挑战杯专业论文(盲人避障)
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杨家波 毕业设计论文《机器人避障模型》
2010届学生毕业论文(设计)贵州商业高等专科学校毕业论文设计机器人避障模型系别: 计科系专业: 信息管理班级: 10-1姓名: 杨家波学号: 10601101009指导教师: 袁华说明本系统正是针对人力资源部门的人员信息管理，通过对员工基本信息﹑人事管理等的系统界面设计，将会给管理者带来极大的方便，具有手工管理无法比拟的优点，例如检索速度快、查找方便、可靠性高、存储量大、使用时间长等。
用计算机管理取代传统的手工操作，大大减少了管理人员的工作量，提高了工作效率，为获取详细的人力资源信息提供了保证，方便各类人员的查询和信息保证，增强了管理工作的时效和人员主动性。
人力资源管理系统主要包括：系统登录、系统管理、信息设置、人事管理、工资管理等模块。
在本系统中侧重实现人力资源的基本信息管理。
目录摘要 (4)一、问题重述 (5)二、问题分析 (5)三、模型假设 (6)四、符号说明 (6)五、模型建立与求解 (6)六、模型检验 (25)七、模型评价 (26)八、模型推广 (26)参考文献 (27)附录 (28)机器人避障模型摘要本文针对机器人避障问题进行分析与研究，在800×800的平面场景摆放有12个不同形状的障碍物，以O（0，0）点为起点，对A、B、C、O为目标点，通过分析，我们假设在圆弧的半径为10个单位，且下建立模型，由出发点到达目标点可以有很多条路径行走，所以就有不同的几种方案可以到达目标点，据题意；我们把机器人行走的路径都看成是由直线和拐角圆弧线组成的，根据这个原理，我们对机器人可行走的路径分析直线与拐角圆弧的关系，将所有路径都转化为若干个线圆结构来进行求解，对于途中经过的拐角圆弧，我们都将只考虑半径最小的情况，然后建立解析几何图形模型对可行走的不同路径进行求解，从而得到最短路径。
对于问题一：我们根据几何图形模型很容易求解出可能行走的路径，然后列出二种明显的方案进行比较，得到最终的求出最短路径：O →A 最短路径为：471.2219O →B 最短路径为：607.5783O →C 最短路径为：1090.942O→A→B→C→O最短路径为：2843.1693对于问题二，我们采用Dijkstra算法（见附录三），解出最短时间路径为：462.4194。
《基于认知心理学的盲人无障碍辅助APP界面交互设计研究》范文
《基于认知心理学的盲人无障碍辅助APP界面交互设计研究》篇一一、引言随着科技的快速发展，智能手机的普及使得应用程序的设计和使用变得更加广泛。
然而，对于盲人用户来说，无障碍的界面交互设计变得尤为重要。
本研究将探讨基于认知心理学的盲人无障碍辅助APP界面交互设计，旨在为盲人用户提供更加友好、便捷的交互体验。
二、认知心理学基础认知心理学是研究人类认知过程和信息的加工与处理方式的学科。
它强调认知活动的连续性和相互作用，对人们的认知活动具有指导意义。
在APP界面交互设计中，基于认知心理学的理论可以更好地了解用户需求和行为模式，从而设计出更加人性化的界面。
三、盲人用户的特点和需求盲人用户在视觉上存在障碍，无法直接通过视觉获取信息。
因此，他们更加依赖听觉、触觉和语音等感知方式。
在APP使用过程中，他们需要更加简单、直观的操作方式，以及更加友好的语音反馈和触觉反馈。
此外，他们还需要在APP中获取各种信息，如导航、阅读、社交等。
四、基于认知心理学的盲人无障碍辅助APP界面设计原则1. 简洁直观：界面设计应简洁直观，避免过多的复杂操作。
通过合理的布局和图标设计，让用户快速理解并操作。
2. 语音反馈：提供友好的语音反馈，让用户了解操作结果和相关信息。
同时，语音应清晰、准确、及时。
3. 触觉反馈：通过振动等方式提供触觉反馈，增强用户的操作感知。
4. 个性化定制：根据用户的需求和习惯，提供个性化的界面和操作方式。
5. 多模态交互：结合语音、触觉、手势等多种感知方式，提供多模态交互方式，满足不同用户的需求。
五、盲人无障碍辅助APP界面交互设计实践以一款导航类APP为例，介绍基于认知心理学的盲人无障碍辅助APP界面交互设计实践。
1. 界面布局：界面布局应简洁明了，重要信息置于显著位置。
通过语音播报和触觉反馈，引导用户进行操作。
2. 语音导航：通过语音播报，为用户提供实时导航信息，如当前位置、目的地距离、路线指引等。
同时，语音应清晰、准确、及时。
毕业设计(论文)基于超声波测距的机器人模糊避障研究
