畢業(yè)論文基于超聲波技術(shù)的導(dǎo)盲杖設(shè)計(jì)(論文)綜述

1、基于超聲波技術(shù)的導(dǎo)盲杖設(shè)計(jì)論文龍劍 趙鳳娟 李偉欽 鄒東江 強(qiáng)進(jìn)指導(dǎo)老師：譚永宏（湖南科技學(xué)院 電子工程系）摘要：由于電子技術(shù)和壓電材料的快速發(fā)展，使超聲波檢測(cè)技術(shù)得到 了迅猛發(fā)展。利用超聲波指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢的特點(diǎn)，通過(guò)發(fā)射 具有特征頻率的超聲波實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)便是超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用之 一。本文利用超聲波障礙檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)了一款導(dǎo)盲杖，該導(dǎo)盲杖能自 動(dòng)檢測(cè)前方3米范圍內(nèi)障礙物，采用語(yǔ)音和振動(dòng)兩種方式有效提示盲 人避障。本設(shè)計(jì)是一種基于超聲波測(cè)距技術(shù)，以STC89C52I片機(jī)為核心的 低成本、高精度智能導(dǎo)盲杖。整個(gè)系統(tǒng)包括主控制器、超聲波發(fā)射器、 超聲波接收器、溫度補(bǔ)償模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊、電

2、源、開關(guān)、拐杖把 和拐杖體。在拐杖體和拐杖把對(duì)接處制有便于握杖手按動(dòng)的電源開關(guān)， 拐杖體采用剛性材料制成內(nèi)腔為空體式，內(nèi)腔中安裝有控制電路板、 電源及超聲波發(fā)射與接收器件；在拐杖體下端、中間、頂端與拐杖把 拐向相對(duì)應(yīng)方向裝有上、下排列的超聲波發(fā)射器與接收器共3對(duì)。在拐杖把下端有一語(yǔ)音播報(bào)模塊。本系統(tǒng)能夠感應(yīng)到使用者前方3米內(nèi)臉部，腿部高度處的障礙物，并通過(guò)震動(dòng)手柄，及語(yǔ)音播報(bào)通知使用 者，以保障盲人的行路安全。i【關(guān)鍵詞】導(dǎo)盲杖超聲波測(cè)距技術(shù)語(yǔ)音播報(bào)STC89C52引言隨著信息化和數(shù)字化的發(fā)展，現(xiàn)在社會(huì)中人們的生活變得更加豐 富多彩，生活更加便利。但是有一種人群卻不容忽視 ，社會(huì)上形形色 色、

3、豐富多彩的物是與他們無(wú)緣的，他們就是盲人。眾所周知眼晴是 “心靈之窗”，而對(duì)于突然失去或從未擁有過(guò)“心靈之窗” 的盲人來(lái)說(shuō)，生活上的困難與心理上的痛苦是可想而知的。他們的衣食住行 存在諸多不便，而在出行與人際交往中遇到的困難更加突出。目前， 市場(chǎng)上的導(dǎo)盲工具主要是導(dǎo)盲犬，導(dǎo)盲犬習(xí)慣于頸圈、導(dǎo)盲牽引帶和 其他配件的約束；懂得“來(lái)”、“前進(jìn)”、“停止”等口令，可以帶領(lǐng)盲 人安全地走路，當(dāng)遇到障礙和需要拐彎時(shí)，會(huì)引導(dǎo)主人停下以免發(fā)生 危險(xiǎn)。但是，導(dǎo)盲犬的培訓(xùn)過(guò)程長(zhǎng)達(dá)18個(gè)月，綜合費(fèi)用達(dá)2.53 萬(wàn)美元，如此昂貴的價(jià)格不是普通用戶能承擔(dān)的，所以設(shè)計(jì)一款基于 超聲波技術(shù)的導(dǎo)盲杖。本設(shè)計(jì)基于超聲波測(cè)距技術(shù)

