毕业设计文献综述(电子信息类)

单位代码 01

学 号 090102108

分 类 号 TN21

密 级

文献综述

智能光电导盲仪综述

院（系）名称

专业名称

学生姓名

指导教师

信息工程学院 电子信息工程 敖 亚 磊 董 雪 峰

2013年 3月1日

智能光电导盲仪综述 摘要

据国家权威部门统计，中国是世界盲人最多的国家，约占世界盲人的18%，随着社会的发展，政府越来越关心残障人士。

残疾人是社会中主要的弱势群体，他们要面对更多的困难和压力。近些年来，社会和政府越来越关注弱势群体，给予盲人的关怀也越来越多。盲人在独自行走时主要依靠导盲装置。最简单常用的装置是普通的手杖，用它在地面上敲击，可帮助盲人发现0.5米以内的障碍物。它的主要缺点是不能发现较远一点的障碍物以及空中突出的障碍物。例如，在相当于头部、胸的位置悬挂或突出的物体。另外，盲人还可以利用导盲犬带路，但是不易训练且成本较高。为了更好的帮助盲人行走, 许多国家都研究和生产了各种电子导盲装置，但大多成本较高，如各类导盲机器人及其它电子装置。本文提出了一种用单片机开发的超声波导盲装置的设计方案，它具有低成本、实用和精确的特点。

关键词：智能光电，导盲仪，单片机，红外测距，超声波测距。

0 课题背景 随着改革开放的深入，医疗器械行业得到了突飞猛进的发展。而辅助器具技术正在我国悄然兴起。但总体来看，辅具高端产品主要被国外公司垄断，我国具有自主知识产权的产品较少。在残疾人辅助器具中，肢体残疾类品种及数量较多，但盲人辅助器具品种及数量较少。

光电信息技术的发展，有利地推动着光电检测、光电传感、物联网等领域的发展与进步。传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段，智能光电传感器是当今国际科技界研究的热点。传统的导盲手杖安全性不高，导盲犬数量少价格昂贵，普及率低。以光电技术为核心的导盲机器人、超声波、无线电、红外线、卫星等导盲系统、盲人电子眼镜等现代化导盲仪是盲人亟待用品。需要我们学电子专业的学生努力开发的应用装置。

1课题目的和意义

众所周知眼晴是“心灵之窗”，而对于盲人来说，不但在衣食住存在诸多不便，而且在外出时会遇到更大的困难。如何安全行走是盲人最大的问题。随着光电技术的不断发展，为新型、实用、智能的电子导盲产品的制作提供了更为新颖的设计方法。

盲人是一个特殊群体，关注盲人服务盲人是全社会的一项公益事业，盲人的生活也越来越受到关注。相对于传统的导盲手段，目前，导盲市场正从单一化向多元化方向发展。相对于导盲犬的昂贵和导盲杖的单一功能，高科技智能化的导盲仪是盲人最佳的选择。

目前，智能导盲仪并没有在中国形成市场，在中国市场上只有少数盲人通过进口购买新西兰凯式超声波智能导盲仪，该产品虽性能高但价格极其昂贵，约8000元人民币，不是盲人这个特殊群体可消费得起的产品。国内市场上也有一些相关产品，如盲杖，导盲犬等，这些产品对盲人的帮助并不很理想，导盲犬由于训练困难，价格昂贵，很难普及。

随着光电技术的迅猛发展，尤其是光探测技术以及光信息处理技术的完善，设计出高效，实用的光电导盲器已水到渠成。

2智能光电导盲仪优点 （1）节能安全：首先，光电半导体器件是时代节能的标志，随着半导体技术不断地发展，许多耗能产品逐渐被半导体所取代；其次，半导体光电技术的发展，设计者可以获得更多的发射波段，在众多的波段中可以选择安全的发射波段。

（2）智能化：单片机智能控制，随着计算机和传感技术的发展，利用单片机及其外围硬件对传感信号进行控制。软件系统可以实现功能多样化和智能化。根据其信号变化发出不同指令。

（3）价格低廉：光电器件集成度高，价格低廉，性能高。同时随着软件技术的发展，很多功能都可以依靠软件来实现。软件是一种可复制利用的资源，开发一个软件系统就可以实现重复利用的目的。

