基于单片机的语音播报器的设计

耿子进

（安徽理工大学，安徽 淮南232001）

1 概述

本次设计是基于单片机的语音播报系统的设计，最主要的目的是为了解决盲人在实际生活中的困难，让他们感受到社会的关怀和温暖。我国是世界上人口最多的国家，所以盲人残疾人的占比也较高，他们在身体和心理上都需要大家的帮助，他们很多人因为对前方的障碍物没有及时的避让因而会有误伤的情况。本次的设计就很好的解决了这些问题，利用超声波测距技术，可以对障碍物进行实时的预警检测，对于光照不好的地方，会利用光敏检测系统发出报警声，而且会启动LED 灯装置，提醒过往的路人和车辆对盲人进行合理的避让。

2 超声波测距统设计的原理概述

2.1 超声波技术的发展

超声波是生活当中常见的一种声波，只是因为频率的关系人类无法对它进行感知，但是它却对我们的生活有着很大的影响，它和光一样都是需要通过介质进行传播的，在传播的过程中，也会发生比如反射折射的情况，我们本次的设计就是基于超声波反射这一特性。

但是和我们可以听到的声波不同，超声波的波长比较短，这就意味着，它有着很多不同寻常的特性，第一，它的传播特性非常好，能够像光一样，在介质中沿着直线传播，对比可听到的声波，超声波对障碍物有着更强的穿透力。第二，就是功率特性非常好，我们都知道声波的频率和功率是成正比例关系的，这就意味着声波频率越高其功率就会越大，所以超声波的功率相比可听声波来说，功率会大出很多。这也是我们为什么要采用超声波测距的主要原因之一。

2.2 超声波测距的距离控制

超声波测距也有着距离的设定，利用声波反射的原理，虽然可以极大的提高测距的精度，但是在测量过程中仍然存在距离的控制问题，距离太远声波测距就无法感知信号，距离太近的话就失去了设计的意义，信号会进入一个盲区，为了避免这样的情况，本次设计，当距离低于3 米时就会发出提示，检测距离为2 米到4.5 米，误差大小控制在0.3 米的范围之内，同时，当距离低于0.5 米时就会产生连续的提示，提醒避让。

通常采用的控制方法包括缩小脉冲宽度、自动距离控制增益等都可以达到很好的控制水平和设计要求。

3 语音播报系统硬件设计综述

3.1 设计的主要功能和目的

测距部分主要就是利用超声波探头，配合传感器算出发射和回收信号的时间差来算出人和障碍物之间的距离，当达到系统设计的检测范围时，就会反馈到语音播报系统，利用语音播报部分对盲人进行提示。语音播报部分，通过实时分析信号数据进行报警提示，并针对不同的距离和温度有着不同的提示方案。报警器部分主要利用光敏检测和LED 灯装置，通过中央处理器的控制来达到设计的目的，达到保证安全的水平。

此外设计中加入温度补偿和电源稳压的部分，对设计进行了优化，保证了系统的数据精度和整体的运行平稳。

图1 语音播报系统设计结构

3.2 系统设计的整个工作流程

整个系统设计以单片机为主要核心部件，控制此装置发射超声波，当超声波发生后在经过极短的一段时间后，超声波会有反射信号接收到超声波传感器中，通过三极管的放大电路，分析得出最精确的超声波信号，通过单片机控制算出人和障碍物之间的距离。这样单片机就会通过对距离的分析，采取相应的措施，对系统的其它部分进行相关的指令操作。

3.3 超声波测距部分概述

在本次设计中，我们采用了超声波测距的方法，利用声波反射的原理，通过时间差来算出人和障碍物之间的距离。设计的距离范围是4.5 米，而且会在3 米的时候应用语音播报装置进行提示，在距离少于0.5 米的时候，会配合报警器对盲人进行提示。采用这样的设计可以节约经济成本，响应时间非常短，对周围环境也没有任何不良影响，同时设计可以在不同的工作情况下都可以完成距离检测的任务。

测量部分主要由三个电路构成：振荡电路、传感器启动电路和放大电路，它们完成了对超声波信号的发射接收和处理分析，从而得出了精确的距离。

振荡电路的主要作用就是产生可以启动传感器的一个脉冲信号，有了这个信号，当频率达到设定时，电信号就可以成功的转化成为声音信号，我们本次设计的是50KHz 的超声波信号。

图2 振荡电路示意图

图3 发射器启动电路示意图

启动电路是为了启动传感器而设计的电路，启动电路可以产生一个脉冲信号，用这个信号去启动超声波发射装置，这样装置就会发出一个特定频率的信号，这个脉冲信号被转化成为超声波信号后，就是我们设计发出的信号。

在设计中加入了转换启动放大电路，我们都知道距离测量有一定的范围，在设定的范围以内，超声信号也会受到一定的干扰，为了保证距离测量的精度，加入了这样一个电路，可以对返回的超声波信号进行必要的修正，除去没有意义的噪声，把真正的超声波信号放大，这样就达到了我们设计的目的。

图4 放大电路原理图

4 结论

本次设计是基于51 单片机的语音播报器系统的设计，主要是为了方便盲人的出行，避免他们在这个过程中因为避让不及而对身体造成伤害。通过总结前人的方法和自己查阅相关资料，本次设计已经达到了最初设定的设计目标。同时也要认识到自己的不足，对于抑制外部的干扰我们没有采取很好的应对措施，虽然达到了设计的要求，但是离高精度还有一段距离，这是本次设计的一个遗憾，希望在以后的设计中逐步的完善。