目录摘要 (2)1 引言 (3)1.1选题的背景及意义 (3)1.2 机器人的发展综述 (4)2 超声波测距 (5)2.1 超声波概论 (5)2.2 两种常用的超声波测距方案 (6)2.2.1 基于单片机的超声波测距系统 (6)2.2.2 基于CPLD 的超声波测距系统 (6)2.3超声波测距的工作原理 (7)3 机器人的模糊避障系统 (8)3.1 移动机器人的避障传感器 (8)3.1.1 激光传感器 (8)3.1.2 视觉避障 (8)3.1.3 超声传感器 (8)3.2 避障系统设计思想 (9)3.2.1超声传感器的幻影现象 (9)3.2.2 模糊避障算法设计 (10)4 硬件系统设计 (12)4.1超声波测距系统硬件设计 (12)4.2 单片机的内部结构 (13)4.3单片机最小系统电路 (13)4.4 超声波发射系统电路 (14)4.5超声波接收系统电路 (15)4.6 显示模块的设计 (16)4.7机器人避障的硬件系统 (17)5 系统软件设计 (18)6 结论与总结 (19)致谢 (21)参考文献 (21)附录1 (22)附录2 (23)基于超声波测距的机器人模糊避障研究电子信息工程***指导老师***摘要：移动机器人在工作的时候不可避免地受到障碍物的干扰，障碍物会严重影响机器人的工作效率，碰撞时更会使机器人损坏，所以实现机器人的自动避障非常重要。
本论文在分析了智能移动机器人避障常用传感器的基础上，提出了基于超声波传感器测距的移动机器人的模糊避障系统，详细介绍了超声波传感器的原理和特性，采用单片机AT89C52为核心，用超声波测距的方法检测障碍物，通过单片机对信号的处理，驱动电机的转向，左右前进与后退，从而达到自动避障的功能。
通过实践得出模糊避障控制机理和策略易于接受和理解，便于应用开发，模糊避障算法对环境有很大的适应性，机器人能在不同的环境条件下实现了避障。
关键词：AT89C52单片机；移动机器人；超声波传感器；超声波测距1 引言随着机器人技术的发展，自主移动机器人以其灵活和智能等特点，在人们的生产、生活中的应用越来越广泛。
2012年数学建模D题机器人避障问题论文
机器人避障问题摘要我们根据题目所给的800×800的平面区域和场景图中的12个不规则形状的障碍物，研究讨论了机器人避障最短路径和最短时间路径的问题。
问题一：避障最短路径有两种情形：一、由原点出发到达各个目标点的最短路径；二、由原点出发经过途中的若干个目标点到达最终目标点。
情形一：通过我们的证明知道（猜想一、猜想二）：具有圆形限定区域的最短路径是由两部分组成的：一部分是平面上的直线段，另一部分是限定区域的部分边界（即圆弧段）。
这两部分是相切且连续的，依据这个结果，我们可以认为最短路径一定是由直线段和圆弧段组成的，因此我们建立了线圆结构模型，并采用三中分法、枚举法对可能是最短路的路径分析求解。
这样一来无论路径多么复杂，我们都可以将机器人行走路径划分为若干个这样的线圆结构模型来求解。
运用matlab 求解最终得:最短路径为：471.0372；最短路径为：853.7001；最短路径为:1090.8041；对于第二种最短路径情形，我们在拐角处和目标点处均采用最小转弯半径r=10的形式，这样才能使得机器人不仅能够安全行走，且所走路径为最短路。
最后建立优化模型运用MATLAB 求解原点到达最终目标点的最短路径。
即最短路径为2716.0471。
问题二：根据问题要求，运用图论中的最短路方法，建立最短时间路径模型，求出的最短时间路径，根据已知数据运行我们编制的matlab 程序求解得机器人行走最短时间为94.2697。
关键词 避障最短路径 最短时间路径 图论 三中分法 MATLAB 软件A O →B O →C O →O C B A O →→→→A O →一、问题重述根据题目所给800×800的平面场景图，在原点O(0,0)处有一个机器人，该机器人只能在平面场景范围内活动。
且不能与场景图中12个不同形状的障碍物发生碰撞，障碍物点与障碍物的距离至少超过10个单位）。
规定机器人的行走路径由直线段和圆弧组成，其中圆弧是机器人转弯路径。
以智能盲杖为主体的盲人避障导航系统设计.doc
以智能盲杖为主体的盲人避障导航系统设计摘要：我国盲人及视觉障碍人口众多，城市交通路况复杂，对盲人出行带来了巨大的困难。
现以整个城市背景为前提，研究开发了一种新的盲人出行系统。
系统采用RFID射频识别技术进行导航，智能盲杖可以将分布于城市盲道下的电子标签中所录入的地理位置信息转化为语音信息，通过耳机反馈给盲人，实现导航功能。
盲杖利用超声波测距技术来感知盲杖前方、及前方高处的障碍物信息，并将信息以声音或者震动的形式，反馈给用户。
同时还具备定位、语音报时、阴暗处自动亮灯示警等功能。
关键词：城市无障碍；障碍物检测；RFID；盲杖1 引言根据世界卫生组织给的数据，2010年中国盲人数量824.8万，低视力人群6727.4万，视力残疾者的数量是两者的总和――7551.2万。
我国盲人数量众多，城市路况也比较复杂。
盲人的出行方式通常有盲杖出行，亲友陪同出行，导盲犬导向出行和公交出行等几种方式，其中以使用盲杖出行最为普遍，盲人出行的问题是一个不可忽视的社会问题。
以最普遍的盲人使用盲杖单独出行为例，盲人出行时使用的普通盲杖多为铝合金质地，盲人使用它的杖尖在地面上不断敲击，左右摆动探索，可盲人发现地面0.5米范围以内的障碍物，杖体贴有反光膜，夜间可警示车辆避让。
普通盲杖轻盈、便携、耐用、价格低廉，是视障患者出行的帮手。
但是普通盲杖具有的缺点是：对于稍远距离的障碍物及高空障碍物无法判断位置，不能及时做出反应。