4、，超聲波作為一種頻率超過(guò)20KHz勺機(jī)械波，其指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)。止匕外， 與其他測(cè)距方法相比，如電磁或光學(xué)的方法，超聲波測(cè)距不受光線、 被測(cè)對(duì)象顏色等影響。對(duì)于被測(cè)物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干 擾、等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力。止匕外，超聲波傳感器還具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、信號(hào)處理可靠等特點(diǎn)，檢測(cè)比較迅速、方便，計(jì) 算簡(jiǎn)單，易于做到實(shí)時(shí)控制。因此，基于超聲波技術(shù)的導(dǎo)盲杖對(duì)環(huán)境 的適應(yīng)能力較強(qiáng)，穩(wěn)定性較高，性價(jià)比高，給盲人的行路安全提供了 必要保障。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：1、大角度范圍的高精度超聲波測(cè)距處理方法。2、提高移動(dòng)式超聲波測(cè)距系統(tǒng)測(cè)距精度的方法。3

5、、語(yǔ)音播報(bào)模塊。1.1 系統(tǒng)總體功能概述1.1.1 系統(tǒng)原理及框圖系統(tǒng)原理描述：系統(tǒng)主要由一個(gè)主控制器、三對(duì)超聲波測(cè)距模塊 和一個(gè)語(yǔ)音報(bào)警模塊及振動(dòng)模塊組成。系統(tǒng)工作時(shí)三對(duì)超聲波測(cè)距模塊對(duì)三個(gè)不同方向的障礙物距離進(jìn)行巡回檢測(cè)，再將采集到的信息送 微處理器處理，微處理器再通過(guò)語(yǔ)音模塊告知使用者安全的行進(jìn)方向 其系統(tǒng)總體框圖如圖1.1.1所示。圖1.1.1系統(tǒng)總體框圖1.1.2 系統(tǒng)具體方案超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波； 另一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等； 機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻 率，功率和聲波特性各不相同，

6、因而用途也各不相同。目前在近距離 測(cè)量方面較為常用的是壓電式超聲波換能器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，本設(shè)計(jì)決定采用STC89C5型片 機(jī)作為主控制器，采用壓電式超聲波換能器，采用 ISD1700系列語(yǔ)音 芯片進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。二硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路主要由反相器HEF4069UB和超聲波換能器構(gòu)成， 單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反相器后送到超 聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反相器后送到超聲波換能器的 另一個(gè)電極，用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端可以 提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反相器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng) 能力。上拉電阻R

7、100 R11 一方面可以提高反相器 HEF4069UB輸出高 電平的驅(qū)動(dòng)能力；另一方面可以增強(qiáng)超聲波換能器的阻尼效果，以縮 短其自由振蕩的時(shí)間。壓電超聲波轉(zhuǎn)換器的功能：利用壓電晶體諧振工作。它有兩個(gè)壓 電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶 片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn) 生超聲波，這時(shí)它就是一超聲波發(fā)生器；如沒(méi)加電壓，當(dāng)共振板接受 到超聲波時(shí)，將壓迫壓電振蕩器作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這 時(shí)它就成為超聲波接受轉(zhuǎn)換器。超聲波發(fā)射轉(zhuǎn)換器與接受轉(zhuǎn)換器具結(jié) 構(gòu)稍有不同。 超聲波發(fā)射電路如圖2.1所示。圖2.1超聲波發(fā)射電路2.2 超聲波接收電

8、路超聲波接收模塊主要由集成電路 CX20106A紅外線檢波接收的專 用芯片組成，芯片引腳說(shuō)明如下：l腳：超聲波信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kQo2腳：該腳與GND1間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特 性。增大電阻R或減小C,將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之 則放大倍數(shù)增大。但C的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中 不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為 R=4.7Q, C=3.3p F。3腳：該腳與GNa間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波， 瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高， 但檢波輸出的脈沖寬度

