張孟陽(yáng) 翟士余

摘 要：為了讓盲人對(duì)障礙物進(jìn)行安全避讓，導(dǎo)盲儀的應(yīng)用與設(shè)計(jì)十分重要。導(dǎo)盲儀具備多樣性，并且其工作原理也各不相同。本文對(duì)基于STC89C52單片機(jī)的超聲波測(cè)距導(dǎo)盲系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其工作原理、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：超聲波測(cè)距；導(dǎo)盲儀；STC89C52單片機(jī)；US-100模塊

超聲波具備良好的傳播特性，在社會(huì)的多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。應(yīng)用超聲波進(jìn)行測(cè)距，不論是在硬件設(shè)計(jì)方面，還是在軟件編程方面都具備較強(qiáng)的便利性。同時(shí)基于超聲波測(cè)距的導(dǎo)盲系統(tǒng)較為輕便、快捷、攜帶方便，并且測(cè)量更加精準(zhǔn)。

1超聲波測(cè)距原理

超聲波測(cè)距的方法主要由聲波幅值檢測(cè)法、渡越時(shí)間法等，本文利用渡越時(shí)間法實(shí)現(xiàn)測(cè)距。首先由超聲波發(fā)射器發(fā)出聲波，并由單片機(jī)對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行控制開(kāi)始計(jì)時(shí)。超聲波在碰到障礙物會(huì)產(chǎn)生回波，并立即返回，當(dāng)接收器接收到回波時(shí)，計(jì)時(shí)器會(huì)停止計(jì)時(shí)。超聲波的空氣傳播速度v，計(jì)時(shí)器所記錄時(shí)間Δt，對(duì)傳播距離s進(jìn)行計(jì)算：

s=v×Δt/2 （1）

超聲波在空氣中的傳播不僅與溫度有關(guān)，還與濕度有關(guān)。在干燥空氣中超聲波速度v0=331.5m/s。在室溫為t℃時(shí)，空氣中的聲速：

v=v01+tT0 （2）

因?yàn)榭諝饩邆湎鄳?yīng)濕度，所以在溫度為t℃，相對(duì)濕度為r時(shí)，聲速：

v=331.51+tT0（1+0.31rPsP） （3）

2硬件及電路設(shè)計(jì)

測(cè)距系統(tǒng)包括單片機(jī)、檢測(cè)溫度、發(fā)射、接受處理、報(bào)警、數(shù)碼顯示模塊。以單片機(jī)STC89C52為主控單元，應(yīng)用自帶溫度補(bǔ)償功能的US-100為超聲波傳感器。對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)：時(shí)鐘電路。單片機(jī)STC89C52中包含具備高增益的一個(gè)反相放大器，以組建振蕩器，并產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；數(shù)碼管顯示電路。應(yīng)用單片機(jī)STC89C52通過(guò)P0口利用鎖存器SN74HC573DW對(duì)兩個(gè)共陰的4為一體8位數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；蜂鳴報(bào)警電路。通過(guò)單片機(jī)STC89C52的P2.3管腳對(duì)蜂鳴器進(jìn)行控制，當(dāng)所測(cè)距離小于0.5米，蜂鳴器就會(huì)出現(xiàn)報(bào)警；US-100模塊。在非接觸情況下的測(cè)量距離為2-4.5米，帶有溫度補(bǔ)償功能，可以對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行有效校正。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1整體設(shè)計(jì)與程序

利用US-100串口測(cè)距原理對(duì)程序進(jìn)行編寫(xiě)，先要對(duì)串口實(shí)施初始化，然后對(duì)超聲波脈沖進(jìn)行有效發(fā)射，并對(duì)檢測(cè)狀態(tài)進(jìn)行等待，在對(duì)回波進(jìn)行接收后，對(duì)距離進(jìn)行有效計(jì)算，再由單片機(jī)進(jìn)行處理，并在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。在距離低于0.5米時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出報(bào)警。所以主程序?yàn)椋?/p>

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]； //計(jì)算距離

DisplayLED（distance）； //數(shù)碼管顯示距離

if（distance<500） //距離<0.5米時(shí)報(bào)警

{

int a；

for（a=0；a<500；a++）

{

buzzer=～buzzer；

}

}

}

}

程序中rebuf[0]、rebuf[1]為接收緩沖區(qū)，定義于idata區(qū)。rebuf[0]對(duì)距離值的高8位進(jìn)行接收，rebuf[1]對(duì)距離值的低8位進(jìn)行接收。主程序中包括蜂鳴器報(bào)警程序。

3.2初始化程序

初始化程序主要是對(duì)定時(shí)器工作以及串口通信的相應(yīng)模式進(jìn)行設(shè)置。初始化程序：

void UART_init（）

{

…………….

TMOD=0x21； //設(shè)計(jì)定時(shí)器工作方式

…………….

SM0=0； //設(shè)置串口通信模式

SM1=1；

……………

}

3.3超聲波發(fā)送程序

void MeterTempByUART（） //發(fā)送超聲波脈沖

{

UASTSnd（0X55）；

}

3.4寫(xiě)字符程序

void UARTSnd（unsigned char dat）

{

TI=0； //清零發(fā)送標(biāo)志，如果TI為0等待

SBUF=dat； //寫(xiě)字節(jié)帶特殊控制寄存器SBUF

while（！TI）；

TX=～TX； //啟動(dòng)超聲波發(fā)射器

}

3.5數(shù)碼管掃描程序

void UART_ISR（void）interrupt4

{

uchar temp，K；

ES=0； //關(guān)中斷

if（RI）

{

RI=0； //清接收標(biāo)志

temp=SBUF；

rebuf[k]=temp；

k++；

if（k==2） //k=數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

k=0；

RX=～RX；

}

ES=1； //開(kāi)中

}

3.6數(shù)碼管顯示程序

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位數(shù)碼管顯示位

{

dispcount=0；

}

count++；

if（count==100）

{

count=0；

MeterTempByUART（）；

}

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)顯示，實(shí)際值和測(cè)量值之間有著0-10mm的誤差，并且具備良好的穩(wěn)定性以及重復(fù)性，滿足實(shí)際的使用需求。同時(shí)超聲波測(cè)距導(dǎo)盲儀的應(yīng)用更加便捷、精準(zhǔn)，便于盲人進(jìn)行攜帶。

參考文獻(xiàn)：

[1]基于單片機(jī)的超聲波導(dǎo)盲杖設(shè)計(jì)研究[J].張超.科技信息.2014（04）.