本文通过介绍射频识别技术系统在当今社会中的应用，以及对当前我国的盲人道路指示系统的分析，结合当前社会盲人出行用具的分析，以及射频识别技术的优点，提出基于射频识别技术的盲人避障导航系统设计。
2 传统盲人出行系统分析城市中的视觉障碍人群的无障碍出行环境建设，在道路交通方面，主要涉及到城市广场、非机动车道、过街天桥及过街地道、过街音响信号及公交站台等。
在建筑物场所方面，主要涉及到办公及科研建筑、文化和商业建筑、观演及交通建筑、医疗及学校建筑、公寓及饭店建筑、居住和园林建筑等。
本科毕业设计---基于单片机的盲人蔽障器
基于单片机的盲人避障器摘要：由于盲人在走路的时候没有办法知道前方有没有危险，这个问题给他们的生活带来了很多的不方便。
针对这类问题本文设计了一个由单片机控制的盲人避障器，这个器件装置具有语音提醒和报警的功能。
该方案的原理是探测前方一定范围内没有任何障碍，根据发送和接收超声波如果有，那么语音提示模块可以发出声音，按钮可以播放的距离。
当距离达到10cm时，蜂鸣器会报警提醒，如果有障碍物快速靠近的时候语音会发出“危险请躲避”的声音。
关键词：AT89S52 HY-SRF05 语音芯片ISD1420Blind avoidance device based on micorocontroller Abstract: Since there is no way to know ahead the Blind whether there are obstacles in the process of walking,this issue has brought to their lives a lot of inconvenience.For this problem ,a obstacle-avoidance device was designed,which is based onprinciple of the program is based on transmitting and receiving ultrasonic probe to the front there exists a range of obstacles.If having,then the voice will sound to remind module, After pressing the button,it can broadcast the distance,when the distance is less than 10cm,Buzzer will alarm to remind,If there is an obstacle when approaching fast,then the voice will issue a “dangerous,please avoid”.This design uses A T89S52 microcontroller as the core of the low-power, high-performance, high-precision Ultrasonic Ranging display hardware and software design. The main chip ultrasonic ranging module HY-SRF05, voice chip ISD1420.Keywords：AT89S52 HY-SRF05 V oice remind ISD1420目录第1章绪论 (1)1.1设计的目的和意义 (1)1.2盲人避障器的研究前景 (2)第2章设计所用的主要技术 (3)2.1硬件技术 (3)2.2软件技术 (3)第3章硬件部分 (4)3.1总体框架 (4)3.3 系统的软件流程图 (4)3.4 系统各个模块的设计 (5)3.4.1 超声波测距模块 (5)3.4.2语音模块设计 (7)3.4.3单片机模块设计及应用 (10)3.4.4 液晶显示模块LCD1602 (14)3.4.5整个硬件电路的电路图和实物图 (15)第四章软件部分 (16)4.1主程序的流程图和过程 (16)4.2 子程序流程 (17)第五章总结 (21)第六章致谢 (22)参考文献 (23)第1章绪论1.1设计的目的和意义日常生活中，盲人在各个方面都有很多的不方便，在行走过程中也只能通过触觉来感知前方是否存在障碍物，这样就很容易遭遇危险，面对这种现实的问题，本次设计了一个由单片机控制的盲人用来躲避障碍物的器件。
智能导盲拐杖
智能导盲拐杖2016年10月智能导盲拐杖摘要:针对市场上供盲人使用的导盲拐杖结构简单，功能单一，无法实现较好的导盲效果的弱点，本作品设计为盲人提供行走时，遇到前方障碍物提前躲避的预警系统。
以STM32F103C8T6作为核心处理器，具有GPS坐标定位，GSM短信发送，超声波避障，警报提示等功能的智能拐杖；介绍了智能拐杖的组成结构和工作原理，通过MPU6050获取姿态数据和HC-SR04模块获取超声波回波时间差，进行姿态数据计算，判断人是否摔倒并测量人与物体之间的安全距离，实现了提前预警使用者避让障碍物，起到避免安全隐患的作用；通过GPS模块，获取当前坐标，通过语音播报导航，通过GSM模块进行短信发送，获取实时位置，起到导航和快速救助的作用。