9、變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為 3.3 pF。4腳：接地端。5腳：該腳與電源端 VCCg入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的 中心頻率f0 ,阻值越大，中心頻率越低。例如，取 R=200kQ時(shí)， fn =42kHz,若取 R=220kQ ,則中心頻率 f0=38kHz。6腳：該腳與GNa間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF,如果 該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引 腳必須接一個(gè)上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為22kQ ,沒(méi)有接收信號(hào)時(shí)該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則會(huì)輸出低電平。8腳：電源正極，4.5V5V。超聲波接收電路如圖2.2所示：J

10、F18 HEADER圖2.2超聲波接收電路2.3 語(yǔ)音播報(bào)電路本設(shè)計(jì)語(yǔ)音芯片采用ISD1700系列芯片，ISD1700系列芯片是華 邦公司新推出的單片優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音錄放電路，該芯提供多項(xiàng)新功能，包括 內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（vAlert ），運(yùn)作模式（獨(dú)立 &嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部含有自動(dòng)增益 控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)等的全方位 整合系統(tǒng)功能。2.4 .1特點(diǎn)1）可錄、放音十萬(wàn)次，存儲(chǔ)內(nèi)容可以斷電保留一百年。2）兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式。3）可處理多達(dá)255段以上信息。4）有豐富多樣的工作狀態(tài)提示。5）

11、多種采樣頻率對(duì)應(yīng)多種錄放時(shí)間。6）音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活。2.3 . 2電特性1）工作電壓：2.4V-5.5V,最高不能超過(guò)6V。2）靜態(tài)電流：0.5-10A。3）工作電流：20mAISD17G0就FW 口24fit?2322FTKa找翔W3C1TAUD 'AUXIC 呷圖2.3 . 2芯片實(shí)物圖與引腳圖用戶可利用震蕩電阻來(lái)自定芯片的采樣頻率，從而決定芯片的錄 放時(shí)間和錄放音質(zhì)。下表為ISD1700的參數(shù)表：Sample Freq.ISD1730iSD174i-ISD175OLSD1760r 12 kHz20 secs26 secs33 secs40 secs8 kHz30 se

12、cs40 secs50 secs60 secs£4 kHz5.3 kHz37 secs50 secs6口 secs62 secs75 secs90 secs45 secs75 secs4 kHz60 secs80 secs100 secs120 secsISD1790ISD17120ISD17150ISD171801SD17210ISD1724060 secs80 secs100 secs120 secs140 secs160 secs90 secs120 secs150 secs180 secs210 secs240 secsI I2 secs150 secs181 secs187

13、 secs225 secs271 secs262 secs300 secs362 secs135 secs226 secs317 secs180 secs240 secs300 secs360 secs420 secs480 secs表2.3 . 2 ISD1700參數(shù)表2.3 . 3獨(dú)立按鍵工作模式ISD1700的獨(dú)立按鍵工作模式錄放電路非常簡(jiǎn)單，而且功能強(qiáng)大。 不僅有錄、放功能，還有快進(jìn)、擦除、音量控制、直通放音和復(fù)位等 功能。這些功能僅僅通過(guò)按鍵就可完成。在按鍵模式工作時(shí)，芯片可以通過(guò)LED管腳給出信號(hào)來(lái)提示芯片的工作狀態(tài)，并且伴隨有提示音， 用戶也可自定4種提示音效。 錄音操作：按下R

14、EO, /REC管腳電平變低后開始錄音，直到松開按鍵使電 平拉高或者芯片錄滿時(shí)結(jié)束。錄音結(jié)束后，錄音指針自動(dòng)移向下一個(gè) 有效地址。而放音指針則指向剛剛錄完的那段語(yǔ)音地址。放音操作：放音操作有兩種模式，分別是邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)，都由 PLAY 管腳觸發(fā)。1）邊沿觸發(fā)模式點(diǎn)按一下PLAY鍵，PLAY管腳電平變低便開始播放當(dāng)前段的語(yǔ) 音，并在遇到EO麻志后自動(dòng)停止。放音結(jié)束后，播放指針停留在剛 播放的語(yǔ)音起始地址處，再次點(diǎn)按放音鍵會(huì)重新播放剛才的語(yǔ)音。在放音期間，LED燈會(huì)閃爍直到放音結(jié)束時(shí)熄滅。如果在放音期間點(diǎn)按 放音鍵會(huì)停止放音。2）電平放音模式如果一直按住PLAY®,使PLAYf腳電

