據(jù)相關(guān)報(bào)道，全世界有3000多萬(wàn)視覺(jué)障礙者，中國(guó)有800多萬(wàn)，他們行走時(shí)通?？恳桓终忍铰?。每走一步路只能探測(cè)地面上有限幾個(gè)點(diǎn)，不僅路面情況探不清楚，而且走得也很慢。另外，手杖只能探測(cè)到地面情況，卻難以避免上身碰撞障礙物的危險(xiǎn)。
??? 國(guó)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種協(xié)助盲人走路的電子導(dǎo)盲器。這些電子導(dǎo)盲器大多引入了電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，有些甚至用到了GPS全球定位系統(tǒng)及建立無(wú)線電基站等方法。但這些方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)價(jià)格昂貴，不適用于普通消費(fèi)者。
　　本文介紹適合盲人（或盲聾人）使用的輕便型導(dǎo)行儀，探測(cè)地面障礙物的電路板安裝在手杖內(nèi)，其超聲波傳感器裝在手杖下端，采集到的信號(hào)以無(wú)線方式發(fā)到腰掛式主機(jī)；探測(cè)上半身的超聲波傳感器可方便地裝在上衣口袋、衣領(lǐng)口、帽子或眼鏡上等，接收到的信號(hào)以有線方式傳到腰掛式主機(jī)處理。手杖信號(hào)和上半身探測(cè)到的信號(hào)最后生成報(bào)警信號(hào)，以耳機(jī)形式傳送語(yǔ)音，同時(shí)可選用震動(dòng)形式(適用于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)都有障礙的人士)傳送報(bào)警信息。上半身的裝置也可單機(jī)使用。
1 測(cè)量原理
1.1 超聲波測(cè)距原理
　　超聲波是頻率高于20kHz的聲波。其特征是：能量集中，波長(zhǎng)短，近似直線傳播。超聲波在空氣中的傳播速度v為340米/秒，當(dāng)其傳播過(guò)程中遇到物體的阻擋時(shí)，便會(huì)被物體反射。通過(guò)對(duì)發(fā)出的超聲波計(jì)時(shí)，得到超聲波被反射回來(lái)與發(fā)出去的時(shí)間差△t，用公式（1）便可計(jì)算出物體距超聲波發(fā)出點(diǎn)的距離S。
　　S＝V·△t/2????????????????? (1)
1.2 系統(tǒng)原理
　　如圖1所示，單片機(jī)產(chǎn)生40kHz方波，通過(guò)超聲波反射探頭（圖1中T）產(chǎn)生一段一段的超聲波，同時(shí)單片機(jī)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中傳播遇到障礙物，被反射后由超聲波接收探頭（圖1中R）接收回波，經(jīng)放大電路放大及檢波電路檢波產(chǎn)生中斷，單片機(jī)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)超聲波測(cè)距原理,可計(jì)算出障礙物的距離S，再根據(jù)需要把距離劃分為1米、1.5米、2米不同的報(bào)警等級(jí)。單片機(jī)根據(jù)物體的方位及報(bào)警等級(jí)發(fā)出六種不同的語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)，并可根據(jù)需要發(fā)出三種振動(dòng)報(bào)警信號(hào)。

2 硬件組成
　　硬件主要由五部分組成：主控電路" title="主控電路">主控電路和上部超聲波探測(cè)模塊、探杖超聲波探測(cè)模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊" title="報(bào)警模塊">報(bào)警模塊、無(wú)線傳輸" title="無(wú)線傳輸">無(wú)線傳輸模塊、振動(dòng)報(bào)警模塊。硬件組成框圖如圖2。