关键词：智能避障；超声波测距；GPS定位；STM32F103C8T6；语音提示ABSTRACT: Aiming at the weakness of blind guide cane on the market with simple structure and function which is unable to achieve a good blind guiding function, This design study for the blind to walk, meet obstacles ahead of early warning system. STM32F103C8T6 as the core processor, which has the function of GPS positioning and GSM SMS sent, ultrasonic detection of obstacles and voice prompting. Described the composition and working principle of the intelligent cane;The MPU6050 obtains the attitude data and the HC-SR04 to obtain the ultrasonic echo time difference, carries on the posture data calculation, judges whether the person falls and measures the safe distance between the human and the object, implement the early warning users avoid obstacles, avoid safe hidden trouble. Through the GPS module, get the1current coordinates, through the voice broadcast navigation, through the GSM module for text messages to send, access to real-time location, play a role in navigation and rapid relief.Key words: Intelligent obstacle avoidance; ultrasonic ranging; GPS positioning; STM32F103C8T6; voice prompts2目录1．引言 (1)1.1设计研究的背景及意义 (1)1.2设计研究的内容 (1)1.3本章小结 (2)2．智能导盲拐杖系统设计 (3)2.1设计实现的功能 (3)2.2设计思路 (3)2.3硬件电路设计 (4)2.3.1核心控制模块 (5)2.3.2超声波收发模块 (5)2.3.3姿态检测模块 (7)2.3.4语音播报模块 (8)2.3.5定位模块 (8)2.3.6短信发送模块 (9)2.3.7光敏感应和灯光模块 (9)2.4软件设计 (11)2.4.1算法流程图 (11)2.4.2算法具体设计 (11)2.5本章小结 (12)3.系统的调试结果 (13)4.结论 (14)5.参考文献 (15)31．引言目前,市场上盲人所使用的拐杖大多结构简单而实现的功能比较普通。
智能语音导航导盲杖
智能语音导航导盲杖作品名称：爱路德电子科技有限责任公司商业计划书团队名称：爱路德（Eyesroad）来源：第八届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛作品一、发明产品的原因导盲杖人性化功能不足关毫无疑问，实用性、便利性的导盲杖是盲人群体对导盲杖的基本要求。
目前市场上的导盲杖外形设计上普遍一致，功能单一，无法解决盲人在现实生活中所遇到的各种不便与困难。
科学技术日益发达的今天，导盲杖的功能应该更为贴近生活，例如便利的语音避障导航、简单的人机交互。
这些人性化的功能必将会添加到未来的导盲杖设计中，使得盲人的独立生活更为便利。
导盲杖技术落后关随着生活节奏加快，生活越为多彩，盲人及视力障碍群体对导盲杖的性能及功能要求在不断地提高。
目前市场上的导盲犬及导盲杖的使用无法解决生活中出现的各种不便及意外，更已经无法满足他们的需求。
此时盲人及视力障碍者的需求无疑是导盲杖的功能要求和性能设计上的考验。
每个盲人及视力障碍患者都希望能拥有一根能在外出时最大程度上解决各种不便的导盲杖。
因此，当前导盲杖研发者需要攻克避障方面的障碍物定位精确度和路况类型问题、人机交互方面的响应时间和反馈准确度问题、定位系统中导航系统与实际街道结合问题。
导盲杖市场脱节关中国的智能导盲杖市场，现在还处于初始阶段，通过查阅网络上相关资料我们发现世界上已经有日本，美国等国家正在研制智能导盲杖，但还未投入市场。