15、平持續(xù)為低，那么會(huì)將芯 片內(nèi)所有語(yǔ)音信息播放出來(lái)，并且循環(huán)播放直到松開按鍵將PLAY管腳電平拉高。在放音期間LED閃爍。當(dāng)放音停止，播放指針會(huì)停留在 當(dāng)前停止的語(yǔ)音段起始位置?？爝M(jìn)操作：點(diǎn)按一下FW預(yù)鈕將FW隔拉低，會(huì)啟動(dòng)快進(jìn)操作。快進(jìn)操作用 來(lái)將播放指針移向下一段語(yǔ)音信息。當(dāng)播放指針到達(dá)最后一段語(yǔ)音處 時(shí)，再次快進(jìn)，指針會(huì)返回到第一段語(yǔ)音。當(dāng)下降沿來(lái)到FW湍時(shí)，快進(jìn)操作還要決定于芯片當(dāng)時(shí)的狀態(tài)：1）如果芯片在掉電狀態(tài)并且當(dāng)前播放指針的位置不在最后一段，那么指針會(huì)前進(jìn)一段，到達(dá)下一段語(yǔ)音處。2）如果芯片在掉電狀態(tài)并且當(dāng)前播放指針的位置在最后一段，那么指 針會(huì)返回到第一段語(yǔ)音處。3）如果芯片正在

16、播放一段語(yǔ)音（非最后一段），那么此時(shí)放音停止，播 放指針前進(jìn)到下一段，緊接著播放新的語(yǔ)音。4）如果芯片正在播放最一段語(yǔ)音，那么此時(shí)，放音停止，播放指針?lè)?回到第一段語(yǔ)音，緊接著播放第一段語(yǔ)音。擦除操作：擦除操作分為單段擦除和全體擦除兩種擦除方式，區(qū)別如下：1）單個(gè)擦除只有第一段或最后一段語(yǔ)音可以被單個(gè)擦除。點(diǎn)按一下ERASE!將ERASE管腳拉低，這時(shí)具體的擦除情況要看播放指針的狀態(tài)： 如果芯片空閑并且播放指針指向第一段語(yǔ)音，則會(huì)刪除第一段語(yǔ) 音，播放指針指向新的第一段語(yǔ)音（執(zhí)行擦除操作前的第二段）。 如果芯片空閑并且播放指針指向最后一段語(yǔ)音， 則會(huì)刪除最后一段 語(yǔ)音，播放指針指向新的最后一段

17、語(yǔ)音（執(zhí)行擦除操作前的倒數(shù)第二 段）。 如果芯片空閑并且播放指針指向沒(méi)有指向第一或最后一段語(yǔ)音，則不會(huì)刪除任何語(yǔ)音，播放指針也不會(huì)被改變。 如果芯片當(dāng)前正在播放第一段或最后一段語(yǔ)音，點(diǎn)按下ERASE!會(huì) 刪除當(dāng)前語(yǔ)音。2）全體擦除當(dāng)按下ERAS鍵將ERAS甯腳電平拉低超過(guò)2.5秒鐘，會(huì)觸發(fā)全 體擦除操作，刪除全部語(yǔ)音信息。復(fù)位操作：如果用RESET控制止匕管腳，建議RESET管腳與地之間連接 一個(gè)0.1 pF電容。當(dāng)RESET被觸發(fā)，芯片將播放指針和錄音指針 都放置在最后一段語(yǔ)音信息的位置。音量操作：點(diǎn)按一下VOLM將VOL管腳拉低會(huì)改變音量大小。每按一下，音 量會(huì)減小一檔，再到達(dá)最小檔后再按

