勺傳播速度只有340m/s,從速度上來(lái)

看超聲波的速度比電磁波日勺速度慢諸多，根據(jù)波日勺理論原理兩個(gè)相似頻率的波，波長(zhǎng)

短的可以提高超聲波測(cè)距的辨別能力；超聲波在同一種介質(zhì)中的傳播速度是一樣的，

就是你只要傳播的介質(zhì)是相似H勺頻率的不一樣是不會(huì)變化超聲波的傳播速度，波的波

動(dòng)方向是和質(zhì)源振動(dòng)H勺方向是相似日勺，因此說(shuō)超聲波是一種上下振動(dòng)的彈性機(jī)械波，

它的傳播必須要借助于介質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)。

折射、反射、散射、衍射等物理現(xiàn)象一般發(fā)生在聲波穿過(guò)兩個(gè)不一樣介質(zhì)口勺臨界

面。超聲波也是一種聲波所也具有也具有人耳能聽(tīng)到口勺可聽(tīng)波的性質(zhì)。不過(guò)畢竟頻率

有所不一樣因此超聲波總是有她的尤其之處，與平常人耳所聽(tīng)到的波應(yīng)該有不一樣口勺

性質(zhì)，例如方向性很好不會(huì)隨意的因?yàn)橥庖蚨兓较?，波的加速時(shí)間快，最明顯的

特點(diǎn)就是其波長(zhǎng)比較日勺短，最短時(shí)只有毫米的千分之一，足見(jiàn)與可聽(tīng)波相比，超聲波

確實(shí)有諸多尤其的性質(zhì)。

超聲波傳播特性一超聲波日勺頻率高因此波長(zhǎng)就比較短，當(dāng)超聲波穿過(guò)障礙物時(shí)，

障礙H勺大小尺寸應(yīng)該比超聲波日勺波長(zhǎng)大諸多，由此我們得出超聲波穿過(guò)障礙物時(shí)衍射

的將幾乎不可能發(fā)生，超聲波日勺傳播也是定向直線傳播除非傳播的介質(zhì)不是均勻的，

根據(jù)目前波學(xué)的理論.當(dāng)波長(zhǎng)越短時(shí)，波是很難發(fā)生衍射歐I,因此超聲波在這方面擁

有其獨(dú)特『、J一面。

超聲波功率特性一當(dāng)聲音在空氣中傳播時(shí)，必然將帶動(dòng)空氣中的分子或者微粒做

著振源的上下周期性振動(dòng)產(chǎn)生了做功。聲波功率就是衡量聲音做功快慢的物理量?？?/p>

學(xué)驗(yàn)證表明在同一頻率下，聲波日勺頻率越高所產(chǎn)生的功率就越大。超聲波的頻率都是

不小于20kHz,因此和一般日勺聲波相比超聲波的頻率是很大的I。

2.2超聲波傳感器

超聲波傳感涉是根據(jù)超聲波的特性研制而成日勺傳感器，可用于發(fā)射和接受超聲

波，其既可以把超聲波轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，也可以將其他形式日勺狀態(tài)轉(zhuǎn)換成超波

的存在形式。

運(yùn)用超聲波傳感器的電路具有如下幾方面H勺長(zhǎng)處：

（1）測(cè)量日勺原理和措施簡(jiǎn)樸，在電路中輕易實(shí)現(xiàn)。

（2）測(cè)量F1勺精確度高，可以精確的測(cè)出物體的距離。

（3）超聲波傳感器發(fā)出的超聲波具有一定口勺范圍，覆蓋性廣，因此測(cè)量時(shí)并不需

要使用許多的傳感器.因?yàn)槊總€(gè)傳感器都是覆蓋一定的范圍，節(jié)省了成本。

2.3超聲波測(cè)距中盲區(qū)及遠(yuǎn)限和近限

用來(lái)回時(shí)間檢測(cè)法測(cè)量距離時(shí)，障礙物與超聲波傳感器間口勺距離既不能太遠(yuǎn)也不

能太近，存在著距離測(cè)量H勺近限和遠(yuǎn)限。距離過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，接受到日勺信號(hào)太弱，以致無(wú)法

從噪聲信號(hào)中辨別出來(lái)，這是遠(yuǎn)限存在的原因⑶。在距離過(guò)近時(shí)，接受信號(hào)將落進(jìn)盲

區(qū)中而無(wú)法辨別出來(lái),這是近限因此存在日勺原因。因此，設(shè)計(jì)中要盡量減小盲區(qū)，同

步提高檢測(cè)的距離精度。

減小盲區(qū)措施：

（1）壓縮脈沖寬度一傳播端采取降低振蕩脈沖或單個(gè)脈沖的幅值的措施，降低了

余震（拖尾），這種措施一般用于短距離的測(cè)量使用。

（2）采用自動(dòng)距離增益控制一使用接受放大器必須具有自動(dòng)增益控制的功能，這

樣近距離所產(chǎn)生的增益將會(huì)變小，距離遠(yuǎn)時(shí)的增益又比較大，這樣就可以使發(fā)射信號(hào)

的余震幅值變得小了，也可以辨別并接受近處H勺返回信號(hào)，當(dāng)然就可以減少盲區(qū)了。

此外，也可以時(shí)測(cè)量近處障礙物時(shí)返回信號(hào)的幅值變大從而提高了距離測(cè)量日勺精度。

（3）信噪比問(wèn)題一超聲波測(cè)量日勺距離總是有上限日勺。接受信號(hào)日勺幅值決定了量程,

返回信號(hào)日勺幅值必須要不小于閾值。這閾值值決定信噪比，這個(gè)時(shí)候就需要對(duì)周圍環(huán)

境的噪聲就行頻譜分析，盡量是使超聲波H勺頻率與周圍噪聲的頻率不相似.