中国市场上已经有智能型导盲杖，通过对盲人的问卷调查，我们发现多数盲人更侧重于使用一般的导盲杖，原因是智能的导盲杖存在精准度、价格与性能等因素限制。
在调查中我们还发现，由于导盲工具的限制，多数盲人的活动范围特别狭窄，基本限定在自己熟悉的环境内，并且采访中的每个盲人都希望能够“出去走走”扩大自己的活动范围，并明确表示了自己对智能导盲杖的需求。
“爱路德”公司研制的带有GPS的导航导盲杖正好迎合了盲人的这一需求。
导盲杖售后维护薄弱关在调查问卷过程中，通过与盲人朋友的交流，我们发现绝大多数盲人朋友在购买智能导航导盲杖时普遍关心的都是售后服务问题。
挑战杯论文(盲人避障)
图3.8 单片机引脚图
3.3.4
ISD4004系列工作电压3V，单片机录放时间8至16分钟，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术，内含振荡器，防混淆滤波器，平滑滤波器，音频放大器，自动静噪及高密度多电平闪烁存储阵列。芯片设计是基于所有操作的必须由微控制器控制，操作命令可通过串口通信协议（SPI或Microwire）送入，芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内的闪存中，因此可以十分真实自然地再现音乐、语音和效果音，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。 采样频率可为4.0HZ，5.3HZ，6.4HZ，8.0HZ，频率越低，录放音时间越长，而音质则有所下降，片内信息存于闪烁存储器中，可在断电的情况下保存100年，反复录音10万次。
distance_data<<=8; //放入16位的高8位
distance_data=distance_data|outcomeL;//与低8位合并成为16位结果数据
distance_data*=12;//因为定时器默认为12分频
distance_data/=580;//微秒的单位除以58等于厘米
（1）采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平；
（2）模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回；
（3）有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间（10us~18ms），如果没有检测到反向则输出36ms的高电平。
工作时序如图3.4所示。
}
isd_powerup(); //AN键按下，ISD上电并延迟50ms
isd_stopwrdn();
isd_powerup();
3.3.4
ISD4004系列工作电压3V，单片机录放时间8至16分钟，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术，内含振荡器，防混淆滤波器，平滑滤波器，音频放大器，自动静噪及高密度多电平闪烁存储阵列。芯片设计是基于所有操作的必须由微控制器控制，操作命令可通过串口通信协议（SPI或Microwire）送入，芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内的闪存中，因此可以十分真实自然地再现音乐、语音和效果音，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。 采样频率可为4.0HZ，5.3HZ，6.4HZ，8.0HZ，频率越低，录放音时间越长，而音质则有所下降，片内信息存于闪烁存储器中，可在断电的情况下保存100年，反复录音10万次。
distance_data<<=8; //放入16位的高8位
distance_data=distance_data|outcomeL;//与低8位合并成为16位结果数据
distance_data*=12;//因为定时器默认为12分频
distance_data/=580;//微秒的单位除以58等于厘米
（1）采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平；
（2）模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回；
（3）有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间（10us~18ms），如果没有检测到反向则输出36ms的高电平。
工作时序如图3.4所示。
}
isd_powerup(); //AN键按下，ISD上电并延迟50ms
isd_stopwrdn();
isd_powerup();
第十二届“挑战杯”四川省大学生课外学术科技作品竞赛决赛获奖名单
成都大学 成都大学 成都大学 成都大学 成都东软学院 成都纺织高等专科学校 成都工业学院 成都理工大学 成都理工大学 成都理工大学 成都理工大学 成都理工大学 成都理工大学 成都理工大学 成都农业科技职业学院 成都农业科技职业学院 成都体育学院 成都体育学院 成都体育学院 成都信息工程学院 成都信息工程学院