18、的話，會(huì)增加音量直到最大檔， 如此循環(huán)?？偣灿?個(gè)音量檔供用戶選擇，每一檔會(huì)改變 4dR復(fù)位 操作會(huì)將音量檔放在默認(rèn)位置，即最大音量。FT直通操作：按住FT鍵將FT管腳持續(xù)保持在低電平會(huì)啟動(dòng)直通模式。出廠 設(shè)定的是在芯片空閑狀態(tài)，直通操作會(huì)將語(yǔ)音從 Analn端直接通往喇 叭端或AUD輸出口。在錄音期間按下 FT鍵，會(huì)同時(shí)錄下Analn進(jìn) 入的語(yǔ)音信號(hào)。2.3.4管腳功能說(shuō)明:管腳 名稱PDIP/SOI管腳TSOP 管腳引腳說(shuō)明VCCD122數(shù)字電路電源/LED223LED指7K估號(hào)輸出/RESET324芯片復(fù)位MISO425SPI接口的串行輸出。ISD1700在SCLK下降沿之前 的半個(gè)周期

19、將數(shù)據(jù)放置在 MISO 端。數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿時(shí)移 出MOSI526SPI接口的數(shù)據(jù)輸入端口。主控制芯片在 SCLK上升沿之前的半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放置在MOSI端。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿 被鎖存在芯片內(nèi)。627spi接口的時(shí)鐘。由主控制:SCLK芯片產(chǎn)生，并且被用來(lái)同步芯片 MOSI和MISO端各自的數(shù)據(jù) 輸入和輸出。此管腳空閑時(shí)，必 須拉高。/SS728為低時(shí)，選擇該芯片成為當(dāng)前被控制設(shè)備并且開啟 SPI接 口。空閑時(shí)，需要拉高VSSA81模擬地一Analn92芯片錄音或直通時(shí)，輔助的 模擬輸入。需要一個(gè)交流耦合電 容（典型值為0.1uF ）,并且輸 入信號(hào)的幅值不能超出 1.0Vpp 。 A

20、PC寄存器的D3可 以決定Analn信號(hào)被立刻錄制 到存儲(chǔ)器中，與Mic信號(hào)混合 被水制到存（盾命中，或者被緩存 到喇叭端并 經(jīng)由直通線路從 AUD/AUXft 出。MIC+103麥克風(fēng)輸入十MIC-114麥克風(fēng)輸入-VSSP2125負(fù)極PWM喇叭驅(qū)動(dòng)器地SP-136喇叭輸出-VCCP147PWM剌叭驅(qū)動(dòng)器電源SP+158喇叭輸出十VSSP1169正極PWM喇叭驅(qū)動(dòng)器地AUD/AUX1710輔助輸出，決定于 APC寄 存器的D7 ,用來(lái)輸出一個(gè) AUD 或AUX輸出。AUD是一個(gè)單端 電流輸出，而AuxOut是，個(gè)單 端電壓輸出。他們能夠被用來(lái)驅(qū) 動(dòng)一個(gè)外部揚(yáng)聲器。出廠默認(rèn)設(shè) 置為AUD。 A

21、PC寄存器的D9 可以使具掉電。AGC1811自動(dòng)增益控制;/VOL1912音量控制ROSC2013振蕩電阻，ROSC用一個(gè)電 阻連接到地，決定芯片的采樣頻 率VCCA2114模擬電路電源/FT2215在獨(dú)立芯片模式下，當(dāng) FT 一直為低，Analn直通線路被 激活。Analn信號(hào)被立刻從 Analn經(jīng)由音量控制線路發(fā)射 到喇叭以及 AUD/AUX輸出。不 過(guò)，當(dāng)在SPI模式下，SPI無(wú) 視這個(gè)輸入，而且直通線路被 APC寄存器的D0所控制。該管 腳有一個(gè)內(nèi)部上拉設(shè)備和一個(gè) 內(nèi)部防抖動(dòng)電路，允許使用按 鍵開關(guān)來(lái)控制開始和結(jié)束。/PLAY2316播放控制端/REC2417次首拄制端/ERASE2

