【正文】 聲波傳感器的中心頻率有 30KHz、 40KHz、 75KHz、200KHz、 400KHz 等。當(dāng)施加于它兩端的交變電壓頻率等于 壓電介質(zhì) 機(jī)械能 電能 正壓電效應(yīng) 負(fù)壓電效應(yīng) 11 晶片的中心頻率時(shí)，輸出能量最大，傳感器的靈敏度最高。 圖 超聲波發(fā)送接收原理圖 傳感器的主要參數(shù) 超聲傳感器有許多不同的結(jié)構(gòu)，根據(jù)壓 電晶片的直徑和厚度的不同，每個(gè)探頭的性能是不同的，其主要的性能指標(biāo)包括 中心頻率、靈敏度、阻抗特性和工作溫度。傳感器超聲探頭的工作原理如圖 所示。 包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。其中電聲型主要有 壓電傳感器 、 磁致伸縮傳感器 和 靜電傳感器 [15]。 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的用于產(chǎn)生和接收超聲波的器件，它既能夠把其他形式的能轉(zhuǎn)化為所需頻率的超聲能又能夠把超聲能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 [11]。同時(shí)超聲波的波長非常短，通常的障礙物的尺寸要比超聲 波的波長大好多倍，因此超聲波的衍射特性也很差，在均勻介 質(zhì)中能夠沿直線定向的傳播。 超聲波傳感器的 特點(diǎn) 超聲和可聞聲在本質(zhì)上是一致的，它們都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量的傳播形式，都能在媒質(zhì)中發(fā)生反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長短。 超聲波傳感器 超聲波傳感器具有測量方式原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)和 測量的精 度高 的特點(diǎn)。在理想介質(zhì)中聲波的衰減僅來自于聲波的擴(kuò)散。聲波的衰減主要分為三種主要類型 [11]：吸收衰減、散射衰減和擴(kuò)散衰減。由于超聲波頻率很高，所以超聲波與一般聲波相比，它的功率是非常大的。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。 在傳播特性上， 超聲波的波長很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播，超聲波的 波長越短，這一特性就越顯著。因此超聲 波 作為一種高于人的聽覺范圍的聲波，與光波與電磁波不同，是一種彈性機(jī)械波，它可以在氣體、液體和固體中傳播；電磁波的傳播速度為 3000Km/s，而超聲波的傳播速度為 340m/s，其速度相對電磁波是非常慢的，對于相同頻率的情況下波長較短，因此 可以提高測量的分辨率；超聲波在相同的傳播媒體里傳播速度相同，即在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)聲速不隨頻率變化，波動(dòng)的傳播方向與振動(dòng)方向一致，作為縱向振動(dòng)的彈性機(jī)械波，它是借助于傳播介質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)而傳播的[10]。聲波產(chǎn)生的條件是首先要有一個(gè)作機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)作波源，其次要有傳播振動(dòng)的彈性介質(zhì)。 超聲波 超聲波具有定向好、穿透性好、測距范圍寬和 準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，通過發(fā)射具有特征頻率的 波對被射目標(biāo)進(jìn)行探測，超聲波傳感器 比較耐臟污，即使傳感器上有塵土也可以測量，便于盲人在使用過程中適應(yīng)不同的環(huán)境。根據(jù)蝙蝠的這種仿生學(xué)原理，超聲檢測與識(shí)別技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是醫(yī)用以及工業(yè)領(lǐng)域中，如醫(yī)學(xué)超聲檢測，超聲探傷等。如遇到緊急情況，用戶可實(shí)現(xiàn)一鍵緊急報(bào)警功能，將 GPS 定位信息通過 GSM 發(fā)送到固定手機(jī)，以便得知用戶信 息 . 7 2 超聲波測距 的工作原理 蝙蝠擅長在黑夜中飛行，在漆黑的環(huán)境里仍能夠準(zhǔn)確的判斷物體的方位及距離，并能有效的避開樹、建筑物等障礙物，以極快的速度精確地飛翔，蝙蝠的這種功能是通過回聲定位來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)的核心硬件采用 ST 公司新推出的基于STC89 系列處理器，通過其對外圍電路的控制以自身強(qiáng)大的 信號(hào)處理能力實(shí)現(xiàn)對周圍障礙物的檢測功能。 GuideCane 的缺點(diǎn)是體積還是過于龐大，不便于攜帶，而且成本較高，所以不便于推廣。根據(jù)超聲探頭獲得的信息，運(yùn)用 VFH 技術(shù)，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生周圍環(huán)境的虛擬地圖，通過伺服電機(jī)，控制轉(zhuǎn)向輪的方向，引導(dǎo)使用者行進(jìn)。在使用時(shí)，使用者握住手柄，推動(dòng) GuideCane 行進(jìn)。 GuideCane 的概念形成于 1995 年，它是美國密西根大學(xué)繼 NavBelt 之后研發(fā)的，它的外形類似一種立式吸塵器或一臺(tái)割草機(jī)，可看作為電子導(dǎo)盲犬。因此導(dǎo)引式手杖的設(shè)計(jì)可以禰補(bǔ)目前拐杖、電子式行進(jìn)輔具、移動(dòng)式機(jī)器人及 NavBelt 的缺點(diǎn) 。 