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2
347. 成都市村民议事会制度实施情况的调研--以龙泉驿区西河镇上游社区为例 653.电动汽车锂电池管理系统 651. 基于ARM的室内危险气体远程检测报警系统 96.基于实时视图的位置服务平台（Plax） 66.多Agent智能故障处理和瓦斯浓度最优组合预测在煤矿安全监测系统中的仿真研究 439.以“乐尚创意服装工作室”的创立、经营过程——看高职高专学生创业 449.《梯、凳、桌多用逃生装置 》 49.α 能谱形成机理及其谱分析技术研究 50.金属离子存在下芹菜素与BSA的相互作用研究 48.汶川地区震后滑坡易发性评估 256.成都市亲子旅游市场调查分析研究 253.红色资源网络传播研究——以党建翻译网为例 523.可视微观渗流物理模型制作研究 524.基于ARM_M3的IC智能门禁系统 64.无土栽培技术在阳台农业上的应用 275.阳台农业产品营销方案设计 193.体育对残疾儿童身心健康影响的研究—以成都市为对象 197.新农村建设背景下农村体育活动的现状调查—以山西侯马市为例 472.新型防鼠标手鼠标垫—基于人体科学 331.主动式太阳能海水淡化装置设计 325.调查及浅析农村生活污水
第十二届“挑战杯”四川省大学生课外学术科技作品竞赛决赛获奖名单
作品名称 98. 药食同源植物山葵的生物技术研究和产品开发 255.后重建时期灾区生态建设与产业发展的空间协调与创新推进路径研究 250.当代大学生公民政治意识教育抽样调查研究 252.当代彝族青年学生母语文化遗忘问题现状调查及对策研究——以四川省为例 394.校园消费C2B创新模式构建 398《小学教师专业标准（试行）》适应性调查研究 185.体育与下一代：我国青少年体育发展研究报告 330.废弃光盘高效资源化新技术 327.机动车驾驶员对红绿灯和电子眼遵从行为的统计分析及对交通管理的建议 634.“一体通”——一体化网络通信服务器 636.不同垃圾调理剂的餐厨垃圾蚯蚓生态处理新技术 78.天然提取物神经保护作用的探索—原花青素、番茄红素和灯花素对脊髓损伤治疗效果的 比较研究 302.四川省凉山州喜德县彝族医药资源的调查研究 322.新医改背景下西部地区县级试点医院改革调查及分析——以四川省为例 54.腰椎间盘突出症影像诊断及介入治疗的系统评价 543.酶联合消化法在原代细胞培养中的应用价值 所在院校 成都大学 成都理工大学 成都理工大学 成都理工大学 成都师范学院 成都体育学院 成都信息工程学院 成都信息工程学院 成都信息工程学院 成都信息工程学院 成都医学院 成都医学院 成都中医药大学 川北医学院 川北医学院 作品类别 自然科学类 哲学社科类 哲学社科类 哲学社科类 哲学社科类 哲学社科类 自然科学类 哲学社科类 科技发明类 科技发明类 自然科学类 哲学社科类 哲学社科类 自然科学类 科技发明类 获奖等级 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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摘要在日常生活中，盲人属于弱势群体，行动及其不方便，外出行走时需要用拐杖或类似的代替物，这样既不方便同时存在安全隐患。
本系统具有辅助盲人进行避障的功能，利用了HY-SRF05超声波模块进行超声波检测、采用ISD4004语音模块作为语音提示，结合单片机系统实现超声波测距语音报警的功能。
文中对超声波测距原理、硬件电路结构和单片机软件系统等进行了论述，还对系统性能进行了可行性分析。
本系统具有成本低，可靠性强，较好便携性，安装使用方便等优点，具有人机交互等智能化功能，为广大盲人朋友提供了一种新型的避障辅助器材，具有一定的市场推广空间。
关键词：HY-SRF05超声波模块、ISD4004语音模块、单片机系统、智能避障目录摘要 (I)1. 引言 (1)2. 超声波测距基本原理 (1)3. 系统硬件设计 (2)3.1 系统要求 (2)3.2 系统结构 (2)3.3 主要器件资料 (3)3.4 硬件电路 (8)4.单片机程序设计 (9)4.1程序及算法分析 (9)4.2程序流程图 (11)4.3程序代码 (12)5.Proteus仿真 (18)6.系统调试 (20)6.1实验测试 (20)6.2实验数据 (20)6.3误差分析与改进 (21)7.市场前景与开发价值 (22)8.参考文献 (22)盲人智能避障系统1.引言对于正常人来说，也许避开前方的障碍物是很自然的，但是对于盲人来说,这就不是一件容易的事情了。
本作品设计了一种帮助盲人躲避障碍物的系统，让盲人的生活变得更加轻松。
2.超声波测距基本原理超声波是指频率高于20khz的机械波。
为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。
超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。
