基于超声波测距的导盲仪设计研究

张孟阳 翟士余

摘 要：为了让盲人对障碍物进行安全避让，导盲仪的应用与设计十分重要。导盲仪具备多样性，并且其工作原理也各不相同。本文对基于STC89C52单片机的超声波测距导盲系统进行设计，并对其工作原理、机构设计进行阐述。

关键词：超声波测距；导盲仪；STC89C52单片机；US-100模块

超声波具备良好的传播特性，在社会的多个领域得到了广泛应用。应用超声波进行测距，不论是在硬件设计方面，还是在软件编程方面都具备较强的便利性。同时基于超声波测距的导盲系统较为轻便、快捷、携带方便，并且测量更加精准。

1超声波测距原理

超声波测距的方法主要由声波幅值检测法、渡越时间法等，本文利用渡越时间法实现测距。首先由超声波发射器发出声波，并由单片机对计时器进行控制开始计时。超声波在碰到障碍物会产生回波，并立即返回，当接收器接收到回波时，计时器会停止计时。超声波的空气传播速度v，计时器所记录时间Δt，对传播距离s进行计算：

s=v×Δt/2 （1）

超声波在空气中的传播不仅与温度有关，还与湿度有关。在干燥空气中超声波速度v0=331.5m/s。在室温为t℃时，空气中的声速：

v=v01+tT0 （2）

因为空气具备相应湿度，所以在温度为t℃，相对湿度为r时，声速：

v=331.51+tT0（1+0.31rPsP） （3）

2硬件及电路设计

测距系统包括单片机、检测温度、发射、接受处理、报警、数码显示模块。以单片机STC89C52为主控单元，应用自带温度补偿功能的US-100为超声波传感器。对系统电路进行设计：时钟电路。单片机STC89C52中包含具备高增益的一个反相放大器，以组建振荡器，并产生时钟信号；数码管显示电路。应用单片机STC89C52通过P0口利用锁存器SN74HC573DW对两个共阴的4为一体8位数码管进行驱动；蜂鸣报警电路。通过单片机STC89C52的P2.3管脚对蜂鸣器进行控制，当所测距离小于0.5米，蜂鸣器就会出现报警；US-100模块。在非接触情况下的测量距离为2-4.5米，带有温度补偿功能，可以对测量结果进行有效校正。

3软件设计

3.1整体设计与程序

利用US-100串口测距原理对程序进行编写，先要对串口实施初始化，然后对超声波脉冲进行有效发射，并对检测状态进行等待，在对回波进行接收后，对距离进行有效计算，再由单片机进行处理，并在数码管上进行显示。在距离低于0.5米时，蜂鸣器就会发出报警。所以主程序为：

void main（void）

{

unsigned long distance=0；

UART_init（）； //串口和波特率初始化

while（1）

{

distance=rebuf[0]*256+rebuf[1]； //计算距离

DisplayLED（distance）； //数码管显示距离

if（distance<500） //距离<0.5米时报警

{

int a；

for（a=0；a<500；a++）

{

buzzer=～buzzer；

}

}

}

}

程序中rebuf[0]、rebuf[1]為接收缓冲区，定义于idata区。rebuf[0]对距离值的高8位进行接收，rebuf[1]对距离值的低8位进行接收。主程序中包括蜂鸣器报警程序。

3.2初始化程序

初始化程序主要是对定时器工作以及串口通信的相应模式进行设置。初始化程序：

void UART_init（）

{

…………….

TMOD=0x21； //设计定时器工作方式

…………….

SM0=0； //设置串口通信模式

SM1=1；

……………

}

3.3超声波发送程序

void MeterTempByUART（） //发送超声波脉冲

{

UASTSnd（0X55）；

}

3.4写字符程序

void UARTSnd（unsigned char dat）

{

TI=0； //清零发送标志，如果TI为0等待

SBUF=dat； //写字节带特殊控制寄存器SBUF

while（！TI）；

TX=～TX； //启动超声波发射器

}

3.5数码管扫描程序

void UART_ISR（void）interrupt4

{

uchar temp，K；

ES=0； //关中断

if（RI）

{

RI=0； //清接收标志

temp=SBUF；

rebuf[k]=temp；

k++；

if（k==2） //k=数据长度

k=0；

RX=～RX；

}

ES=1； //开中

}

3.6数码管显示程序

void DisplayLED（unsigned long number）

{

if（number>4500）

{

dispbuf[0]=10；

dispbuf[1]=10；

dispbuf[2]=10；

dispbuf[3]=10；

}

else if（number<4500）

{

dispbuf[0]=number/1000；

dispbuf[1]=number%1000/100；

dispbuf[2]=number%100/10；

dispbuf[3]=number%10；

}

P0=Tab[dispbuf[dispcount]]；

…………………………………

dispcount++；

if（dispcount==4） //4位数码管显示位

{

dispcount=0；

}

count++；

if（count==100）

{

count=0；

MeterTempByUART（）；

}

4结束语

通过仿真实验显示，实际值和测量值之间有着0-10mm的误差，并且具备良好的稳定性以及重复性，满足实际的使用需求。同时超声波测距导盲仪的应用更加便捷、精准，便于盲人进行携带。

参考文献：

[1]基于单片机的超声波导盲杖设计研究[J].张超.科技信息.2014（04）.