引導(dǎo)式手杖 較為新穎的導(dǎo)盲機(jī)器設(shè)計(jì)是在拐杖的末梢接上一組載有許多傳感器、小型控制計(jì)算機(jī)而下方裝有導(dǎo)輪的移動(dòng)式平臺(tái)，也就是將原本移動(dòng)式機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)移除，保留智能感測的部分。 OAS 運(yùn)用矢量場直方圖技術(shù)將超聲探 頭獲得的信息加以處理，通過立體聲耳機(jī)，采用立體聲圖像技術(shù)，指引使用者行走。超聲探頭收發(fā)一體，聲束角為 150，采用誤差消除快速超聲激發(fā)理論 可以消除重疊干擾，均勻排列的 8 個(gè)探頭可以探測到 120176。移動(dòng)式機(jī)器人與盲人同樣具有執(zhí)行運(yùn)動(dòng)、行進(jìn)的能力，但卻同樣需要一個(gè)探測系統(tǒng)來探測行進(jìn)路上的障礙物并加以躲避，因此直接將移動(dòng)式機(jī)器人的障礙物躲避系統(tǒng)穿載在盲人的身上，盲人作為半被動(dòng)的接受障礙物躲避系統(tǒng)命令的運(yùn)動(dòng)工具，并且具有比移動(dòng)式機(jī)器人更靈活的行動(dòng)能力。 穿戴式導(dǎo)盲儀 NavBelt，顧名思義是一種具有導(dǎo)航功能的腰帶，是由美國密執(zhí)安大學(xué)移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的科技人員 Borenstein 與 Koren 共同發(fā)明的。因此基于移動(dòng)式機(jī)器人技術(shù)的導(dǎo)盲儀，功能上較 EAT 有很大提高 。 移動(dòng)式機(jī)器人 移動(dòng)式機(jī)器人目前廣泛的應(yīng)用在工廠自動(dòng)化中，主要用于物件的搬運(yùn)。使用者根據(jù)傳入兩耳之間的聲音強(qiáng) 度差，可以判斷出障礙物的方向（聲音以立體聲呈現(xiàn)，靠近物體的那只 朵聽見的聲音大于另一只耳朵聽見的）；障礙物的距離被編碼成可聽低頻聲音的頻率（聲調(diào)越高，距離越近）；物體的某些表面特征通過聲音的特征來體現(xiàn)（例如，不均勻分布的聲音可能表示一棵樹，均勻分布的聲音可能代表一面墻）。聲束角的廣角超聲發(fā)射器安放在鏡架的中央，兩個(gè)超聲波接收器被分別安放在鏡框的兩 側(cè)。收到前方障礙物的信息后儀器就會(huì)產(chǎn)生聲音報(bào)警，但這種儀器僅能產(chǎn)生三種滴答聲，通過這種滴答聲粗略地提示目標(biāo)距離。 電子導(dǎo)盲儀 電子導(dǎo)盲儀（簡稱 ETA） 的工作原理與雷達(dá)系統(tǒng)類似，由探頭向一定方向發(fā)送一連串的超聲探測波，這些超聲波在傳送過程中遇到障礙物會(huì)被 反射回來，被指定的傳感器接收，從接收到的回波中可以得到障礙物的信息。超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本低、使用方便、抗3 電磁干擾強(qiáng)、對光線不敏感、無電磁輻射，因此被廣泛采用。 國內(nèi)外已經(jīng)研制成功的超聲波導(dǎo)盲裝置 為了提高盲人的生活質(zhì)量，增加其行走能力，世界各國一直在進(jìn)行著導(dǎo)盲系統(tǒng)的研制。 GPS 和 GSM 的聯(lián)合定位早在 20xx 年的歐洲，就已經(jīng)有了長足的發(fā)展，隨著國內(nèi)的快速發(fā) 展， GPS 和 GSM 的聯(lián)合定位的需求也呈現(xiàn)快速的增長態(tài)勢。 隨著 GPS 全球定位技術(shù) 和 GSM 通信技術(shù) 的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，通信鏈路的建立、數(shù)據(jù)信息的傳輸顯然已經(jīng)成為實(shí)際應(yīng)用中尤為突出的問題了。 GSM 移動(dòng)通信系統(tǒng)是我國國 內(nèi)目前發(fā)展最成熟和市場占有量最大的一種數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，其 新業(yè)務(wù)、新功能也是層出不窮。 GPS 全球定位系統(tǒng)目前已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的、具有2 廣闊的應(yīng)用前景的一種定位系統(tǒng)。 GPS 全球定位 系統(tǒng)是一個(gè)基于衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的全天候、被動(dòng)式無線電導(dǎo)航、定位、 授時(shí)系統(tǒng) [3]。導(dǎo)盲犬雖然是引導(dǎo)盲人行進(jìn)的不錯(cuò)選擇，然而訓(xùn)練的不易、耗時(shí)及成本高昂也使得導(dǎo)盲犬的使用率并不高。盲人既是我們普通人民中的一員，又是一個(gè)特殊群體，他們由于先天的生理缺陷 ， 在日常生活中比我們常人會(huì)遇到更多的不方便，不能準(zhǔn) 確及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并 躲避障礙物就是一個(gè)重要的弊端。從全國防盲技術(shù)指導(dǎo)組辦公室得到的數(shù)據(jù)也顯示，我國有 500 萬盲人，占世界盲人總數(shù)的 1/5[1]。