22、518擦除控制端/FWD2619快進(jìn)控制端RDY / INT2720一個(gè)開路輸出。Ready（獨(dú)立模式）該管腳在錄音，放音，擦除和指 向操作時(shí)保持為低，保持為高時(shí) 進(jìn)入掉電狀態(tài)。Interrupt（SPI 模式）在完成SPI命令后，會(huì)產(chǎn)生一 個(gè)低信號(hào)的中斷。一旦中斷消 除，該腳變回為高。VSSD2821數(shù)字地表2.3.4 ISD1700管腳功能說(shuō)明112.3.5 ISD系列芯片典型應(yīng)用電路:13FWDMIC*MIC-03FAnaln1Rose 皿SSSCLKR05c AGCRECFRASFVOLFT* Ai 恥Hz BdTipiing JnEiq. Rose - 80 KVTo uCSP1mo

23、s iISD1700MISOU,L SP*AUafAUX和50G100 KQUNT/RDYpticnslnOptKsnai： taseti upon me appliGartiora i.夕 VAJ-BFIAUXLEDCCD%SPfn骷H O.' dFT - Speakeror BuzzsrT- Digital ground; , Analog round;師© SP*:; Gnsund for SP*圖2.3.5 (1)按鍵控制電路25261011RECPLAYERASEFWDVOLFTSCLKmosi ISD1700MISOMIC*20Q.IFHIZ sarpi irfl

24、 JFM. Rck = 80 KVAnalnT4.7 NF3RESETvAJ&rtLEDVCGndwaa14。苒;12SP*SP-BMOCINT；RDYOpbsnalSpea-P" orBuuerOptional:upen the ap:hciD3>L_-28口呼lxADD/AUXUDAUX后:岡田ground; AnaloggrtxiM; GeuM for &?-+; GnouMfar圖235(2) SPI 控制電路三軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)主程序首先要對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0工作模式為16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA。然

25、后調(diào)用超聲波發(fā)生子 程序送出八個(gè)超聲波脈沖。為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳到接收器 引起的直射波，需要延時(shí)約0.1ms (這也就是超聲波測(cè)距器會(huì)有一個(gè) 最小可測(cè)距離的原因)后才可打開外中斷 0接收返回的超聲波信號(hào)。 由于采用的是12MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1us,所以當(dāng) 主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)(即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間)按式(3-1)計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距器之間的 距離。再通過(guò)邏輯判斷，控制語(yǔ)音芯片播放對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音段。設(shè)計(jì)時(shí)取 20 c時(shí)的聲速為344m/s,則有d= (vxt) /2= (172T/10000 ) cm (3-1) 其中：T為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)

26、數(shù)值。圖3.1系統(tǒng)總體軟件框圖3.2 超聲波測(cè)距器軟件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的原理，既超聲波發(fā)生器 T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲 波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就會(huì)被超聲波接收 器R接收到。這樣，只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào) 所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。該距離的計(jì) 算公式如下(3-2):d=s/2(vx t)/2(3-2)其中：d為被測(cè)物于測(cè)距器的距離；s為聲波的來(lái)回路程；v為聲 速；t為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。超聲波也是一種聲波，其聲速 v與溫度有關(guān)。表3.2列出了幾種 不同溫度下的超聲波聲速。實(shí)際情況下，溫度每上升或者下降1C,聲 速將增加或者減少0.60

27、7m /s ,這個(gè)影響對(duì)于較高精度的測(cè)量是相當(dāng) 嚴(yán)重的。因此提高超聲波測(cè)量精度的重中之重就是獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)芈?速。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。下表3.2中顯示了不同溫度下超聲波聲速表：溫度/C-30-20-100102030100聲波/ (m.s)313319325323338344349386表3.2溫度與波速對(duì)照表3.3 溫度補(bǔ)償程序設(shè)計(jì)當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)超聲波測(cè)距測(cè)量精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比收發(fā)時(shí)間的影響 嚴(yán)重。因此，獲取當(dāng)?shù)氐臏?zhǔn)確聲速，對(duì)系統(tǒng)的測(cè)距精度起著決定性的 作用。超聲波在大氣中傳播的速度受介質(zhì)氣體的溫度、密度及氣體分 子成分的影響，即：MRT(3-3-1)由上式(3-

