[精品论文]基于超声波测距和 PSD 红外测距的智能语.doc
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1、精品论文基于超声波测距和 PSD 红外测距的智能语音导盲器韦中超,廖浚宏,张准,戴峭峰,吕冠华,梁瑞生5(华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室)摘要:本文设计了一种以超声波测距和 PSD 红外测距为核心的智能语音导盲器。利用STC12C5A60S2 单片机循环采样,ISD1700 语音芯片作语音提示,实现导盲提示的功能。整 个导盲装置将放置与使用者头部,其中,超声波探测器探测方向可随使用者头部指向变化而 变化,探测距离为 5 米,精确到百分位,通过耳机向使用者报数,实现方向与距离的精确指10示。 关键词:超声波测距;红外测距;三角测量原理;语音提示 中图分类号:TN219 A s
2、mart phonic blind guider based on ultrasonic and PSD15infrared distance rangingWEI Zhongchao, LIAO Junhong, ZHANG Zhun, DAI Qiaofeng, LV Guanghua, LIANG Ruisheng(Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Devices, South China Normal University)Abstract: We design a smart blind guider which
3、consists of ultrasonic distancranging sensor and PSD20infrared distancranging sensor. In order to carry out the function of intelligent prompt, MCU STC12C5A60S2 and sound chip ISD1700 are used in the device. The device can be placed on users head. The direction, which the device points, is in line w
4、ith the movement of the users head automatically. Then the result in the form of verbal signal will be sent to users headphone to realize100% accurate acquisition of direction and range within 5 meters.25Key words: Ultrasonic range;Infrared range; principle of trigonometry;Voice Prompt0引言我国是世界上盲人最多的
5、国家,约有 900 万视力残疾者,占全世界的盲人总数的 1/5 左右,每年会新增盲人 45 万,即约每分钟增加一人。完全失明的盲人,在行动引导方面遇30到了很大的困难。传统的手杖无法及时地告知盲人前方障碍物的具体位置。因此,一种廉价 实用的智能导盲器的意义重大1-4。本文设计了一种以超声波测距和 PSD 红外测距为核心的 智能语音导盲器。利用 STC12C5A60S2 单片机循环采样,ISD1700 语音芯片作语音提示,实 现导盲提示的功能。本设计着重于解决使用者对前方障碍物的感知,因此本设计的超声波探 测器探测方向,随使用者头部指向变化而变化,与使用者头部指向完全一致,且探测距离为355 米
6、。通过耳机向使用者报数,精确到百分位,实现方向与距离的精确指示。基金项目:国家自然科学基金(61275059)、教育部博士点基金(20094407120011)和广州市科普项目(2010KP043) 作者简介:韦中超,男,副教授,主要研究方向:光子晶体,超分辨成像 通信联系人:梁瑞生,男,教授,主要研究方向:信息光学. E-mail: - 8 -1系统结构如图 1 本设计由探测,处理,提示三大部分组成。其中探测模块由中央探测和侧翼探测 两个部分组成,探测模块所输出的信号发送给 STC12C5A60S2 单片机,通过 AD 转换、判别并40通过语音芯片和震动器作距离提示。中央探测模块振动提示电路
7、信号处理模块45侧翼探测模块语音提示电路图 1 系统设计框图Fig.1 System design2主动对射式红外探测开关50本设计中央探测模块使用超声波探测,其测距原理为超声波装置发射超声波并接受反射d = v0t回波,通过两者时间差 t,利用公式2 计算距离,d 为超声波发射装置与障碍物的距t离;V0 为声波在介质中传播的速率(v0 = 331.45 1 +273.15 m/s,t 为摄氏温度)。探测范围可达 4cm-500cm,探测角约为 30 度(如图 3),分辨率达 1cm,误差少于 1%,探测距离以 数字量的形式通过 TTL 模式和单片机通信,因此完全可以满足探测精度。探测范围如图
8、:55图 2 超声波探测范围示意图Fig.2 The scope of the ultrasonic observation本设计侧翼探测模块使用红外测距传感器探测。该探测器采用三角测量原理(如图 12),60可以测得装置到障碍物的距离(20-150cm),探测角 15 度(如图 3),距离以模拟量输出, 经单片机 AD 转换后,根据需要设置多重范围报警。本设计的 3 个探测器将分别负责三个方 向的探测,角度设置如下图:图 3 探测器夹角设置图65Fig.3 Settlement of the sensors angle中间的探测器指向正前方,左右两边的探测器中线各与中线成 90 度角,这样就
9、可以组成一个可以探测前半球 180 度的模组。 红外测距传感器三角测量原理5-6:激光三角法测距的基本原理是基于平面三角几何7-8。其方法是让一束激光经发射透镜70准直后照射到被测物体表面上, 由物体表面散射的光线通过接收透镜会聚到高分辨率的光 电检测器件上, 形成一个散射光斑, 该散射光斑的中心位置由传感器与被测物体表面之间的 距离决定。而光电检测器件输出的电信号与光斑的中心位置有关。因此, 通过对光电检测器 件输出的电信号进行运算处理就可获得传感器与被测物体表面之间的距离信息。为了达到精 确的聚焦, 发射光束和光电检测器件受光面以及接收透镜平面必须相交于一点 。75红外发射器按照一定的角度
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