據(jù)相關(guān)報道，全世界有3000多萬視覺障礙者，中國有800多萬，他們行走時通?？恳桓终忍铰?。每走一步路只能探測地面上有限幾個點，不僅路面情況探不清楚，而且走得也很慢。另外，手杖只能探測到地面情況，卻難以避免上身碰撞障礙物的危險。
??? 國外已經(jīng)開發(fā)出多種協(xié)助盲人走路的電子導(dǎo)盲器。這些電子導(dǎo)盲器大多引入了電子計算機進行信號處理，有些甚至用到了GPS全球定位系統(tǒng)及建立無線電基站等方法。但這些方法實現(xiàn)起來價格昂貴，不適用于普通消費者。
　　本文介紹適合盲人（或盲聾人）使用的輕便型導(dǎo)行儀，探測地面障礙物的電路板安裝在手杖內(nèi)，其超聲波傳感器裝在手杖下端，采集到的信號以無線方式發(fā)到腰掛式主機；探測上半身的超聲波傳感器可方便地裝在上衣口袋、衣領(lǐng)口、帽子或眼鏡上等，接收到的信號以有線方式傳到腰掛式主機處理。手杖信號和上半身探測到的信號最后生成報警信號，以耳機形式傳送語音，同時可選用震動形式(適用于視覺、聽覺都有障礙的人士)傳送報警信息。上半身的裝置也可單機使用。
1 測量原理
1.1 超聲波測距原理
　　超聲波是頻率高于20kHz的聲波。其特征是：能量集中，波長短，近似直線傳播。超聲波在空氣中的傳播速度v為340米/秒，當(dāng)其傳播過程中遇到物體的阻擋時，便會被物體反射。通過對發(fā)出的超聲波計時，得到超聲波被反射回來與發(fā)出去的時間差△t，用公式（1）便可計算出物體距超聲波發(fā)出點的距離S。
　　S＝V·△t/2????????????????? (1)
1.2 系統(tǒng)原理
　　如圖1所示，單片機產(chǎn)生40kHz方波，通過超聲波反射探頭（圖1中T）產(chǎn)生一段一段的超聲波，同時單片機計時器開始計時。超聲波在空氣中傳播遇到障礙物，被反射后由超聲波接收探頭（圖1中R）接收回波，經(jīng)放大電路放大及檢波電路檢波產(chǎn)生中斷，單片機計時器停止計時。單片機對數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)超聲波測距原理,可計算出障礙物的距離S，再根據(jù)需要把距離劃分為1米、1.5米、2米不同的報警等級。單片機根據(jù)物體的方位及報警等級發(fā)出六種不同的語音報警信號，并可根據(jù)需要發(fā)出三種振動報警信號。

2 硬件組成
　　硬件主要由五部分組成：主控電路" title="主控電路">主控電路和上部超聲波探測模塊、探杖超聲波探測模塊、語音報警模塊" title="報警模塊">報警模塊、無線傳輸" title="無線傳輸">無線傳輸模塊、振動報警模塊。硬件組成框圖如圖2。

2.1 主控電路和上部超聲波探測模塊
　　主控電路是系統(tǒng)的主模塊，上部超聲波探測模塊以有線方式與主控電路通信。它包括放大檢波電路、信號發(fā)生電路、語音模塊接口和無線模塊接口等。無線模塊接口用于與探杖超聲波探測模塊檢測到的信號單工通信。
　　本裝置采用的CPU是ATMEL公司的可編程" title="可編程">可編程AT89S52。AT89S52是一種低功耗、高性能的CMOS 8位微型計算機，能與MCS－51產(chǎn)品兼容，有8KB的可改寫Flash內(nèi)部ROM，256B的內(nèi)部RAM，32根可編程I/O，3個16位定時、計數(shù)器，8個中斷源和可編程串口、看門狗。與同類MCS－51產(chǎn)品相比，AT89S52價格便宜，且有在線編程功能（ISP）。
　　AT89S52的時鐘電路可以由兩種方式產(chǎn)生，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)的振蕩電路;另一種為外部方式。外接12MHz晶振以及C1、C2(均為30pF)構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。
　　本報警器采用按鍵電平復(fù)位。
　　超聲波的工作頻率為40kHz，由單片機的定時計數(shù)器定時產(chǎn)生，通過P2.7輸出。由于電壓和電流都很微弱，因此，采用三級管將電流放大， 1：2的變壓器將電壓放大。超聲波衰減非常快，接收到的回波比較弱，只有幾毫伏。通過測量得到超聲波衰減特性如表1。 采用兩級放大，將信號放大幾百倍，最后通過電容耦合LM567檢波。

　　放大電路采用OP-07放大。OP-07是低偏移電壓、低噪聲、低時間、溫度漂移的精確放大電路。
　　檢波電路采用LM567芯片。LM567是一種通用的語音解碼芯片，可以通過外圍電路決定選頻的帶寬。
　　新頻率和帶寬分別通過公式（2）和公式（3）計算得到。
　　
2.2 探杖超聲波探測模塊
　　探杖超聲波探測模塊與上部超聲波探測模塊類同，但可省去語音報警模塊接口，CPU選用AT89C2051。它有2KB的可改寫Flash內(nèi)部程序儲存器，可寫/擦1000次。128B的內(nèi)部RAM，15根可編程I/O，2個16位定時、計數(shù)器，6個中斷源。具有體積小、價格低等特點。
2.3 語音報警模塊
　　語音報警模塊采用美國ISD公司的2560芯片，錄放時間可達60秒。ISD2500系列具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便等優(yōu)點。它的最大特點在于片內(nèi)E2PROM容量為480KB，錄放時間長；有10個地址輸入端，尋址能力可達1024位；最多能分600段；設(shè)有OVF（溢出）端。
　　語音報警電路框圖見圖3。

2.4 無線傳輸模塊
　　無線傳輸模塊采用PT2272－PT2262 編解碼芯片，發(fā)射模塊和接收模塊與單片機串口相連，主機和從機通過無線傳輸模塊進行串口通信。自編通信協(xié)議，通信準(zhǔn)確。
2.5 震動報警模塊
　　震動報警模塊由三極管8050驅(qū)動一個帶有偏心輪的微型電機實現(xiàn)。通過控制三極管基極的電平控制電機的開關(guān)，輸入不同頻率的電平可以達到不同的震動效果。震動報警電路見圖4。

3 軟件設(shè)計
3.1 主程序
　　主程序分為主機主程序和從機主程序。主機主程序流程圖如圖5。

　　主機(主控電路和上部探測模塊）與從機（探杖探測模塊）的通信通過無編碼無線傳輸模塊單工通信實現(xiàn)。從機探測發(fā)現(xiàn)物體后進行測距，劃分報警等級，然后將報警等級從串口發(fā)給發(fā)射模塊發(fā)射；主機通過接收模塊接收數(shù)據(jù)。通信協(xié)議在每一次發(fā)送數(shù)據(jù)前加上驗證碼（不同產(chǎn)品驗證碼不同，如驗證碼0x55），當(dāng)接收模塊收到驗證碼時，將對驗證碼數(shù)據(jù)進行處理。
3.2 測距子程序
　　單片機每過一段時間發(fā)送一段超聲波，然后等待是否有反射超聲波。如果有則進入中斷，否則繼續(xù)發(fā)送，流程如圖6、圖7。