2.1 主控電路和上部超聲波探測(cè)模塊
　　主控電路是系統(tǒng)的主模塊，上部超聲波探測(cè)模塊以有線方式與主控電路通信。它包括放大檢波電路、信號(hào)發(fā)生電路、語(yǔ)音模塊接口和無(wú)線模塊接口等。無(wú)線模塊接口用于與探杖超聲波探測(cè)模塊檢測(cè)到的信號(hào)單工通信。
　　本裝置采用的CPU是ATMEL公司的可編程" title="可編程">可編程AT89S52。AT89S52是一種低功耗、高性能的CMOS 8位微型計(jì)算機(jī)，能與MCS－51產(chǎn)品兼容，有8KB的可改寫Flash內(nèi)部ROM，256B的內(nèi)部RAM，32根可編程I/O，3個(gè)16位定時(shí)、計(jì)數(shù)器，8個(gè)中斷源和可編程串口、看門狗。與同類MCS－51產(chǎn)品相比，AT89S52價(jià)格便宜，且有在線編程功能（ISP）。
　　AT89S52的時(shí)鐘電路可以由兩種方式產(chǎn)生，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)的振蕩電路;另一種為外部方式。外接12MHz晶振以及C1、C2(均為30pF)構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。
　　本報(bào)警器采用按鍵電平復(fù)位。
　　超聲波的工作頻率為40kHz，由單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器定時(shí)產(chǎn)生，通過(guò)P2.7輸出。由于電壓和電流都很微弱，因此，采用三級(jí)管將電流放大， 1：2的變壓器將電壓放大。超聲波衰減非?？欤邮盏降幕夭ū容^弱，只有幾毫伏。通過(guò)測(cè)量得到超聲波衰減特性如表1。 采用兩級(jí)放大，將信號(hào)放大幾百倍，最后通過(guò)電容耦合LM567檢波。

　　放大電路采用OP-07放大。OP-07是低偏移電壓、低噪聲、低時(shí)間、溫度漂移的精確放大電路。
　　檢波電路采用LM567芯片。LM567是一種通用的語(yǔ)音解碼芯片，可以通過(guò)外圍電路決定選頻的帶寬。
　　新頻率和帶寬分別通過(guò)公式（2）和公式（3）計(jì)算得到。
　　
2.2 探杖超聲波探測(cè)模塊
　　探杖超聲波探測(cè)模塊與上部超聲波探測(cè)模塊類同，但可省去語(yǔ)音報(bào)警模塊接口，CPU選用AT89C2051。它有2KB的可改寫Flash內(nèi)部程序儲(chǔ)存器，可寫/擦1000次。128B的內(nèi)部RAM，15根可編程I/O，2個(gè)16位定時(shí)、計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源。具有體積小、價(jià)格低等特點(diǎn)。
2.3 語(yǔ)音報(bào)警模塊
　　語(yǔ)音報(bào)警模塊采用美國(guó)ISD公司的2560芯片，錄放時(shí)間可達(dá)60秒。ISD2500系列具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。它的最大特點(diǎn)在于片內(nèi)E2PROM容量為480KB，錄放時(shí)間長(zhǎng)；有10個(gè)地址輸入端，尋址能力可達(dá)1024位；最多能分600段；設(shè)有OVF（溢出）端。
　　語(yǔ)音報(bào)警電路框圖見(jiàn)圖3。

2.4 無(wú)線傳輸模塊
　　無(wú)線傳輸模塊采用PT2272－PT2262 編解碼芯片，發(fā)射模塊和接收模塊與單片機(jī)串口相連，主機(jī)和從機(jī)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行串口通信。自編通信協(xié)議，通信準(zhǔn)確。
2.5 震動(dòng)報(bào)警模塊
　　震動(dòng)報(bào)警模塊由三極管8050驅(qū)動(dòng)一個(gè)帶有偏心輪的微型電機(jī)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)控制三極管基極的電平控制電機(jī)的開(kāi)關(guān)，輸入不同頻率的電平可以達(dá)到不同的震動(dòng)效果。震動(dòng)報(bào)警電路見(jiàn)圖4。

3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 主程序
　　主程序分為主機(jī)主程序和從機(jī)主程序。主機(jī)主程序流程圖如圖5。

　　主機(jī)(主控電路和上部探測(cè)模塊）與從機(jī)（探杖探測(cè)模塊）的通信通過(guò)無(wú)編碼無(wú)線傳輸模塊單工通信實(shí)現(xiàn)。從機(jī)探測(cè)發(fā)現(xiàn)物體后進(jìn)行測(cè)距，劃分報(bào)警等級(jí)，然后將報(bào)警等級(jí)從串口發(fā)給發(fā)射模塊發(fā)射；主機(jī)通過(guò)接收模塊接收數(shù)據(jù)。通信協(xié)議在每一次發(fā)送數(shù)據(jù)前加上驗(yàn)證碼（不同產(chǎn)品驗(yàn)證碼不同，如驗(yàn)證碼0x55），當(dāng)接收模塊收到驗(yàn)證碼時(shí)，將對(duì)驗(yàn)證碼數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
3.2 測(cè)距子程序
　　單片機(jī)每過(guò)一段時(shí)間發(fā)送一段超聲波，然后等待是否有反射超聲波。如果有則進(jìn)入中斷，否則繼續(xù)發(fā)送，流程如圖6、圖7。