2.4超聲波測(cè)距的方案

超聲波測(cè)距和超聲波檢測(cè)所使用的措施是相似H勺。超聲波測(cè)距大體上可以分為三

種措施分別是聲波幅直法、來(lái)回時(shí)間法、以及相位檢測(cè)法。這三種措施當(dāng)中相位發(fā)日勺

精確度是最高口勺，但這種措施的檢測(cè)范圍并不是很大，聲波幅法的弊端在于輕易被反

射波所影響，目前超聲波測(cè)距這一快使用最多的措施是來(lái)回時(shí)間法。來(lái)回時(shí)間法的基

本原理就是在曉的聲波的在某種介質(zhì)中的傳播速度，然后通過(guò)計(jì)算發(fā)射和接受信號(hào)分

別碰到障礙物口勺時(shí)間差來(lái)求的障礙物的距離，原理圖如圖2.1所示。

詳細(xì)日勺來(lái)講只要鼓勵(lì)電路產(chǎn)生一種40kHz的鼓勵(lì)脈沖給超聲波傳感器，再由傳感

器內(nèi)部電路將其轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，機(jī)械振動(dòng)然后迪過(guò)空氣分子日勺振動(dòng)而傳送出去，發(fā)射

日勺超聲波信號(hào)在空氣中時(shí)沿一條直線傳播歐J，一旦超聲波日勺信號(hào)碰到物體就會(huì)發(fā)生反

射⑷。傳感器在接受到返回信號(hào)后再通過(guò)壓電原理把聲波轉(zhuǎn)換成電壓電流等電量信號(hào)。

傳感器此時(shí)得到的電壓信號(hào)還是比較微弱的，需要通過(guò)一種放大器措施后才可以被傳

感器的識(shí)別芯片所采集。

圖2.1超聲波測(cè)距原理圖

超聲波傳感器使用發(fā)射頭發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波碰到障礙物時(shí)超聲波就會(huì)返回，

然后用超聲波接受頭來(lái)接受超聲波反射信號(hào)，因?yàn)槌暡ㄔ诰鶆蚪橘|(zhì)中H勺傳播速度是

固定的，因此只要懂得傳播日勺時(shí)間就可以簡(jiǎn)樸的算出障礙物的距離，因此本設(shè)計(jì)采用

雙探頭的方式。

聲波是以縱波的形式在空氣中傳播的。當(dāng)尺寸不小于對(duì)目標(biāo)物體的聲波的波長(zhǎng)將

制止發(fā)生反射；反射波被人們稱為回聲。假設(shè)我們懂得了超聲波在某種介質(zhì)中的傳播

速度，并且我們可以通過(guò)測(cè)量懂得超聲波發(fā)射和接受所懂得的時(shí)間，然后算出時(shí)間差

就得到了超聲波傳播的時(shí)間了，然后就可以算出障礙物H勺距離⑸。這就是本設(shè)計(jì)超聲

波測(cè)距的原理。本設(shè)計(jì)的傳播介質(zhì)是空氣，采用超聲波來(lái)測(cè)距。

在室溫下聲波的I傳播速度為339m/s,傳播介質(zhì)是空氣，超聲波從發(fā)射開(kāi)始到超聲

波碰到障礙物返回并被接受的時(shí)間為t,那么振源距離障礙物的距離可以由式（2.1）求

得：

d=33550（?！?$）*/（$）式（2.1）

因?yàn)槌暡ㄋㄟ^(guò)的途徑是聲源和障礙物之間的兩倍，因此發(fā)射器距離障礙物的

距離應(yīng)該是d/2。

單探頭方式就是超聲波探頭發(fā)射超聲波，然后碰到障礙物后返回，接受返回信號(hào)

使用原來(lái)H勺發(fā)射探頭。假設(shè)超聲波探頭與障礙物之間的距離為S,則測(cè)距如式（2.2）；

S=-cr式（2.2）

2

式（2.2）中：S是所測(cè)障礙物的距離，c是超聲波在均勻介質(zhì)中的傳播速度，t

是超聲波從發(fā)射到被接受所使用的時(shí)間。從式（2.2）中可以看出，只要聲音日勺傳播速

度已知，在測(cè)量出超聲波H勺傳播時(shí)間t后就可以準(zhǔn)備的計(jì)算出障礙物距離S.

2.5本章小結(jié)

本章對(duì)設(shè)計(jì)中用到的超聲波技術(shù)進(jìn)行了一種系統(tǒng)性的闡明。包括對(duì)超聲波的闡

明，超聲波傳感器H勺長(zhǎng)處，超聲波測(cè)量中盲區(qū)及近限和遠(yuǎn)限，以及本次設(shè)計(jì)所要用到

的超聲波測(cè)距技術(shù)的原理“

3智能導(dǎo)盲儀硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能

超聲波測(cè)距是根據(jù)超聲波在空氣的I傳播速度恒定通過(guò)記錄傳播時(shí)間夾求出距離

的I。根據(jù)從發(fā)射超聲波到接受到回波H勺時(shí)間和聲音的速度在這個(gè)時(shí)候日勺傳播速度，它

可以被用來(lái)計(jì)算該障礙物日勺距離。因?yàn)榭諝庵械乃p，噪音和環(huán)境以及電路自身的超

聲波傳播具有一定日勺限制，測(cè)量的距離，障礙物限制距離的回波將不檢測(cè)；在同一時(shí)

間，在接受用探頭發(fā)射的超聲波的效果，測(cè)量距離不小于最小距離下，障礙物回聲將

無(wú)法辨別信號(hào)和干擾信號(hào)之間H勺差值。系統(tǒng)所測(cè)量的障礙物的距離必須要在上下限范

圍之內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到一定范圍的障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生警報(bào)和對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音提醒。

語(yǔ)音播報(bào)模塊重要是處理超聲波返回信號(hào)，把模擬量轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)，然后通過(guò)

給單片脈沖，通過(guò)單片來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)的控制，從而實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)提醒，也可以通過(guò)語(yǔ)音

