基于超声波的一种语音导盲仪的设计研究

　　针对视障人群在生活中如何安全避障的問题，本设计研究了一种基于主控芯片为飞思卡尔K60芯片的超声波测距导盲系统。本论文主要阐述了超声波检测模块工作原理、工作方式以及系统结构，本系统通过所测距离与语音系统和报警电路实现对视障人群的提示。实践实验表明该系统具有系统性能稳定、结构简单、测距准确、体积小、使用方便、性价比高等特点。

　　《软件工程》Software Engineer(月刊)曾用刊名：中国工程师;软件工程师;1985年创刊，中文，大16开，邮发代号：8-198;出版地：辽宁省大连市，软件工程是一门研究用工程化方法构建和维护有效的、实用的和高质量的软件的学科。它涉及程序设计语言、数据库、软件开发工具、系统平台、标准、设计模式等方面。读者对象：软件相关专业技术人员、大专院校师生、企事业单位管理干部、科研院所及培训机构的师生。

　　据统计全世界有盲人4500万左右，低视力人群是盲人的3倍，大约有1.4亿人，我们国家约有500万盲人，占全世界盲人人口的18%，是全世界盲人最多的国家。我们国家盲人的数量非常庞大，几乎每100个中国人里，就有约1个盲人。因此，对于导盲装置的研究也是非常有必要的，目前市场上现有的相对成熟的导盲装置如：导盲机器人、导盲犬、GPRS导盲定位等，但是这些成本都很高，尤其像导盲犬，训练周期长，服役时间有限。但是超声波对障碍物的检测灵活且距离范围广，而且设备成本较低，便于携带，能够很好应用于导盲装置。本文用到的超声波测距模块可以快速实时的检测障碍物的距离，并加以震动感知模块、语音播报模块、报警模块可以及时的提示盲人对于障碍物的躲避。

　　1 系统硬件设计

　　本设计采用飞思卡尔(Freescale)半导体公司推出的Kinetis系列微控制器K60为主控芯片，控制超声波的发送、接收、处理、语音播放、震动及蜂鸣器报警提示， 原理框图如下，系统硬件主要包括超声波发送与接收模块、震动马达模块、语音模块、蜂鸣器报警模块、闪光灯模块。

　　1.1 超声波模块

　　根据本系统要求的检测范围，经过详尽的参数和性能对比，本系统选用HC-SR04模块实现超声发射与接收。目前的超声波测距方法有很多种方式，如往返时间检测法、声波幅值检测法和相位检测法等。本系统采用超声波往返时间检测法，通过主控芯片向发射端引脚输入约10微秒的触发信号，当检测到有回波信号则接收端输出高电平回响信号，我们可以用系统记录信号的时间间隔，通过时间间隔可得检测距离，其计算公式为：距离=高电平时间*声速(340M/S)/2。

　　1.2 震动模块

　　本设计采用了优创电子公司研制的1027震动马达模块，直径10mm 厚度2.7mm，体积小震动效果明显，与主控芯片通过PWM波控制马达的震动强度，通过此模块可以方便地完成电信号到机械震动感的转换。

　　1.3 语音模块

　　设计采用ASR-M08-A语音模块，该模块有多种工作方式，简单方便，实用性高，可以与芯片通过信息交互实现设定范围的语音播报，用户可以在SD存储多条语音指令，该模块可以通过非特定人语音触发控制，实现所测距离与语音指令的互通。

　　1.4 蜂鸣器与闪光灯报警模块

　　系统采用有源蜂鸣器和LED构成报警模块，有源蜂鸣器接收到主控芯片传来的高电平发出报警，与此同时LED开始闪烁，以此来提示视障人群和周围的人，起到了很好的警示作用。

　　2 系统主控芯片及其软件

　　本系统采用Kinetis K60为主控芯片，基于ARM Cortex-M4内核，该处理器由ARM公司专门开发用以嵌入式开发，没有内存管理系统，性能一般但足以适用于该语音导盲仪，具有最低成本、极低功耗的特点，在性能的要求及成本的控制上，能够符合该导盲仪所需。Kinetis K60同样拥有GPIO、UART等多种片内外设，支持多种通信方式，能够完美的衔接导盲仪的外设，方便前期调试及后期的维护与功能的添加。

　　Kinetis K60的开发，基于IAR Systems编译器，该软件为全球领先的嵌入式系统开发工具，拥有良好集成开发环境和完善的开发平台。本设计在此开发软件上采用了模块化设计和子程序嵌套技术以及库函数的调用，把循环探测距离以及其他模块的程序相互嵌套起来，使其功能更加完善，从而实现既定的目标。系统设计整体流程图如图5。

　　3 结语

　　本设计采用了超声波循环测距将测距与震动模块、语音提示模块、蜂鸣器和闪光灯提示模块有效地结合起来，可以便捷地为视障人群提供便利。该导盲仪能够在精度0.3cm的范围内较为精确的探测障碍物的距离，探测距离最大可达4.2m，此款导盲仪语音播报可自行录制，简单方便，具有很高的研究与推广价值。

　　参考文献：

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