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基于超声波测距的智能手杖
周鹏1李思齐1郑木桥1张贺2
(1、吉林大学物理学院，吉林长泰1300122、黑龙江工程学院汽车与交通学院，黑龙江哈尔滨150050)
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要：开发了基于超声波测距技术、数显和语章提示，向手杖使用者实时提供手校与前方障群物的间距的智能手杖。该手杖由趋声
摘
波发射回收模块、控制处理模块、信息输出模块三大主要模块组成，电路主要依托于STC12C5A60S2单片机和HC一SR04超声波发射接收模块，设计并实现了码显示和语音提示等功能。并对装置进行了性能测试，实验结果表明该智能手权可完成300cm以内的测距任务误差范图为土2m，性能稳定，具有实用价值，拓宽了超声波测距技术的应用领城，
关键词：智能手权：超声波测距；避障 1概述
人到老年，大多依赖手杖行走，手杖不仅可以帮助老年人行走，避免跌潜损伤对者人造成伤害，还能为者年人提供支撑，分担者年人的腰部压力。此外，手杖可以针对盲人进行辅助行走，帮助盲人导盲避障。但是传统手杖就是一个普通的手杖，老年人尚可依靠视觉判断路况，盲人却完全是凭借自己的触感行走，他们在盲道上凭借自己的脚的触感，自己的听觉，还有手杖的触来判断道路的状况，这有很大的危险性，会遇到很多无法预测的障碍。这种情况下，如若能够在传统手杖上面加上蜂鸣报警，智能避障等辅助性功能，对于盲人来说会有极大的方便。本文提出了一种智能手杖，可以为盲人提供智能辅助，手杖上的报警盒采取可拆卸分离的设计，方便携带，适用于多种人群，具有广泛的应用领域。
2系统原理：超声波测距技术
超声波测距技术是一项应用十分广泛而且实用性很强的技术，具有传插距离远、聚向性能好、能量在传播过程中消耗缓慢、反射能力强、对环境的适应力强以及对光线、色彩和电磁场不披感等优点，超声波能以一定速度定向传播，遇障碍物后反射，科学研究人员利用超声波的这一特性，研究具有特征频率的超声波，测定超声波往返所用时间，据此计算出物体间实际距离与相对速度，从而实现无接触测距。
超声波测距仪由两部分构成：硬件部分和软件部分。硬件部分包括控制模块、超声波发射模块、超声波接收模块和显示模块。软件部分采用单片机C语言编程，主要由键盘扫描、定时器/计数器初始化、超声波发射子程序、中断服务子程序和LED动态显示子程序构成。由控制器控制发射电路模块，向超声波探头发射特定频率的脉冲或正改信号，该信号频率与发射探头的机械共振频率一致，引起机械共振.产生相同颠率的声波并发射于空气中；经待测物体返回，当声波传输到接收探头时，引起接收探头机械共振，并转换为对应频率的交流电信号，经过信号处理、识别，由控制器通过计量声波从发出到返回的时间差计算出待测距离。
3智能手杖的总体设计
智能手杖分为三大主要模块：超声波发射回收模块、控制处理模块、信息输出模块。
3.1超声波发射接收模块
该模块发出特定颠率的超声波.进行回波接收（从包含各种噪声的复杂环境中筛选出反射回的超声波），并转换成电信号。超声波在传输过程中有能量损耗，这会影响到仪器的作用范围。回波接收的具体流程为接收信号、前置放大、带通滤波、再次放大和波形对比。
该智能手杖主要用于帮助盲人规避风险，因此对测距精度有较高要求，精度应尽可能高，最终选取了HC-SR04型超声波模块。 HC-SR04型超声波模块的电气参数如表1所示。
表1超声波模块HC-SR04的电气参数
电气参器电作机车
编入MNEV
HC-SH超声设模贸
A530 15mA 0 im
IS
HeS的TIL
PR比R
服宝e号整的窄年
FT
aH
图1HC-SR04模块时序图
图1是超声波模块的时序图，根据时序图向Tirg引脚(P0.1)发送一个10us以上的脉冲触发信号，该模块内部将自动发出8个 40kHz的周期电平并检测回波。一且检测到有回波信号则在Echo 引脚(P0.2)输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。计算从发射信号到接收回响信号时间间隔，即可以计算得到距
3.2控制处理模块
控制处理系统是超声波测距仪的核心。它通过内置器件控制声波发射，提取分析回馈信息，最终输出处理结果并向输出模块传达最终指令，是本装置的中央枢纽.连接并控制着整个进程。该模块依托于以STC12C5A60S2单片机为核心元件，电路原理图如图2所
软件调试时根据实际情况进行参数修改，通信接口电路如图3
示。
所示。稳压电路如图4所示。
图2STC12C5A60S2_LQFP44单片机系统
RS232通信接口
图3
会u 图4电源电路