播報(bào)模塊的按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的報(bào)距。

AT89S52單片機(jī)在預(yù)警系統(tǒng)?？斓淖饔镁褪亲鳛殚_(kāi)關(guān)來(lái)控制語(yǔ)音輸出模塊，還包

括語(yǔ)音警報(bào)提醒，夜間LED閃爍燈光，讓使用者在燈光比較暗的狀況下也能保證行

路的安全。

穩(wěn)壓電源也是電路設(shè)計(jì)比較關(guān)鍵的部分，一種穩(wěn)定的穩(wěn)壓電源電路可以使電路各

部分的運(yùn)行都比較穩(wěn)定，此外電源H勺穩(wěn)定性也會(huì)使電路H勺安全和壽命得到保障。

3.2設(shè)計(jì)思緒

智能導(dǎo)盲拐杖硬件電路設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，它波及到許多方面，包括單片機(jī)、

超聲測(cè)距系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)、溫濕度采集系統(tǒng)、聲光報(bào)警系統(tǒng)、電源等E勺選擇。在

開(kāi)始設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)模塊之間的關(guān)系進(jìn)行了解。更具實(shí)物要實(shí)現(xiàn)的功能,

需要把模塊進(jìn)行細(xì)節(jié)化，分析單個(gè)模塊內(nèi)部的引腳功能，本設(shè)計(jì)重要是以AT89S52

單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，然后以此來(lái)控制各個(gè)模塊運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)用的是回波

法的測(cè)距原理，其構(gòu)造框圖如圖3.1所示。

圖3.1智能導(dǎo)盲預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)造框圖

3.3硬件電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由單片機(jī).超聲波發(fā)射和接受電路，顯示電路，語(yǔ)音模塊和光報(bào)警模塊，

控制關(guān)鍵芯片。單片機(jī)在接受到傳感器的信號(hào)后產(chǎn)生對(duì)應(yīng)低電平使語(yǔ)音芯片開(kāi)始工

作，語(yǔ)音芯片發(fā)出對(duì)應(yīng)的振動(dòng)提醒或語(yǔ)音提醒。本系統(tǒng)工作原理示意圖如圖3.2所示。

圖3.2系統(tǒng)工作原理示意圖

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)重要有如下兒種模塊：

（1）單片機(jī)控制模塊

也就是單片機(jī)，是整個(gè)系統(tǒng)最智能的地方，也是整個(gè)系統(tǒng)日勺中央處理器，處理數(shù)

據(jù)的傳播和分析

（2）超聲換能模塊

超聲波的發(fā)射模塊重要是由包括超聲波的鼓勵(lì)脈沖產(chǎn)生電路和超聲波東頭構(gòu)成，

由單片機(jī)通過(guò)軟件產(chǎn)生鼓勵(lì)脈沖然后傳送給超聲波探頭進(jìn)行發(fā)送?；夭ㄐ盘?hào)電路由四

大部分構(gòu)成，分別是前置比例放大電路、程序控制日勺放大電路以及超聲波的信號(hào)過(guò)濾

電路。一般還需要將超聲波日勺回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)的I電壓，還需通過(guò)放大器對(duì)信

號(hào)進(jìn)行放大處理然后通過(guò)濾波器的濾波后才能得到幅值和信噪比符合規(guī)定稿號(hào)、只有

這種通過(guò)處理后的信號(hào)才能被處理。

（3）電源模塊

電源模塊是為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的供電電源，使系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)電源不穩(wěn)定影響運(yùn)

行的現(xiàn)象。

（4）語(yǔ)音播報(bào)模塊

重要是實(shí)時(shí)距離潛音播報(bào)，快閃規(guī)避啊語(yǔ)音提醒。

（5）快閃檢測(cè)模塊

該模塊是當(dāng)一種物體迅速靠近超聲波探頭是，系統(tǒng)可以有規(guī)避危險(xiǎn)日勺語(yǔ)音提醒。

3.4單片機(jī)主控模塊

AT89S52是一種高性能CMOS日勺8位存儲(chǔ)單片機(jī)，擁有8K字節(jié)日勺可編程閃存，

并具有低功耗H勺特點(diǎn)，使用的是Atmel國(guó)際企業(yè)高密度非丟失性存儲(chǔ)器H勺制造技術(shù),

引腳與采用同樣技術(shù)H勺8031和80c51是完全兼容H勺，重要得益于所采用的制造工藝

的相似⑹。片上H勺Flash不僅可以把程序存儲(chǔ)也可也對(duì)程序進(jìn)行修改，并且他的程序

與我們平時(shí)所使用日勺編程器也是兼容的。在單一芯片上，具有8位CPU的系統(tǒng)內(nèi)可

編程Flash與多變的AT89S52提高了生產(chǎn)產(chǎn)品的靈活度，并超有效口勺處理了嵌入式控

制方案在電路中的應(yīng)用。其具有如下原則功能：

8K字節(jié)的閃存、256字節(jié)的RAM、32個(gè)I/O線、看門狗定時(shí)器、2個(gè)數(shù)據(jù)指針、

3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、1個(gè)6向量2級(jí)中斷構(gòu)造、全雙工串行口、片內(nèi)晶振及時(shí)鐘

電路。

此外，AT89s52單片機(jī)可在0Hz日勺時(shí)候進(jìn)行靜態(tài)日勺邏輯運(yùn)算，并且還可以支持兩

個(gè)軟件可選性節(jié)省用電日勺模式。在空閑模式下，CPU是停止工作日勺不過(guò)RAM還是容

許被訪問(wèn)日勺，像定時(shí)器、串口、中斷脈沖等還是可以繼續(xù)工作的。當(dāng)單片機(jī)忽然失去

電之后，單片機(jī)會(huì)才去保護(hù)措施，自動(dòng)保留RAM的內(nèi)容，并且停止振蕩器的工作，

單片機(jī)的所有運(yùn)轉(zhuǎn)在沒(méi)有電能日勺狀況下將被停止，懂得單片機(jī)接受到下一種中斷脈沖

信號(hào)或者是按了復(fù)位電路，否則單片機(jī)就會(huì)保持既有的狀態(tài)。AT89S52引腳如圖3.3

所示。

140

PIOVCC

239

PHP00

338

P12P01

437

P13P02

536

P14P03

635

P15P04

734

P16P05

833

P17P06

932

REST_P07

1031

P30EA/VTP

1130

P31ALE/PROG

1229

P32PSEN

1328

P33P27

1427

P34P26

1526

P35P25

1625

P36P24

1724

P37P23

1823

XTAL2P22

1922

XTAL1P21

2021

GNDP20

AT89S52

圖3.3AT89s52引腳圖

引腳闡明

（1）P（）□:P0□是一種8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口o作為輸出口，每位都能驅(qū)

