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智能导盲拐杖的设计毕业论文YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education 毕业论文专业：班级学号：学生姓名：指导教师：二〇一三年六月天津职业技术师范大学本科生毕业设计基于单片机电子导盲拐杖设计Electron blind-guide crutch design based on MCU 专业班级：学生姓名指导教师：学院：电子工程学院2013年06月摘要随着社会的发展，在社会生活中应用超声波测距技术已很广泛，如汽车倒车雷达、测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声测距技术的研究和开发具有实际意义。
本设计研究为盲人提供行走时，遇到前方障碍物提前躲避的预警系统。
以AT89S52作为核心处理器，采用超声波回波时间差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。
该系统是基于AT89S52单片机的超声波测距系统,它根据超声波在空气中传播的反射原理,以超声波传感器为检测部件, 应用超声波在空气中传播的时间差来测量距离。
夜晚时利用光敏传感器控制警示灯开关，警示来往车辆避让。
另有时间播报功能。
主要由测距系统（包括超声波发射模块、超声波接收模块）和语音报警系统，时间播报系统，警示灯控制系统，稳压电源，五个主要模块构成。
该设计利用AT89S52单片机系统的I/O口，控制超声波传感器发出40KHz的超声波，利用反射回来的超声波信号，经过放大、整形、滤波等电路回到单片机，比较调试后确定与障碍物之间的距离，完成测距。
该装置将单片机的实时控制及数据处理功能，与超声波的测距技术、传感器技术相结合。
语音系统发出警示音，提醒使用者前方障碍物需躲避。
使盲人在看不见的情况下，能够识别前方的障碍物正常的行走，从而起到保护盲人安全的作用。
第十三届“挑战杯”·青岛银行山东省大学生课外学术科技作品报告类别：□自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文□科技发明制作A类□√科技发明制作B类报送方式：□√校级报送作品□发起高校直送作品作品名称：基于物联网的助残鼠标设计二零一三年五月四日目录目录 (3)摘要 (I)ABSTRACT ................................................................................................................................... I I1 国内外研究现状 (1)2 研究目的和基本思路 (1)2.1研究目的 (1)2.2基本思路 (2)3 作品的创新点 (2)3.1丰富残疾人的日常生活 (2)3.2保障残疾人的基本生活 (3)3.3性价比高 (4)4 关键技术和主要技术指标 (4)4.1关键技术 (4)4.2主要技术指标 (4)5 作品的先进性和科学性 (5)5.1作品的先进性 (5)5.2作品的科学性 (5)6 作品设计 (6)6.1整体设计 (6)6.2硬件设计 (7)6.2.1 MC9S12XS128单片机系统设计 (7)6.2.2角度传感器电路设计 (8)6.2.3鼠标驱动模块电路设计 (9)6.2.4电源模块电路设计 (10)6.3软件设计 (11)6.3.1程序流程框图 (11)6.3.2鼠标功能集成工具 (12)6.3.3物联网通信软件设计 (12)7 调试与功能测试 (14)7.1角度传感器的安装与布局 (14)7.2鼠标按键的安装与布局 (14)7.3软件在线调试 (15)7.4实际运行调试 (15)7.5调试结果与改进 (15)8 适用范围和前景预测 (16)9 市场分析和经济效益预测 (16)参考文献 (18)致谢 (19)附录 (20)摘要随着互联网的飞速发展，电脑走进了千家万户，因为电脑的存在我们足不出户就可以了解外界的信息或进行网购等系列交易活动，而对那些失去双手的残疾人来说使用电脑是那么的可望而不可及，为了解决失去双手的残疾人使用电脑难的问题，我们设计并制作了助残鼠标。
基于双目视觉的障碍物识别研究论文摘要：双目视觉技术是一种广泛应用于机器人视觉系统中的重要技术。
它通过模仿人类双眼的观察方式，利用两个相机在不同位置获取的图像信息来获取三维信息。
障碍物识别是机器人导航和避障的重要问题之一。
本文基于双目视觉技术，提出了一种用于障碍物识别的方法，并在实验中进行了验证。
关键词：双目视觉；障碍物识别；机器人导航；避障；三维信息引言：在机器人导航和避障的应用中，障碍物识别是一项重要的任务。
