基于单片机的红外检测盲人避障系统设计

论文总字数：13093字

摘 要

据统计，我国视觉障碍者的人口数量不断增加，他们出行的安全性和便利性也引起了社会的高度重视。因此，本文设计了一款成本较低，容易携带的盲人避障系统。该系统从硬件电路和软件电路两方面进行设计。硬件部分主要完成了单片机的选型，红外避障传感器模块、光敏电阻传感器模块、报警电路模块、LED灯电路模块以及电源电路模块的设计。软件部分采用C语言，完成了主程序流程图的设计，并且分别详细介绍了光线测试和距离测试的程序。最后焊接完成实物图，并在实验环境下完成了光线测试和距离测试。

光线较暗时，LED灯电路工作；距离较近时，蜂鸣器开始报警。

关键词：单片机，红外传感器，避障系统

Abstract：According to statistics, the number of people with visual impairment in China is increasing, and the safety and convenience of their travel has also aroused the great attention of the society. Therefore, this paper designs a low cost, easy to carry blind obstacle avoidance system. The system is designed from two aspects of hardware circuit and software circuit. The hardware part mainly completes the selection of single chip microcomputer, infrared obstacle sensor module, photosensitive resistor sensor module, Alarm circuit module, LED lamp circuit module and power circuit module design. The software part uses C language, completes the design of main program flow chart, and introduces the program of light test and distance test in detail respectively. Finally, the physical diagram is completed by welding, and the light test and distance test are completed in the experimental environment. When the light is dark, the LED lamp circuit works; When the distance is closer, the buzzer begins to alarm.

Keywords： single-chip microcomputer, infrared sensor, obstacle avoidance system

目 录

1 绪论 4

1.1 课题研究背景及意义 4

1.2 研究现状 4

1.3 本文的结构安排 5

2 系统总体设计 5

2.1 系统总体结构 5

2.2 工作原理 6

2.3 系统功能要求 7

2.4 系统创新点 7

3 系统硬件设计 7

3.1 系统硬件电路设计设计 7

3.2 STC89C52单片机核心系统电路设计 9

3.3 传感器模块电路设计 10

3.3.1 E18-D80NK红外避障传感器模块电路设计 10

3.3.2 GMDZ光敏电阻传感器模块电路设计 12

3.4 警示电路 13

3.4.1 高亮灯照明电路（低电平有效）设计 13

3.4.2 蜂鸣器报警电路（低电平有效）设计 14

3.5 5V电源电路设计 15

4 系统软件设计 15

4.1 系统工作流程 15

4.2 光线检测程序设计 16

4.3距离检测程序设计 17

5 系统测试 18

5.1 距离测试 18

5.2 灯光测试 19

结 论 20

参 考 文 献 21

致 谢 22

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

人类与外界交换信息的方式有很多种，比如：可以通过眼睛、耳朵、鼻子等方式，其中有80%以上交换信息是通过眼睛进行的。所以，视觉受损会给人类的日常生活带来极大的不便。而盲人出行的问题更是首要解决的问题。

之前在网上看到一篇帖子“北京盲道，为何成为盲人寻死之道”，这篇帖子指出一个严重的社会现象，盲道都被车辆占据，成了“断头盲道”。设计盲道的本意是为了可以解决盲人出行的问题，但是现在不仅没有解决盲人出行的安全问题，反而在一定程度上给盲人带来了威胁，因此盲道并不能解决盲人出行的问题。

导盲犬是比较完善的传统盲人辅助手段，在一定程度上导盲犬就是盲人的“眼睛”，但是也存在着一定的问题。首先，由于导盲犬需要经过长时间的专业训练，导致其成本费用较高。其次，在日常生活中，盲人携带导盲犬出门还是存在着很多的困难，不被其他人理解，还会面临许多尴尬的问题。导盲犬对盲人的重要性不需要再做过多的解释，但是在很多时候，许多公共场合还是不会接纳导盲犬的。

由于生理上的缺陷，盲人无法像常人一样正常生活和工作，在生活、工作方面有很多不便。其中，如何出行的安全问题应该要得到社会的重视。本文设计了一种简单实用的装置，可将此装置放置在拐杖上，当前方有障碍物的时候，报警系统就会提醒盲人前方有障碍物。该装置不仅实用便携，还可以让盲人在行走过程中，减少受到的伤害，在一定程度上很有实用价值。

1.2 研究现状

科技不断进步，人们的生活质量也得到了改善，盲人的日常生活也引起了社会的高度重视。虽然现在市场上有各种各样的电子避障系统，但是或多或少都存在着一定的问题，还不够完善，所以各国学者从未停止过关于电子避障系统的研究，希望能给盲人的生活带来更多的安全保障和便利性。

在国外，新西兰的莱斯里.凯博士研发出了双声道声波导盲仪，他的灵感来源于蝙蝠和海豚，利用了它们体内声波系统探测物体的原理。Shraga Shoval和Johann Borenstein共同发明了一种新的导盲仪，它的名字是NavBelt，它是由耳机、计算机和传感器构成的，传感器用来采集信息，采集到的信息送至计算机处理，然后由耳机反馈给盲人。因为这种导盲仪的体积比较大，不方便带着出门。所以为了进一步改善导盲系统，Johann Borenstein和Iwan Ulrich一起设计了Guidecane系统，传感器检测到的信号，经过计算机处理之后，相应的指令传送给手杖，手杖底下的轮子就会选择一个合适的方向移动，盲人也会跟着随之移动。这款系统克服了NavBelt系统不方便携带的缺点，提高了电子导盲系统的实用性。

在我们国家，2006年暨南大学的陈美銮、尹浩等同学设计一款轻便型的导盲仪。这个设计的传感器分别位于肩膀、眼镜和帽子上，传感器采集到的信息送至主控机处理，然后再由耳机反馈给盲人。同一年，北京交通大学的张海涛设计了一款导盲机器人，这款机器人可以引导盲人避开障碍物，但是也存在着一定的缺点，容易有导航的死区。2013年，房东东设计了一款电子导盲系统，该系统利用双目摄像头结构来确定障碍物的位置，然后用语音报警来提示盲人障碍物的位置信息，以确保安全^[6]。

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