動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。在P0端口寫“1”時(shí)，該引腳用為高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部

程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),P0□也可以被用作低8位地址/數(shù)據(jù)的|復(fù)用。在這種模式下，P0

不具有內(nèi)部上拉電阻的特性。在使用Flash編程時(shí)，P0口也被用來(lái)接受指令字節(jié)；并

且能在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻的協(xié)助。

（2）P1□:P1□是一種具有內(nèi)部上拉電阻H勺8位雙向I/O口，P1內(nèi)輸出緩沖

器能同步驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。P1口，寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻拉端口，它可

以被用作輸入。作為輸入時(shí)，引腳被外部拉低日勺原因是由于內(nèi)部電阻或者輸出電流。

此外，P1.0和P1.1還可以分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2日勺觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在編程和校驗(yàn)日勺時(shí)候，端口接受低8位

地址字節(jié)。

引腳號(hào)第二功能：

P1.0T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出。

Pl.lT2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）。

Pl.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）。

Pl.6MISO（在系統(tǒng)編程用）。

Pl.7SCK（在系統(tǒng)編程用）。

（3）P20：P2□也是一種具有內(nèi)部上拉電阻H勺8位雙向I/O口，P2口日勺輸出

緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口，那么你

可以使用作為輸入端口。當(dāng)被作為輸入時(shí)，外部向下引線由于內(nèi)部電阻和輸出電流。

當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)?；蜃x取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行）與位地址，端口發(fā)送高八地

址。在這種應(yīng)用中，P2口必須使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉電阻來(lái)發(fā)送U在使用8位地址

（如MOVX?RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器口勺內(nèi)容。在Flash編

程和校驗(yàn)時(shí)，P2□也可以接受高8位地址字節(jié)和某些控制信號(hào)的程序。

（4）P3口；是一種具有內(nèi)部上拉電阻的位雙向口，輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)邏輯

電平。端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口，那么你可以使用作為輸入端口。當(dāng)作

為輸入，外部向下引線由于內(nèi)部電阻和輸出電流。P3口亦作為AT89s52特殊功能（第

二功能）使用。Flash編程和驗(yàn)證，P3還接受某些控制信號(hào)。

端口引腳第一功能：P3.0RXD（串行輸入口）、P3.1TXD（串行輸出口）、P3。INTO

（外中斷0）、P3.3INTI（外中斷1）、P3.4TO（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）、P3.5T1［定時(shí)/計(jì)數(shù)

器1）、P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）、P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）。止匕外,

P3還接受某些控制信號(hào)的Flash編程和驗(yàn)證。

（5）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST的引腳會(huì)發(fā)出至少兩個(gè)周期以上

的高電平來(lái)使單片發(fā)生復(fù)位。

（6）ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存使能）引腳輸出脈沖日勺

低8位字節(jié)鎖存地址。一般狀況下，ALE將會(huì)以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6來(lái)輸出固定的脈

沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目日勺。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存

儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一種ALE脈沖。存儲(chǔ)器編程日勺時(shí)候，該引腳還用于輸入編程脈沖

（PROG）o如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中日勺8EH單元H勺D0位置

位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激

活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。

（7）PSEN：程序儲(chǔ)存容許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器『、J讀選通信號(hào)，當(dāng)

AT89s52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，兩個(gè)PSEN每個(gè)機(jī)器周期，即輸出

兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。

（8）EA/VPP：外部訪問(wèn)容許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為

0000H-FFFFH）,EA端必須保持低電平（接地）。需注意啊是；假如加密位LB1被編

程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。EA端為高電平（VCC接端），CPU正在執(zhí)行。

當(dāng)閃存編程，加上銷電源容許編程，當(dāng)然，這必須是一種的編程電壓的裝置。

（9）XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路日勺輸入端。

（10）XTAL2：振蕩器反相放大器H勺輸出端°

本次設(shè)計(jì)是以AT89S52作為控制模塊加上其他的某些外部電路所構(gòu)成，其最小系

統(tǒng)如圖3.4所示，是這個(gè)導(dǎo)盲儀的關(guān)鍵控制部分。AT89s52是一種高性能CMOS的8

位存儲(chǔ)單片機(jī)，擁有8K字節(jié)的可編程閃存，并具有低功耗的特點(diǎn)⑺。采用AtmelH勺

高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)產(chǎn)品訂單和引腳完全兼容。片上的Flash不

僅可以把程序存儲(chǔ)也可也對(duì)程序進(jìn)行修改，并且他的程序與我們平時(shí)所使用的編程器

也是兼容口勺。在單一芯片上，具有8位CPU的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash與多變『、JAT89s52

提高了生產(chǎn)產(chǎn)品向靈活度，并超有效啊處理了嵌入式控制方案在電路中口勺應(yīng)用。

UIVCCPI

PIOvcc

Pl!RM>

PI2POI

PI3FO2

PI4PO3

PI5HM

PI6POS

空P06

REST_P()7

P30EA/VPP

P3!ALE/啊豆

P32T

PSEF7

P2

627P26

P34P2

P2-S26P25

?5P2

425P24

P36P2

P2524P23

P37

P223P22

XTA1.2P2

I22P2I

XTALI

O21P20

GND

AT89S52

圖3.4單片機(jī)電路構(gòu)造

AT89S52單片機(jī)的RST引腳需要接兩個(gè)周期日勺高電平并且這些高點(diǎn)必須是持續(xù)