超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。
本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。
它有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。
在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。
超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。
超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。
本设计采用往返时间检测法测距。
其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。
测试传输时间可以得出距离。
假定s(m)为被测物体到测距探头之间的距离，测得的时间为t （m/s ），超声波传播速度为(m/s)表示，则有关系式2.1。
2/vt s = (2.1)在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式2.2对超声波传播速度加以修正，以减小误差。
本设计不进行温度校正，取v=344m/s （C ︒20）。
T v v o 607.0+= （2.2）式中o v ——0C ︒下超声波在介质中的传播速度 T ——实际温度，单位：C ︒ 3. 系统硬件设计 3.1 系统要求利用单片机、超声波测距模块、Proteus 和Keil C51工具设计出距离测量系统，测量结果精确到1cm ，制作实物并进行测试。
3.2 系统结构本系统由HY-SRF05超声波模块、ISD4004语音模块，显示模块和单片机等构成，整个系统由51单片机控制。
HY-SRF05超声波模块包含超声波发射电路、超声波接收电路，可通过单片机给其发送启动信号，HY-SRF05超声波模块接受到启动信号发送超声波，最后将测量信号返回给单片机。
单片机对测量信号进行处理，通过显示模块显示测量结果，并且一旦测量值小于设定值，语音芯片将播放事先录制好的预警声音信号。
显示模块由3位LED 共阴数码管及相关电路组成，显示模块主要用于系统调试，调试完成后可将其去掉。
系统结构框图如图3.1所示。
晶振电路显示模块复位电路AT89C51HY-SRF05超声波模块语音模块图3.1系统结构3.3主要器件资料3.3.1HY-SRF05超声波模块HY-SRF05超声波测距模块可提供2cm~450cm的非接触式距离感测功能，测距精度可高达3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
实物及引脚说明如图3.2和图3.3所示。
有的模块并没有OUT口，本设计也没用到。
图3.2 超声波侧面图3.3超声波正面基本工作原理：（1）采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平；（2）模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回；（3）有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间（10us~18ms），如果没有检测到反向则输出36ms的高电平。
工作时序如图3.4所示。
图3.4 工作时序3.3.2显示模块主要用于试验阶段的数据显示和分析。
显示模块由3位一体的LED数码管、74HC373锁存器和S8550三极管驱动电路构成。
数码管结构如图3.5所示。
图3.5显示模块74HC373锁存器可以让数码管显示更稳定。
外部封装如图3.6所示，内部逻辑如图3.7所示，引脚说明见表3.1，真值表见表3.2。
图3.6 74HC373外部封装图3.7 内部逻辑表3.1 引脚说明引脚名说明D0 ~ D7 数据输入端Q0 ~ Q7 数据输出端OE三态允许控制端，低电平有效LE 锁存允许端，高电平有效VCC 电源，5VGND 接地表3.2真值表OE OE Dn QnL H H HL H L LL L X Q0H X X Z H：高电平L：低电平Q0：输入端准备状态条件建立前已确定的Q端(输出端)电平Z：高阻态驱动电路可以防止单片机IO口驱动能力不足。
3.3.3单片机本设计采用的是宏晶公司生产的采用DIP40封装形式的STC516RD+芯片，属于51系列的单片机，具有8位数据宽度的CPU，能处理8位二进制数据或代码，32K Bytes Flash ROM，512Bytes 片内RAM。
晶振频率高达24M。
如图3.8所示。
图3.8 单片机引脚图3.3.4ISD4004语音芯片ISD4004系列工作电压3V，单片机录放时间8至16分钟，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。
