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盲人可穿戴设备

发布时间:2019-04-26 01:06:38 文章来源:未来智讯    
盲人可穿戴设备:施伟杨子龙朱高阳摘要本文介绍了视球眼镜超声波测距设计方法的原理。 设计以51单片机为主要控制核心,通过语音合成技术实时播放超声波测距后的距离等信息。 调整校正后,系统有效距离大于4m,精度为2cm。 有效解决盲人安全行走的问题。 【关键词】超声波; 测距; 语音合成技巧一,背景和意义中国是世界上最盲目的国家之一。 目前,中国有多达600万残疾人。 ,占世界眼科疾病的18%。 眼疾也是中国的主要公共卫生问题。 由于身体上的缺陷,盲人在生活和事务上都有很多不便。 随着当今人类可穿戴设备的快速发展,如何设计盲人可穿戴设备对盲人和社会具有重要意义。 2.超声波测距的实现(I)超声波测距原理超声波是振动频率高于20kHz的机械波。 目前,超声波测距方法主要包括相位检测方法,声学幅度检测方法和传输时间方法[1]。 本设计选用超声脉冲回波传播时间法。 超声波传感器最初在发射超声波时定时,并且在途中遇到障碍物时立即返回,并且接收器在接收到反射波时中断定时。 假设从传感器发射超声波脉冲到接受历史的时间是t,并且空气中超声波的传播速度是340m / s,以及从传感器到传感器的距离是 指数S = 340 * t / 2m。 这是渡越时间法的测量原理。 图1超声波测距原理框图(2)超声波测距误差分析根据超声波测距公式s = c×t,主要分为以下两个方面:1。时间误差
当测距时 如果误差小于1mm,则超声速度C = 344m / s(室温20℃)是已知的,并且忽略声速的传播误差。 测距误差Δt< (0.001 / 344)≈0.000002907s是2.907μs[2]。 因此,可以看出,当所需的超声波误差在毫米范围内时,时间差为微米量级。 由于89C51 MCU的晶振频率为11.15592MHz,因此MCU可以达到微米级精度,从而确保误差在1mm以内。 2.超声波传播速度误差超声波传播受环境温度的影响很大。 超声速度在0℃的温度下为344m / s,在30℃下为349m / s。对于每个温度的增加,传播速度增加约0.6m / s。 如果在30℃的温度下以0℃的声速测量超声波,则距离为100m。测量误差将达到5米,测量1米误差将达到5厘米。 为了解决温度的影响,一般选择温度补偿方法[3]。 由于此设计要求测量距离为5 m,因此综合考虑可以忽略此错误。 III。 硬件电路设计(1)超声波发射电路超声波发射电路由超声波探头和超声波放大器组成。 超声波探头将电信号转换为机械波,单片机产​​生的40 kHz方波脉冲需要放大,以驱动超声波探头传输超声波,因此发射驱动实际上是一个信号放大电路。 单片机产生40KHz方波,74LS04芯片用于信号放大(见图2)。 (2)超声波接收电路由于超声波在空中传播时会衰减,如果距离很远,接收到的超声波信号会很弱,因此需要接收信号。 放大。超声波接收电路主要由集成电路CX20106A芯片电路组成。 CX20106A芯片电路可以对超声波信号执行放大,限幅,带通滤波,峰值检测,整形和对比等功能。 在比较之后,超声波接收电路输出低输出。 微控制器要求停止的电平,此时微控制器中断定时,并最初处理数据。 CX20106A芯片的前置放大器具有自动增益抑制功能。 当测量距离接近时,放大器不会过载; 当距离远离控制时,超声信号较弱,前置放大器具有较大的放大增益效果。 CX20106A芯片的5引脚通过外部电阻调节带通滤波器的频率,无需外部连接其他电感。 它可以避免外部磁场对芯片电路的干扰,并且其可靠性也很高。 。 CX20106A芯片电路本身具有很强的抗干扰能力,灵敏度也很高,因此可以满足本设计的要求。 图3超声波接收电路图(3)语音合成模块该模块电路选用SYN6658语音合成芯片。 SYN6658通过UART接口或SPI接口通信模式接收合成文本数据,实现文本到语音转换。 它具有清晰,自然,正确的中文语音合成效果。 可以选择GB2312,GBK,BIG5和Unicode四种编码方法[4]。 图4语音合成模块的示意图。 主抑制器和SYN6658语音合成芯片通过UART接口或SPI接口连接,抑制器可通过通信接口向SYN6658语音合成芯片发送抑制命令和文本,SYN6658语音合成芯片合成接收到的文本 成为一种语言输出音频信号,输出信号由功率放大器放大并连接到扬声器进行播放(见图4)。 IV。 软件设计主程序初始化整个MCU系统后,MCU提供10us以上的脉冲触发信号,触发超声波传输电路,同时接收超声波信号后启动定时器T0。 关闭定时器,根据时差计算距离,然后调用语音播放程序,根据实际距离选择不同的信息。 图5一般系统流程图图6语音播放流程图
本地程序:#include< AT89x51.H> #include< intrins.h> void main(void){unsigned char TempCyc; Delay400Ms(); LCMInit(); Delay5Ms(); DisplayListChar(0,0,mcustudio); DisplayListChar(0,1,email); ReadDataLCM(); for(TempCyc = 0; TempCyc< 10; TempCyc ++)Delay400Ms()DisplayListChar(0,1,Cls); 而(1){TMOD = 0x01; TH0 = 0; TL0 = 0 ET0 = 1; EA = 1; while(1){StartModule(); // DisplayOneChar(0,1,ASCII [0]); 而(RX!); TR0 = 1; 而(RX); TR0 = 0; Conut(); Delayms(80); 结论系统已经过多次测试,所得结果与设计要求基本一致。 超声波测距的导向设计可以达到3.8米的有效距离,2.0厘米的测量精度,并且可以实时传递声音。模块播放提示,具有良好的导航功能,可以满足盲人导航仪的设计要求,为盲人安全行走提供了保障。 参考文献[1]史德纲,刘伟,王峰,魏兆碧,王彩堂。 超声波精密测距的探讨[J]。 计算机测量与抑制,2002,10(7)。 [2]纪良文,江景平。 机器人超声测距数据的采集与处理[J]。 电子技能应用,2006。[3]白顺贤。 超声波测距系统的设计与实现[J]。 大学科学研究讨论,2000(08)。 [4] SYN6588中文语音合成芯片数据表[Z]。 北京:北京育银天下科技有限公司,2012。基金项目:全国大学生创新创业培训项目(高级秘书[2013] 102号)。 作者简介:史伟(1991-),男,山东大学临沂大学本科,目前就读于曲阜师范大学信息科学与工程学院,研究方向:电子信息科学与技能。
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