浅述基于单片机的避障智能手环

泰山学院物理与电子工程学院 山东 泰安 271021

1 系统的功能介绍

本项目采用单片机来实现整体电路的控制，利用超声波HC-SR04传感器检测周围环境是否有障碍物，然后将传感器检测的超声波信号转化成电信号送至AT89S52单片机控制器，通过单片机进行比较、运算、处理电信号以控制震动、语音报警等系统。根据行人与障碍物距离的逐渐缩短，基于单片机的智能避障手环的震动频率会逐渐增加，报警音量也会增大从而使行人及时做出反应，并且可以根据环境需要随时开关系统，同时也可以调节障碍物的检测范围，而且保留了基本的查看时间、日期等基本功能，方便行人查看时间。之后又增加心率采集分析、体表温度测量、运动步数和运动距离等拓展功能，使功能更加完善。本项目主要从安全角度和实用角度方面考虑，基于单片机的智能避障手环的设计相对于传统智能手环功能更加全面、智能化、便捷化、安全化，同时增加了安全环保、续航时间长等优点。本项目更加保障了行人出行的安全性，使老人、低头族或者忙于交流的工作人员能及时躲避障碍物，以减少意外摔倒或其他危险的发生，符合新型智能手环的发展趋势[1]。

2 系统的总体结构和原理

图 基于单片机的智能避障手环系统设计总方案

2.1 单片机控制模块

采用低功耗、高性能的8位AT89S52控制芯片，其主要目的是作为各部分器件的核心，对整体电路进行整体控制，驱动各个传感器模块，同时发送控制信号以及接收传感器检测的相关信息，并将接收和发送的信号进行计算处理，重复接收发送过程，从而连接各个部分的元器件，将功能进行综合化。

2.2 超声波避障模块

单片机的智能避障手环的超声波避障部分主要利用超声波HC-SR04传感器来检测周围环境是否存在障碍物，经过超声波HC-SR04传感器发射端的震荡来发射超声波，之后进行相关反射波的接收与定时器的计数，计算出相应的距离，然后将传感器检测的超声波信号转化成电信号送至AT89S52单片机控制器。

2.3 语音、震动模块

语音、震动模块则是采用SYN6288中文语音芯片，其表面具有最小SSOP28L封装贴片，而且音色圆润音质较好，具有极高的性价比。同时语音播报系统是将单片机控制器处理之后的超声波信号进一步检测，并经过运算处理后，若检测到障碍危险信号就会发布震动信号和声音报警信号，然后通过控制开关，可以控制语音模块音量大小的调节和震动频率大小的调节。

2.4 心率采集模块

采用ADS1292心电测量模块来采集运动者的心率。其优点在于：集成度高和性能出色。通过ADS1292心电测量模块可以方便采集心电和呼吸信号，呼吸信号的检测则采用了阻抗检测的方法，将高频信号输入人体，在经过电路滤波后计算而来。低功耗性能可达到长时间监控的目的。集成度高在于ADS1292传感器集成了心电采集所需要的各部分部件，设备小型方便。同时ADS1292在模块上增加了数字电路与模拟电路信号隔离芯片，高抗干扰，杂波少，数据稳定，精确度更高。

2.5 温度测量模块

使用LMT70温度传感器对体温进行测量。LMT70是一种高精度、低功耗的温度传感器。其利用超低自发热特性，在其温度范围内保持高精度优点。LMT70温度传感器将其检测信号进而通过控制器处理，最终得到人体当前体温并显示在智能手环显示屏上。

2.6 加速度检测模块

采用MPU6050加速度传感器来实现检测使用者运动信息，实现运动步数和运动距离。通过MPU6050加速度传感器来获取运动信息，并由控制器接收检测信息进行相关运算处理后，得到使用者的运动步数和运动距离等相关信息，最终显示在避障智能手环显示屏上。

2.7 时钟功能设计与实现

时钟模块主要以定时器中断为主，打开一个定时器中断，中断时间为0.1s，累计600次加一分钟，累计60分钟加一小时。

3 结束语

我们采用单片机控制电路，运用超声波HC-SR04传感器探测技术与实时提醒功能，来实现对行人周围环境障碍物的防摔倒警报功能，同时也可以通过调节障碍物的检测范围，进一步提高智能手环的安全避障功能，而且保留了传统手环的查看时间日期等基本功能，方便行人查看时间，并且实现了心率采集分析、体表温度测量、运动步数和运动距离等拓展功能，使功能更加完善。无论从项目的安全性还是实用性方面，基于单片机的智能避障手环不但继承了传统手环的基本功能，更是为行人尤其是青少年，增加了避障防摔倒的实用性功能，不失为一个好的功能实用性项目。