不停的，此時(shí)單片內(nèi)部就執(zhí)行著復(fù)位H勺指令。假如發(fā)現(xiàn)單片機(jī)H勺這個(gè)引腳一直是處在

高電平的狀態(tài)，則表達(dá)單片機(jī)一直處在復(fù)位不停循環(huán)的狀態(tài)。

在實(shí)際的使用中，單片機(jī)口勺復(fù)位操作有兩種形式：第一種是上電復(fù)位，第二種就

是按鍵與上電組個(gè)的復(fù)位指令，在外部祈求打開(kāi)電源就執(zhí)行復(fù)位的指令。此時(shí)RST

啊引腳就會(huì)很快得到一種高電平，此時(shí)電容C1就會(huì)充電，電容兩邊就有電壓，因此

慢慢的IRST引腳上的電壓將會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)下降直到平衡。

RST引腳的高電平是有一定日勺保持時(shí)間H勺，一般最長(zhǎng)為2個(gè)機(jī)器周期，在高電平

消失后單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作了。復(fù)位電路的目的就是在需要電路復(fù)位時(shí)可以及

時(shí)的復(fù)位，從而修正之前的錯(cuò)誤，保證電路的正常循環(huán)，如圖3.5所示。

R5R4

3.3VI

10k1k

zzLzCioz±zcn

O.lulu

圖3.5復(fù)位電路

3.5超聲波換能模塊

就目前世界上對(duì)測(cè)距這一領(lǐng)域重要運(yùn)用的手段有激光、毫米波雷達(dá)、攝像系統(tǒng)、

紅外線、超聲波等某些測(cè)距技術(shù)，使用不一樣的測(cè)距技術(shù)所波及的原理和措施也是不

相似日勺，不過(guò)乂有一點(diǎn)是相似的都必須要有一種發(fā)射和接受回波日勺過(guò)程。下面是各個(gè)

測(cè)距技術(shù)性能之間的比較如表3.1所示。

表3.1各傳感器性能比較

超聲波紅外線攝像系統(tǒng)毫米波雷達(dá)激光

最大探測(cè)距10m10m不小于100m不小于150m可至U達(dá)

離150m

響應(yīng)時(shí)間較快約為慢IxIO'ms取沃于處理時(shí)快可到達(dá)1ms較快約

15ms間10ms

探頭磨損，污大，直接影響很大，使探

染等原因口勺幾乎沒(méi)有影響影響不大辨別能力較小測(cè)距離減

影響小1/2?1/3

探頭約一支20不小于1500

成本比較元，工作機(jī)理約80元不小于1000元價(jià)格昂貴，約500元

簡(jiǎn)樸，探頭易元構(gòu)造復(fù)雜

安裝

好，可以在惡差，但在能見(jiàn)差，可見(jiàn)性不很好，不受能差，受惡劣

環(huán)境適應(yīng)性劣環(huán)中工作度低時(shí)比其他好條件下無(wú)法見(jiàn)度影響環(huán)境影響

光學(xué)系統(tǒng)好工作

通過(guò)表3.1的數(shù)據(jù)我們可以對(duì)多種測(cè)距技術(shù)進(jìn)行比較，可以看出本設(shè)計(jì)使用超聲

波設(shè)計(jì)方案是最簡(jiǎn)樸實(shí)用口勺，并且我們還需要在超聲波技術(shù)上進(jìn)行系統(tǒng)口勺簡(jiǎn)化和改

正。

根據(jù)發(fā)射和接受超聲換能器與否同體，可以把超聲波換能器分為收發(fā)同體和收發(fā)

分體兩種形式。收發(fā)同體其實(shí)就是超聲波的發(fā)射和接受都是同一種傳感器完成的，探

頭能發(fā)射超聲波，亦也能接受超聲波；收發(fā)分體是指超聲波的發(fā)射和超聲波的接受使

用的不是同一種探頭。為了是電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)樸化，考慮到電路設(shè)計(jì)的成本本次設(shè)計(jì)采用

的超聲波模塊是HY-SRF05,圖3.6所示為超聲波的超聲波測(cè)距模塊H勺實(shí)物圖。

圖3.6HY-SRF05超聲波測(cè)距模塊實(shí)物圖

HY-SRF05超聲波測(cè)距模塊可以非接觸式附則量距離在2cm?450cm以內(nèi)的物體,

精度可到達(dá)3mm,模塊包括一種超聲波接受和一種發(fā)送控制電路。幾種引腳的功能各

自是VCC接5V電源，GND是接地町TEING是通過(guò)觸發(fā)來(lái)控制信號(hào)的輸入，ECHO

的功能是回憶信號(hào)的輸出⑻。

基本工作原理

（1）采用I/O端口TRIG觸發(fā)方式，至少要予以10us的高電平信號(hào)。

（2）發(fā)射探頭能都自動(dòng)的發(fā)射8個(gè)的40kHz的方波信號(hào)，并通過(guò)接受探頭自動(dòng)

檢測(cè)與否返回。

（3）有信號(hào)發(fā)射或接受時(shí)，通過(guò)I/O口的ECHO端口輸出高電平，超聲波從發(fā)

射到返回所使用的時(shí)間就是高電平持續(xù)工作的時(shí)間⑼。

下面簡(jiǎn)介日勺是一種壓電陶瓷式收發(fā)同體超聲波傳感器。其中心頻率為40kHz,10V

時(shí)發(fā)射電壓，在大氣壓是0dB=0.02m/Pa日勺條件下是295dB；40kHz中心頻率是在接

受敏捷度之內(nèi)日勺，在天氣壓是OdB=10V/pa的條件下是2-65dB；靜電容量為1260pF?