传统的障碍物识别方法主要基于单目视觉，但由于单目视觉只能提供二维信息，对于复杂环境中的障碍物检测效果不佳。
相比之下，双目视觉技术通过获取两个相机在不同位置的图像信息，可以获取更多的深度信息，从而提高障碍物识别的准确性和鲁棒性。
方法：本文提出的障碍物识别方法主要包括以下几个步骤：1. 图像获取：利用两个相机同时获取左右两个不同位置的图像。
2. 视差计算：通过计算两幅图像之间的视差，可以得到障碍物的深度信息。
3. 特征提取：利用计算得到的视差图像，提取障碍物的特征信息，如形状、颜色等。
4. 分类器训练：使用机器学习算法，对提取的特征进行训练，建立障碍物分类器。
5. 障碍物识别：利用训练好的分类器，对新的图像进行识别，判断是否存在障碍物。
实验结果：在实验中，我们使用了一个基于双目视觉的机器人平台，并验证了所提出方法的有效性。
实验结果表明，相比于传统的单目视觉方法，基于双目视觉的障碍物识别方法能够更准确地检测到障碍物，并且对复杂环境下的遮挡和光照变化具有较好的鲁棒性。
结论：本文基于双目视觉技术提出了一种用于障碍物识别的方法，并在实验中验证了其有效性。
实验结果表明，该方法能够在机器人导航和避障任务中有效地识别障碍物，具有较好的准确性和鲁棒性。
未来的研究可以进一步探索如何结合其他传感器信息，提高障碍物识别的性能。
引言：随着机器人技术的快速发展和广泛应用，障碍物识别在机器人导航和避障中的重要性日益凸显。
编码：甲4B02502B第十一届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称：卧室迷你智能窗户学校全称：个人申报者姓名（集体名称）：指导老师姓名：类别：□自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文□科技制作小发明创造摘要:智能家居又称智慧家居/智能住宅，在国外常用Smart Home表示。
自从美国康乃迪克州哈特佛市出现了首栋的“智能型建筑”后，全世界的人们开始争相致力于研究智能家居相关产品。
而智能窗户作为智能家居的其中一种产品模型，也在不断的被创新与改造。
智能窗户采用人工控制与智能控制相结合，利用综合布线、网络通信、安全防范、自动控制、新材料应用等技术，融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的创新型产品。
本系统用到了单片机、光照传感器、温度传感器等各类检测传感器、新型复合材料和数模转化器等重要设备，以达到对智能窗户的自动控制。
该系统通过各类传感器采集测量信息，采用中值滤波算法实现测量信息的有效处理，经过数模转换器把模拟信号转化为数字信号，输入到单片机中，并与控制信息进行比对，输出转机转动信息，以此控制窗口状态，实现智能监测与调节的功能。
考虑到人们的临时特殊需求，此次设计使用模式互换功能来屏蔽智能控制信息，响应用户的临时设臵信息，以满足用户的特殊需要。
本项目创新之处是使用多传感器采集测量信息，采用非线性中值滤波算法分析测量数据，数据更加的合理精确,使用模式互换功能能够自动调节窗户颜色以及。
智能窗户的设计还融入了绿色生活的概念，通过太阳能板将太阳能转化为电能，为智能窗的电路提供必需的电源，减少了人工电能的消耗。
综合考虑温度、通风、照明等情况，智能窗设计为两层，上层为单扇，下层分多扇，更大程度的保证室内的通风、采光和温度等需要。
可拆卸式植物花盆的特有设计和节能小夜灯的装载，不仅改善了生活环境，而且省去了很多不必要的麻烦，为卧室主人提供一个良好的居住和睡眠环境。
承诺书我们仔细阅读了《全国大学生数学建模竞赛章程》和《全国大学生数学建模竞赛参赛规则》（以下简称为“竞赛章程和参赛规则”，可从全国大学生数学建模竞赛网站下载）。
我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。
我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛章程和参赛规则的，如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。
我们郑重承诺，严格遵守竞赛章程和参赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。
如有违反竞赛章程和参赛规则的行为，我们将受到严肃处理。
我们授权全国大学生数学建模竞赛组委会，可将我们的论文以任何形式进行公开展示（包括进行网上公示，在书籍、期刊和其他媒体进行正式或非正式发表等）。
