智能导盲拐杖设计.pdf

我国曾在上世纪90年代进行过视力残疾状况的调查，结果显示，我国有视力残疾
患者近1400万，其中盲人约就有620万。从全国防盲技术指导组办公室得到的数据也
显示，我国有550万盲人，占世界盲人总数的1/5。随着人民生活水平的不断的进步，
让生活变得越来越简单方便成为了人民普遍追求的生活理念。盲人既是我们普通人民中
的一员，又是一个特殊群体，他们由于先天或后天的生理缺陷在日常生活中比我们常人
会遇到更多的不方便，不能准确及时的发现并躲避障碍物就是一个重要的弊端。如果有
一种既轻巧，又便宜，同时又能及时的识别周围障碍物并发出报警信号的智能拐杖在盲
人的手中将会为盲人的生活提供极大地方便。
由于超声波的速度相对光速要小的多，其传播时间更加容易被检测，并且易于定向
的发射，方向性较好，强度可以控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。同时随
着计算机技术、自动化技术及工业机器人的不断出现，测距和识别技术在工业中已经得
到了普遍的运用与发展，如何把这种非接触式检测与识别技术应用到民用领域已变得十
分重要了。
1.1设计研究的背景及意义

盲人既是我们普通人民中的一员，又是一个特殊群体，他们由于先天或后天的生理
缺陷在日常生活中比我们常人会遇到更多的不方便和安全隐患。本设计就是为了避免盲
人在行走时与前方障碍相撞。
盲人导盲预警系统的运用可极大地减轻盲人的行走不便与安全隐患，降低且避免因
盲人不辨障碍而导致的事故的发生，同时它将对提高人体智能化设计起到重要的意义。
对超声波具有传播速度慢，指向性强，能级消耗缓慢，对色彩、光照度不敏感的特点进
行利用，同时因为超声波传感器结构相对简单、体积小、性价比高、信息处理简单而且
可靠，易于小型化和集成化，并且可以进行实时控制等特点。所以这一项技术应用于导
盲产品中将有广阔的发展前景。
1.2设计研究的内容

本设计模仿蝙蝠的超声应用能力和原理，在研究现有的电子式超声波测距系统
的基础上，应用回声定位的原理，通过传感器发送超声波，然后获得并分析障碍物
的回波信息，研制一套超声波导盲系统。系统采用AT89S52单片机作为控制器,利
用超声测距的原理,设计了一种超声波导盲装置，该装置可以对盲人前方道路上的
障碍物进行距离探测并把障碍物距离信息转换成语音提示,盲人可以根据提示音，
避让障碍同时达到导盲作用。该系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等
特点。又因为盲人不辨行人与车辆在路上行走，又因夜晚能见度低，为了车辆和行
人更容易避让盲人。另采用光敏电阻检测周围环境的亮度,并将该亮度转化为相反

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逻辑的红色警示光。用来提醒来往行人和车辆避让。另有时钟系统，可以控制并且
语音播报时间，进行整点提醒。
1.3本章小结

本章主要介绍了设计超声波导盲拐杖的背景及意义。对设计研究的大致内容做了概
述。

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2．超声波系统的工作原理及方案

2.1超声的概述

声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象，人们对声音早有认识，在人们的日常
生活中存在着各式各样的声音。在科学史上，声学是发展最早的学科之一。然而，由于
超声是人耳听不到的信号，直到18世纪，人们才开始研究海豚、蝙蝠等动物时，才推
测自然界存在超声。声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据声波振动
频率的范围来分类的，声波可分为高低不同的四种类型：频率在16KHz～20KHz之间的
机械波，能为人耳所闻，称为声波；低于16KHz的机械波称为次声波；高于20KHz的机
械波称为超声波；高于10MHz的机械波称为特超声波。
声波产生的条件是首先要有一个作机械振动的质点来作波源，其次是要有传播振动
的弹性介质。此外，当振动传播时，振动的质点并不随波而移动，只是在自己的平衡位
置附近振动而已，这与电磁波（交变电磁场以光速在空间的传播）是完全不相同的，与
光波也不同。因此超声作为一种高于人的听觉范围的声波，与光波和电磁波是不同的，
是一种弹性机械波，它可以在气体、液体和固体中传播；电磁波的传播速度为3×108m/s，
而超声波的传播速度为340m/s，其速度相对电磁波是非常缓慢的，对于相同频率的情况
下波长比较的短，因此可以提高测量的分辨率；超声波在相同的传播媒体里传播速度相
同，即在相当大的频率范围内声速不随频率变化，波动的传播方向与振动方向是一致的，
作为纵向振动的弹性机械波，它是借助于传播介质的分子运动而传播。
在两种介质的交界面，声波会发生反射、折射、衍射、散射等现象。超声波也具有
这些传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。但超声波作为一种特殊的声波，
同时又具有方向性好，加速快等特点，而且波长很短，只有几厘米，有的甚至千分之几
毫米，因此与可听声波比较，超声波具有许多奇异的特性：
传播特性──超声波的波长很短，通常的障碍物