s ultrasonic capabilities and principles in this article, the application of echolocation principle, and then received by sending an ultrasonic echo information and analysis of the obstacles, and GPS Global Positioning System and GSM work munication system to be applied, and developed a set of ultrasonic guide system. This paper first introduces the development situation and developed trend of domestic and international positioning, ultrasonic ranging principle, the principle of GPS positioning and GSM munication theory is introduced, and then given the option of the system, the hardware part of the circuit module in detail description, including the control center, ultrasonic distance measurement circuit, the GPS module circuit, GSM module circuit and voice playback circuit. Then the guide device design process is pleted by the preparation of the serial munication program, the GPS data extraction procedures and the GSM short message sending program. Ultimately some important parts of the guide device was debugged, including the debugging of the software interface programming, GPS data reception,AT mand and serial munication debugging and the all function. Through experiments, the main features and technical specifications have meet the design requirements, this system can achieve realtime measurement of the distance, emergency alarm functions. This system has been tested that hardware structure is simple, low cost, reliable, clear flow, high precision, easy to promote . Keyword: STC89C52, ultrasonic distance measurement, GSM, GPS, ISD4002。 關(guān)鍵詞 ： STC89C52, 超聲波測距 ， GSM, GPS, ISD4002。 通過實(shí)驗(yàn) 表明 ,各主要功能 及技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求 ， 本 系統(tǒng) 能實(shí)現(xiàn)距離的實(shí)時(shí)測量 ,撥打固定電話，緊急報(bào)警的功能。 本文首先介紹了國內(nèi)外定位的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，其次 介紹了 超聲波測距 原理、 GPS 定位原理和 GSM 通信 原理，然后給出了 系統(tǒng)的選擇方 案，對 硬件電路 部分的各個(gè)模塊做了詳細(xì)設(shè)計(jì)說明 ，包括控制中心 電路 、 超聲波測距電路、GPS 模塊電路、 GSM 模塊電路以及 語音播放電路 。如何安全行走，是盲人生活中最大的問題?；趩纹瑱C(jī)的導(dǎo)盲系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 北方工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院 劉曉凱 摘要 中國是世界上盲人數(shù)量最多的國家。盲人生活 在黑暗的世界中，給工作、生活、 社交活動(dòng)帶來了莫大的困難。本文模仿蝙蝠的超聲應(yīng)用能力和原理 ， 應(yīng)用回聲定位原理，通過發(fā)送超聲波，然后獲得并分析障礙物的回波信息， 并將 GPS 全球定位系統(tǒng)和 GSM 網(wǎng)絡(luò) 通信系統(tǒng)加以應(yīng)用而 研制出的 一套超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)。 隨后 通過串口通信程序、 GPS數(shù)據(jù)提取程序以及 GSM 短消息發(fā)送程序 的編寫完成了導(dǎo)盲裝置的設(shè)計(jì)流程，最終 介紹 了對導(dǎo)盲 裝置關(guān)鍵部分的調(diào)試，包括 軟件界面編程的調(diào)試， GPS 數(shù)據(jù)接收， AT 命令串口通信調(diào)試以及 整體功能 的 調(diào)試 。經(jīng)測試本系統(tǒng) 具有硬件結(jié)構(gòu)簡單 、 成本低 、 工作可靠 、 流程清晰 、精 度高 、易于推廣 的 優(yōu)點(diǎn) 。 The Design of the Seeing eye System Based on MCU Abstract China has the largest number of the blind in the world. The blind live in a world of darkness, bringing grea