（4）实用性：实时报警，给盲人探测路况带来准确的提示，为盲人“看世界”提供了一款可行的方案。

3、智能光电导盲仪主要有以下两种实现方案：

3.1方案一：

装置主要由超声波探头、单片机以及测控处理电路、按键、蜂鸣器等组成。导盲装置有三个按钮，分别是电源开关、远距、近距控制按钮，还有一个音量调节旋纽。该装置使用电池，电源开关可控制系统通、断电，不用的时候关掉电源，节省电能。使用时，超声波探头方向指向探测方向，当前方有障碍物时，在一定距离内喇叭会发出报警声并随着向障碍物的接近频率逐渐升高，起到提示作用。远距、近距控制按钮可用来控制报警的距离，通电时初始报警距离为2米，按远距控制按钮可将初始报警距离设为5米，按近距控制按钮可将初始报警距离设为1米，报警声音音量可用音量调节旋纽调节，有耳机插孔，可以接耳机。

装置系统由AT89C51单片机作为控制器，利用超声波回声测距的原理测距，用蜂鸣器进行声音报警。装置主要由单片机控制系统、超声波发射电路、接收放大电路、按键控制和声音报警电路。AT89C51单片机是整个系统的核心部件，用来控制、协调各部件的工作。工作时先由单片机控制的振荡源产生40K Hz频率的信号以驱动超声波传感器，使它发射脉冲。在超声波发生器发射出超声波的

同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时，测出发射和接收到回波的时间差Δｔ。由下式可以求出超声波发射地与目标之间的距离Ｓ

s＝vΔt／2 （1）

图1系统电路框图

式中ｖ为超声波的传播速度，超声波常温下在空气中的传播速度是340米／秒，传播速度与空气的温度、湿度等因素的有关，这里由于测量距离不长，测量精度要求不高，不考虑其他影响，只要测得超声波发射和接收回波的时间差Δｔ，按（1）式计算即可，最终利用单片机计算出距障碍物的距离，并根据远距、近距控制按钮设定的测距值进行报警指示，系统整体电路如图1所示。

3.2方案二：

装置主要由红外发射头、红外接收头、单片机及测控处理电路、按钮、耳机等组成。导盲装置有三个按钮，分别是电源开关、远距、近距控制按钮，还有一个音量调节旋纽。该装置使用电池，电源开关可控制系统通、断电，不用的时候关掉电源，节省电能。再要使用时打开电源，红外发射管发射红外线，当前方有障碍物时，两耳机一起响：当左边有障碍物时，左边耳机响：当右边有障碍物时，右边耳机响。在一定距离内对应耳机会发出报警声并随着向障碍物的接近频率逐渐升高，起到提示作用。远距、近距控制按钮可用来控制报警的距离，通电时初始报警距离为2米，按远距控制按钮可将初始报警距离设为5米，按近距控制按钮可将初始报警距离设为1米。报警声音音量可用音量调节旋纽调节。

本系统是由AT89C51单片机作为控制器，利用红外线反射测距的原理测

距，用耳机进行消息提示。装置主要有单片机控制系统、红外发射电路、红外接收电路、按钮控制电路和耳机提示电路。AT89C51单片机是整个系统的核心部件，用来控制、协调各部件的工作。工作时由NE555构成多谐振荡器，使第三脚输出38K方波驱动三极管是红外发射器发出红外线。当红外线遇到障碍物时，部分红外线经障碍物反射回来，此时红外接收头将接收到38K的信号。如果接收到的是38K的信号，经解调输出逻辑“0”，否则输出逻辑“1”。具有性能稳定的特点。根据单片机内部计数器数值计算出距离，并根据远距、近距控制按钮设定的测距值进行报警指示。

3.3两种实现方案分析

方案一很容易受到外界杂波的干扰并产生误报。方案二通过检测是不是38K来确定是不是自己装置所发出的红外波从而提高了装置检测的稳定性；方案一中超声波测距容易受环境的影响从而对所测距离产生不确定的误差。方案二中采用的是红外线测距，环境因素对其产生的影响是很小的。方案一中由于受环境因素影响所测的距离不可能很大受到很大的距离限制。方案二中采用红外测距受环境因素影响很小从而没有了范围的限制，同时也能够适应恶劣环境。方案一中采用了超声波测距装置，超声波测距在装置多个探测头是容易产生影响且产生的误差会变得更大，故只能采用1—2个，测距时也只能测一到两个人方向的，使用起来很不方便。方案二中采用红外线测距可以装置多个，测距也不会产生误差。方案一种采用超声波测距成本大而方案一中采用的红外线测距相对便宜的多。综合考虑故采用方案一。

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