我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： D ______________ 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：____________ 2418 ______________ 所属学校（请填写完整的全名）：_________________________________________参赛队员（打印并签名）：1. ________________________________________2 _____________________________________________3. _______________________________________指导教师或指导教师组负责人（打印并签名）：___________________________ （论文纸质版与电子版中的以上信息必须一致，只是电子版中无需签名。
以上内容请仔细核对，提交后将不再允许做任何修改。
如填写错误，论文可能被取消评奖资格。
）日期：_____ 年8月25_日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：编号专用页赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）：全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：机器人避障问题模型摘要本文主要论述的是在一定区域里，在12种障碍物的情况下，机器人通过直线行走和圆弧转弯，绕过障碍物，至V达各目标点的最短路径距离，以及到达A点最短时间的问题。
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。
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。
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。
毕业设计论文基于单片机的盲人避障器毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
盲⼈智能导航避障眼镜-最新⽂档资料盲⼈智能导航避障眼镜据第⼆次全国残疾⼈抽样调查数据推算，中国⽬前视⼒残疾⼈数约为1233万⼈。
每年约有45万⼈失明，这意味着⼏乎每分钟就会出现⼀例新的盲⼈。
如果任由这个速度发展⽽不采取更加积极有效的措施，到2020年，预计盲⼈数量将达到2000万⼈，盲就会成为⼀个严重的社会问题。
由于视⼒低下或缺失，从⽽造成盲⼈在⽣活和⼯作上更多的困难。
本⽂是基于盲⼈活动困难⽽提出的，通过“盲⼈智能导航避障眼镜”的应⽤使盲⼈彻底丢掉导盲⼿杖，解放双⼿，从⽽提⾼了他们的⼯作和⽣活效率。
⼀、盲⼈智能导航避障眼镜⼯作原理及总体设计（⼀）⼯作原理智能眼镜采⽤超声距离传感器和光学传感器融合来模拟⼈眼的距离和光学探测功能。
障碍检测系统和图像识别系?y对前⽅环境进⾏检测，将检测信息传送到主控芯⽚进⾏算法处理，如果发现前⽅有障碍，语⾳系统发出提⽰信息。
盲⼈如果想知道当前所在的位置信息，只需向语⾳识别系统发出声⾳信息，然后语⾳系统将GPS、电⼦罗盘采集到的位置信息播报给盲⼈。
盲⼈的信息也会通过GPRS传输到监护⼈的⼿机或电脑终端，监护⼈可以随时随地获得盲⼈的信息并能远程协助盲⼈。
除此之外设备还有语⾳报时，天⽓预报，温湿度和空⽓质量检测等⼈性化功能，⼯作原理如图1。
（⼆）总体设计盲⼈智能导航避障眼镜为了实现为盲⼈引路、避障、定位、语⾳交互、远程协助等功能，并且⽅便盲⼈佩戴，必须具有独特的硬件和软件设计，因此我们需要结合需求为其设计合适的⽅案。
我们的⽅案是：⽤单⽚机做中央控制处理器，将外部超声波、摄像头、导航通信设备采集到的信息经过算法处理判断出准确的环境信息，并通过语⾳提⽰功能为盲⼈提供精准的引导，总体结构如图2。
⼆、系统硬件设计智能电⼦产品是属于⾃动控制的产品，⼀般由单⽚机来控制，加上外围功能模块。
我们的智能导航避障眼镜使⽤探测传感器采集当前的环境信息，传输给主控处理，经过数据处理判断出当前环境信息，然后通过语⾳反馈给使⽤者。
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 (1)1. 引言 (2)2. 超声波测距基本原理 (2)3. 系统硬件设计 (3)3.1 系统要求 (3)3.2 系统结构 (3)3.3 主要器件资料 (4)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 (23)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。