芯片采用CMOS 技术，内含振荡器，防混淆滤波器，平滑滤波器，音频放大器，自动静噪及高密度多电平闪烁存储阵列。
芯片设计是基于所有操作的必须由微控制器控制，操作命令可通过串口通信协议（SPI或Microwire）送入，芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内的闪存中，因此可以十分真实自然地再现音乐、语音和效果音，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。
采样频率可为4.0HZ，5.3HZ，6.4HZ，8.0HZ，频率越低，录放音时间越长，而音质则有所下降，片内信息存于闪烁存储器中，可在断电的情况下保存100年，反复录音10万次。
3.4硬件电路图3.9 硬件电路由于Proteus中没有3位数码管器件，暂且用4位数码管代替。
PWRIN1是5V电源接口，HY-SRF05是超声超声波模块接口。
器件清单如表3.3。
表3.3 器件清单4.单片机软件系统设计4.1算法分析整个单片机程序分为主函数、超声波时间测量、距离计算和数码管显示4个部分。
主函数用来初始化系统和整体控制，其中包括给超声波测距模块发送启动测量信号。
超声波时间测量模块获取所测时间，然后距离计算模块利用获得的所测时间计算出距离，最后显示模块显示测量距离。
超声波时间测量模块是通过查询的方式来检测ECHO引脚的电平变化的，通过定时器T0来测量时间。
显示模块通过定时器中断的方式实现数码管的扫描显示。
测量过程的原理如图4.1所示。
初始化时将T0的寄存器TH0和TL0清零，使用12MHz晶振时，则所测时间可通过式4.1.1算得。
TL0+256*TH0=time （4.1.1）式中time ——所测时间，单位：us由之前的式2.1，取v=344m/s ，可得所测距离为：)(10*10**172s 26cm time -= （4.1.2）化简得：)(1.58/s cm time = （4.1.3）如果采用11.0592MHz 的晶振，由于定时计数器计1个数的时间约为1.085us ，因此距离不能通过式4.1.3计算，不然会有较大的误差，这时可通过式4.1.计算。
本设计的实物制作时使用的是11.0592MHz 的晶振。
其他晶振频率也可通过类似计算得到。
本设计的测量精度为1cm 。
)(6.53/s cm time = （4.1.4）图4.1测量原理图4.3.1超声波子程序oid ceju(){i=0;flag=0;Tx=0; //首先拉低脉冲输入引脚TMOD=0x10; //定时器0，定时器1，16位工作方式IT0=0; //由高电平变低电平，触发外部中断EX0=0; //关闭外部中断EA=1;while(shuju==0){uint distance_data;ET1=0;Tx=1;delay_20us();Tx=0; //产生一个20us的脉冲，在Tx引脚while(Rx==0); //等待Rx回波引脚变高电平succeed_flag=0; //清测量成功标志EX0=1; //打开外部中断TH1=0; //定时器1清零TL1=0; //定时器1清零TF1=0; //TR1=1; //启动定时器1ET1=1;while(TH1 <30);//等待测量的结果，周期65.535毫秒（可用中断实现）TR1=0; //关闭定时器1EX0=0; //关闭外部中断if(succeed_flag==1){distance_data=outcomeH; //测量结果的高8位distance_data<<=8; //放入16位的高8位distance_data=distance_data|outcomeL;//与低8位合并成为16位结果数据distance_data*=12; //因为定时器默认为12分频distance_data/=580; //微秒的单位除以58等于厘米}// X秒=（2*Y米）/344 ==》X秒=0.0058*Y米==》厘米=微秒/58if(succeed_flag==0){distance_data=0; //没有回波则清零}distance[i]=distance_data; //将测量结果的数据放入缓冲区i++;if(i==3){uint a,b;uchar CONT_1;distance_data=(distance[0]+distance[1]+distance[2]+dista nce[3])/4;pai_xu();distance_data=distance[1];a=distance_data;if(b==a) CONT_1=0;if(b!=a) CONT_1++;if(CONT_1>=3){CONT_1=0;b=a;shuju=a;conversion(b);}i=0;}}}4.3.2录音子程序void setkey_treat(void){set_key=1;//置IO口为1，准备读入数据DelayUs(1);if(set_key==0){DelayMs(5); //延5ms去抖if(set_key==0){if(flag3==0)//录音键和放音键互锁，录音好后，禁止再次录音。