2340pF；探測(cè)距離為0.2m?3m；-6dB下的指向角為60。。這種壓電收發(fā)同體日勺聲壓

方位發(fā)射特性圖如圖3.7所示。

0"

圖3.7發(fā)射聲壓方位特性圖

HY-SRF05型超聲波集成模塊的工作電壓為5V,而且此模塊的靜態(tài)工作電流是不

不小于2mA的，工作時(shí)候相對(duì)穩(wěn)定。測(cè)量角度為15°,減少了可能存在的角度干擾

問(wèn)題。這個(gè)超聲波模塊可以進(jìn)行2cm?5m的測(cè)距，基本上符合本設(shè)計(jì)日勺規(guī)定，并且

測(cè)量精度也比較的高可用到達(dá)0.3cm,盲區(qū)僅為2cm,完全可以可以滿足本設(shè)計(jì)的測(cè)

距規(guī)定，測(cè)距的時(shí)候數(shù)據(jù)的波動(dòng)也比較小，很穩(wěn)定“3。在I/O觸發(fā)位置，需要給至少

給我們一種10us高電平信號(hào)。HY-SRF05電氣參數(shù)如表3.2所示。

表3.2HY-SR05電氣參數(shù)

電氣參數(shù)HY-SRF05

工作的電壓DC5V

工作電流15mA

工作頻率40Hz

最遠(yuǎn)射程4.5m

近來(lái)射程2cm

測(cè)量角度15。

輸入觸發(fā)信號(hào)lOus的TTL脈沖

輸出回響信號(hào)輸出TTL電平信號(hào)，和發(fā)射距離成正比

規(guī)格尺寸45*20*15mm

超聲波傳感器需要換能電路來(lái)實(shí)現(xiàn)功率驅(qū)動(dòng)。超聲波的發(fā)射器也需要一定n勺脈沖

信號(hào)，采用鼓勵(lì)就可以處理脈沖日勺問(wèn)題。根據(jù)本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)需要發(fā)射電路需要滿足一

定時(shí)規(guī)定。

(1)振蕩電路振蕩頻率可調(diào)

40kHz日勺脈沖由振蕩電路產(chǎn)生，然后這個(gè)脈沖再提供應(yīng)超聲波傳感器。

當(dāng)加載頻率相似的超聲波傳感器信號(hào)頻率以共振頻率，效率高，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)

械能的機(jī)械聲波。

(2)驅(qū)動(dòng)能力較高

超聲波發(fā)射器需要功率足夠大口勺脈沖信號(hào)，這個(gè)脈沖由驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生,當(dāng)脈沖信

號(hào)產(chǎn)生后，我們還需要注意的是脈沖的寬度、功率以及它的頻率都是固定的否則很有

可能不能去動(dòng)發(fā)射器，再由發(fā)射器將所受到H勺朧沖電量轉(zhuǎn)換成機(jī)械波，能量的轉(zhuǎn)換是

成了機(jī)械能。

（3）I/O口控制

超聲波換能器的驅(qū)動(dòng)重要是靠功率驅(qū)動(dòng)電路來(lái)對(duì)進(jìn)行功率驅(qū)動(dòng)口勺，驅(qū)動(dòng)放大電路

通過(guò)足夠大功率放大之后，才能推動(dòng)超聲波換能器發(fā)射超聲波。

在空氣中傳播是超聲波的能量會(huì)伴隨距離的變遠(yuǎn)而出現(xiàn)衰落，通過(guò)目標(biāo)反射回來(lái)

的超聲波的回波信號(hào)弱，假如物體口勺距離比較的遠(yuǎn)那么波的衰減可能只有亳伏級(jí)了，

有的甚至只有微伏級(jí)。因此，為了提高超聲波測(cè)距系統(tǒng)歐J范圍，需要的驅(qū)動(dòng)電路。因

此目前需要處理接受,言號(hào)微弱問(wèn)題，接受電路需要把能量微弱日勺信號(hào)通過(guò)放大后然后

整形濾波。

此超聲波測(cè)距模決可以非接觸式的測(cè)量距離在2cm?450cm以內(nèi)的物體，精度可

到達(dá)3mm。

?；竟ぷ髟恚?/p>

（1）采用由I/O口TRIG的觸發(fā)方式來(lái)測(cè)距，至少給I/O提供10us內(nèi)高電觸發(fā)

平信號(hào)；

（2）超聲波模塊會(huì)自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz方波用來(lái)自動(dòng)檢測(cè)與否有一種回波信號(hào)

返回；

（3）當(dāng)超聲波探頭接受到回波信號(hào)時(shí)，通過(guò)I/O口ECHO輸出一種高電平，高電

平脈沖持續(xù)的時(shí)間就與超聲波發(fā)出后到接受到日勺時(shí)間是相等日勺。根據(jù)已知內(nèi)數(shù)據(jù)超聲

波發(fā)出地到障礙物距離二（高電平時(shí)間x聲速）/2。

3.6語(yǔ)音播報(bào)模塊設(shè)計(jì)

由于導(dǎo)盲儀的使用者重要是盲人，因此我優(yōu)比必須采取語(yǔ)音提醒的形式來(lái)協(xié)助盲

人行走。盲人可以通過(guò)按按鈕來(lái)使導(dǎo)盲儀實(shí)時(shí)報(bào)距，當(dāng)有迅速問(wèn)題靠近時(shí)也有對(duì)應(yīng)日勺

語(yǔ)音提醒規(guī)避。

如圖3.8所示語(yǔ)音芯片采用ISD4004中文錄播語(yǔ)音芯片。該芯片繼承1SD4004語(yǔ)

音芯片的某些長(zhǎng)處：例如采用最小SSOP28L貼片封裝、I/O接口比較簡(jiǎn)樸、功耗非常

的I低、音色比較清晰悅耳、價(jià)格比較低廉：除比之外，在語(yǔ)音合成效果上，ISD4004

可以精確、智能化地浜別文字、數(shù)字、較長(zhǎng)的字符串。正是因?yàn)槠浜铣烧Z(yǔ)音清晰和文

字的識(shí)別率高日勺特點(diǎn)也算代表語(yǔ)音芯片智能化日勺新起點(diǎn)，是一種值得廣泛應(yīng)用日勺中文

語(yǔ)音芯片，尤其在國(guó)內(nèi)中高端市場(chǎng)是值得開(kāi)發(fā)的。因此ISD4004語(yǔ)音芯片的研制成功，

將會(huì)推動(dòng)整個(gè)TTS語(yǔ)音合成技術(shù)行業(yè)H勺發(fā)展和更廣的行業(yè)應(yīng)用。

ssSCKJ

MOISVCCD

MISOXCLK

VSSDINT

NCRAC

NCVSSA

NCNC

NCNC

NCNC

NCNC

VESAVCCA

VSSAANAIN*

AUDOUTANAIN-

15

AMCAPNC

ISD40M

圖3.8ISD4004中文語(yǔ)音芯片引腳圖

引腳定義

1，3引腳接在總線模塊。日勺電源負(fù)極；2引腳接在總線模塊。日勺電源正極；低電

平時(shí)芯片將不被使用，表明芯片忙時(shí)可以通過(guò)主機(jī)接受命令和數(shù)據(jù)發(fā)送高電平，表達(dá)