28、3-1)知，在空氣中，當(dāng)?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，因 此獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)貧鉁乜梢杂行У奶岣叱暡y(cè)距時(shí)的測(cè)量精度。工 程上常用的由氣溫估算當(dāng)?shù)芈曀俚墓饺缦拢篊 -Co , 1 T 273(3-3-2)式中C0=331.4m/s ; T為絕對(duì)溫度，單位K。此公式一般能為聲 速的換算提供較為準(zhǔn)確的結(jié)果。實(shí)際情況下，溫度每上升或者下降1 C, 聲速將增加或者減少0.607m /s ,這個(gè)影響對(duì)于較高精度的測(cè)量是相 當(dāng)嚴(yán)重的。因此提高超聲波測(cè)量精度的重中之重就是獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)?聲速。V=331.4+0.607T(3-3-3)由上述的誤差分析知，如果能夠知道當(dāng)?shù)販囟龋瑒t可根據(jù)公式 (3-3-3)求出當(dāng)?shù)?/p>

29、聲速，從而能夠獲得較高的測(cè)量精度。而問(wèn)題的關(guān)鍵 在于獲得溫度數(shù)據(jù)的方法。采用熱敏電阻、熱電耦、集成溫度傳感器 都可以獲得較為準(zhǔn)確的溫度值。為了便于對(duì)溫度信號(hào)的數(shù)據(jù)采集及處理，我們采用DALASS公司生產(chǎn)的DS18B20集成溫度傳感器。 DS18B20采用了 DALAS必司的 1-WIRE總線專利技術(shù)，能夠僅在占用控制器一個(gè) I/O 口的情況下工 作(芯片可由數(shù)據(jù)線供電)，極大的方便了使用者的調(diào)試使用，而且其 在10 c+ 85 c的工作環(huán)境下可以保持土 0.5%的使用精度， 在這個(gè)空間內(nèi)足以保證為超聲波測(cè)距設(shè)備提供足夠的精度范圍。DS18B20a度讀出流程圖3.3所示。圖3.3 DS18B20

30、溫度讀出流程圖3.4 語(yǔ)音播報(bào)程序設(shè)計(jì)ISD1700系列支持兩中工作模式：按鍵模式與 SPI模式。所謂按 鍵模式，其實(shí)就跟普通錄放機(jī)工作一樣，通過(guò)按鍵來(lái)操作。它支持錄 音、放音、刪除、快進(jìn)、音量控制等按鍵。對(duì)于電路上的實(shí)現(xiàn)，其實(shí) 就是相應(yīng)管腳接個(gè)接地按鈕。同時(shí)比起以前的ISD錄音芯片，增加了提示音的功能，即當(dāng)你按下錄音鍵時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出一個(gè)聲音。當(dāng)然這 個(gè)聲音也可以進(jìn)行自定義錄音。另一種工作模式其實(shí)就是用控制器， 如單片機(jī)等，對(duì)ISD1700芯片進(jìn)行完全的控制。該模式可以實(shí)現(xiàn)按鍵 模式下的所有操作，同時(shí)還增加了根據(jù)地址進(jìn)行的一系列分段操作。 ISD1700芯片將自己的存儲(chǔ)聲音數(shù)據(jù)的空間分成若干個(gè)段，每個(gè)段都 有一個(gè)自己的地址。我們可以假設(shè)一個(gè)芯片有2M存儲(chǔ)空間，然后每段 分個(gè)512K,那么就可以分為4段。對(duì)于每段我們可以分別賦地址為 0x00, 0x01, 0x10, 0x11,然后就可以通過(guò)段地址進(jìn)行段空間的操作。 ISD1700的分段操作跟這個(gè)類似，通過(guò)段地址，我們可以刪除某一部 分存儲(chǔ)空間，也可以播放或錄制某一部分存儲(chǔ)空間，這樣我們就可以 將不同段的聲音連起來(lái)播放，自由組成相應(yīng)的語(yǔ)句。