正在進(jìn)行H勺語(yǔ)音合成和廣播；Res引腳接5引腳；6引腳接在總線模塊1的電源正極;

7引腳接在總線模塊I的電源負(fù)極；語(yǔ)音輸出模塊電源接負(fù)極8,12引腳；語(yǔ)音輸出

模塊電源正極接10引腳；9引腳接推送DAC語(yǔ)音輸出1。

其功能特點(diǎn)

（1）支持GB23支、GBK、BIG5和UNICODE內(nèi)碼格式的文本；

（2）清晰、流利、精確地把中文進(jìn)行語(yǔ)音合成；任意口勺中文文本也可合成語(yǔ)音,

支持多種英文字母的合成；

（3）文本分析處理算法才用日勺是智能化，可以精確的讀進(jìn)數(shù)字，手機(jī)號(hào)碼，日

期和時(shí)間，簡(jiǎn)樸的某些度量衡也是可以識(shí)別的；

（4）對(duì)于中文中的多音字和某些姓氏的處理能力是非常強(qiáng)的；

（5）支持多種類型日勺文本控制標(biāo)識(shí)，提高文本中文字的處理對(duì)的率；

（6）每次文本量的合成最多可以到達(dá)200字節(jié)；

（7）支持多種控制命令，重要包括：暫停合成、合成、繼續(xù)合成、停止、變化

波特率大小等；

（8）支持休眠功能，當(dāng)芯片不需要完成任務(wù)是可以休眠從而降低功耗；支持芯

片工作狀態(tài)可以用多種方式查詢到；

（9）支持串行數(shù)據(jù)通信接口，支持三種通訊形式的波特率：9600bps,19200bps,

38400bps；

（10）支持16級(jí)音量調(diào)整；對(duì)于背景音樂(lè)的音量和文本前景日勺音量都是可以調(diào)

整時(shí)，并且二者是可以獨(dú)立控制的；

（II）支持6級(jí)詞語(yǔ)語(yǔ)速調(diào)整，可使用發(fā)送控制指令調(diào)整詞語(yǔ)的播報(bào)速度；

（12）芯片內(nèi)部?jī)?chǔ)存了某些音樂(lè)資料，例如和弦音樂(lè)、某些簡(jiǎn)樸的提醒語(yǔ)和運(yùn)用

到某些特定行業(yè)的常見(jiàn)語(yǔ)音體現(xiàn)句；

（13）內(nèi)部存儲(chǔ)19首聲音提醒音，15首比較經(jīng)典的背景音樂(lè)，23首和弦提醒音

樂(lè)；

（14）內(nèi)置10字節(jié)推挽式（push-pull）、可使用獨(dú)立電源進(jìn)行功放，實(shí)現(xiàn)數(shù)模DAC

輸出;

（15）實(shí)際元器件使用SSOP貼片封裝形式，體積與同類相比較??；

（16）芯片各項(xiàng)指標(biāo)均滿足室外嚴(yán)酷環(huán)境下的應(yīng)用；

根據(jù)本設(shè)計(jì)方案規(guī)定和語(yǔ)音芯片的各項(xiàng)特性，語(yǔ)音模塊電路連接如圖3.9所示。

圖3.9語(yǔ)音模塊電路連接

3.7燈光示警模塊設(shè)計(jì)

示警方式一般是用燈光示警，用閃動(dòng)的指示燈來(lái)警告人們有一定日勺危險(xiǎn)；然后使

用聲音示警，發(fā)出語(yǔ)音提醒或警告提醒路人也提醒自己；在選擇警示電路時(shí)，本著使

硬件電路構(gòu)造簡(jiǎn)樸，編程以便的思想。本次設(shè)計(jì)除了語(yǔ)音警示外還加入了使用光作為

開(kāi)關(guān)控制LED燈示警系統(tǒng)，體現(xiàn)了以人為本的思想，重要是為了在晚上是提醒過(guò)路

的行人注意規(guī)避盲人以免導(dǎo)致交通事故。光敏電阻就相稱于預(yù)警等的開(kāi)關(guān)，當(dāng)晚上光

線變暗時(shí)，光敏電阻就會(huì)變小光控電路系統(tǒng)就會(huì)導(dǎo)通，給警示燈供電使燈變亮。光線

采集電路如圖3.10所示。

vcc

圖3.10光控制電路原理圖

3.8LCD顯示模塊設(shè)計(jì)

LCD1602最佳工作電壓是在5V左右，有數(shù)據(jù)位8個(gè)：接電源端、接地端、數(shù)據(jù)

讀寫端、數(shù)據(jù)命令選率端。在本次設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)端DO?D7是和單片機(jī)H勺P2口連接。

基本操作時(shí)序是1。在讀數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)輸入RS=L,RW=H,E=H,寫數(shù)據(jù)時(shí)輸入RS二H,

RW=Lo同步在與單片機(jī)連接運(yùn)行過(guò)程中要進(jìn)行上電保護(hù)對(duì)其進(jìn)行初始化。顯示電路

如圖3.11o

圖3.11液晶顯示電路

3.9本章小結(jié)

本章重要簡(jiǎn)介硬件的模塊化。對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)日勺功能進(jìn)行了總?cè)丈赘攀稣撌隽擞布O(shè)計(jì)

日勺思緒和設(shè)想，并根據(jù)規(guī)定，闡明了各個(gè)模塊所實(shí)現(xiàn)日勺功能。對(duì)系統(tǒng)日勺整體設(shè)計(jì)理念、

方案做大體的簡(jiǎn)介，并詳細(xì)講解關(guān)鍵部件重要器件日勺參數(shù)，以及硬件設(shè)計(jì)原理框圖。

4智能語(yǔ)音導(dǎo)盲儀的軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)重要是程序口勺編寫，我僅需要的是把導(dǎo)盲儀的功能寫成計(jì)算所

能識(shí)別的代碼，這樣才可以通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)各個(gè)芯片日勺功能，在寫程序日勺時(shí)候要注意

整個(gè)系統(tǒng)之間日勺協(xié)調(diào)性，這樣才可以通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)所提出的功能。軟件的編

寫是相稱重要日勺構(gòu)成部分，軟件日勺質(zhì)量直接影響著整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能日勺效果，當(dāng)然也

必須遵照系統(tǒng)功能來(lái)確定應(yīng)用程序日勺設(shè)計(jì)。

4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言

采用C語(yǔ)言作為本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言，其長(zhǎng)處是可以最大程度的減少我們對(duì)硬

件的機(jī)械操作，良好的程序構(gòu)造是C語(yǔ)言是一大特點(diǎn)，因此其愈加實(shí)用電路模塊化的

軟件設(shè)計(jì)，因此一般狀況下我們實(shí)用C語(yǔ)言作為單片機(jī)編程的首選語(yǔ)言，首先對(duì)于C

語(yǔ)言編程我們需要將程序設(shè)計(jì)措施構(gòu)造化，其次不硬件的功能進(jìn)行模塊化，不一樣口勺

功能由不一樣H勺模塊來(lái)完成，這會(huì)使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)程序構(gòu)造愈加清晰，也便于進(jìn)行調(diào)

試和維護(hù)工作。功能模塊不相似的，分別對(duì)應(yīng)固定日勺入口參數(shù)和出口參數(shù)，反復(fù)調(diào)用

日勺某些程序我們需要將其轉(zhuǎn)換成函數(shù)，可以簡(jiǎn)化我們編程減少了某些反復(fù)使用日勺程

序，又以便了整個(gè)程序日勺管理，還可以增強(qiáng)程序的移植性和可讀型。

4.2設(shè)計(jì)的軟件環(huán)境簡(jiǎn)介

對(duì)于AT89s52日勺控制設(shè)計(jì)，用KeilC語(yǔ)言軟件編程環(huán)境，使用Proteus軟件設(shè)計(jì)

環(huán)境進(jìn)行電路仿真口”。只有把這兩個(gè)軟件結(jié)合在一起才能完成電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。Keil

c軟件界面，如圖4.1所示。KeilC是一款比較強(qiáng)大的軟件，可以把軟件編程和軟件仿

真合于一體，還支持多種語(yǔ)言的編程，例如匯編、C語(yǔ)言甚至匯編和C語(yǔ)言的混合體

都可以識(shí)別。軟件一?股都是系統(tǒng)比較關(guān)鍵的部分，想做好一種設(shè)計(jì)必須有好的思想和

清晰H勺邏輯。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，該程序被提成幾種獨(dú)立H勺子程序，這樣使程序

的讀出變得以便簡(jiǎn)樸.同步又對(duì)■程序的移植和修改提供了很大的協(xié)助”2）。本設(shè)計(jì)的軟

件開(kāi)發(fā)完全是依托Keil單片機(jī)C語(yǔ)言平臺(tái)，在此平臺(tái)程序調(diào)試簡(jiǎn)樸，具有良好的可

續(xù)性和擴(kuò)展性。

圖4.1Keilc軟件界面

ProteusISIS是一款電路分析與實(shí)物仿真軟件由英國(guó)Labcenter企業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)軟件

的運(yùn)行環(huán)境是在Windows操作系統(tǒng)中，最重要的是可以對(duì)芯片進(jìn)行仿真運(yùn)行，還口」以

分析多種模擬元器件和集成電路的構(gòu)成和構(gòu)造。

該軟件的特點(diǎn)是；

（1）基本上滿足了本次設(shè)計(jì)的本次設(shè)計(jì)的仿真原則，與其他的單片機(jī)仿真軟件

相比較是非常以便口勺。

（2）可以進(jìn)行多種多樣的仿真例如：數(shù)字電路仿真，模擬電路仿真，單片和各

個(gè)外圍模塊之間的仿真，還有RS-232動(dòng)態(tài)仿真，SPI調(diào)整器仿真等；仿真還必須要有

顯示部分，這款軟件有多種虛擬儀器,例如示波器、信號(hào)發(fā)生器等1⑶。

（3）目前支持口勺單片機(jī)類型有：ARM7系列，68000系列，8052系列，AVR系

列，PIC12系列，列C16系列,PIC18系列,Z80系列，HCU系列以及多種其他的外

圍芯片。

（4）與大量的存儲(chǔ)器和外圍芯片兼容性很好。

綜上所述，此軟件是一款具有SPICE分析功能且可以仿真單片機(jī)的仿真軟件，

軟件功能十分日勺豐富，可以仿真ARM、52、AVR、PIC多種芯片。

ProteusISIS日勺工作和Windows界面的操作界面有點(diǎn)類似，如圖4.2所示，在屏幕

的上方我們可以看到諸多菜單例如：標(biāo)題欄，菜單，原則工具欄，繪圖工具欄，狀態(tài)

欄，對(duì)象選擇按鈕，預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕，仿真過(guò)程中日勺控制按鈕，預(yù)覽窗口，對(duì)

象選擇窗口，圖形編輯窗口等。這些界面有利于我們迅速日勺熟悉軟件并繪制電路圖。

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圖4.2仿真界面

雙擊圖標(biāo)就可以逐行Proteus程序，然后會(huì)進(jìn)入軟件H勺主界面。通過(guò)工具欄左側(cè)

從一種庫(kù)中選擇元件，然后在左側(cè)窗口中輸入所需