新型光電智能導盲器

論文導讀：激光測距技術：激光測距技術與一般測距技術相比。單片機控制技術：單片機體積小。蜂鳴器語音輸出技術：蜂鳴器反應快。激光測距，新型光電智能導盲器。

關鍵詞：激光測距，單片機，蜂鳴器

1、研究內容

殘疾人是社會中最主要的弱勢羣體，他們要面對更多的困難和壓力。論文發表，激光測距。隨着2008年奧運會、殘奧會的成功舉辦，政府越來越關注弱勢羣體，給予盲人的關懷也越來越多，這也使助盲成為現在社會的一個熱點問題。

目前市場上已經出現一些導盲類產品，例如盲杖、導盲犬等，但是因為種種原因，這些產品並不能有效的幫助盲人導盲。比如，導盲犬由於訓練困難，價格昂貴，一直不能被推廣普及。可見，如何實現更好的導盲依然是一個亟待解決的問題。

由此，我們想要設計出一個“新型智能導盲器”，使之能夠有效作為盲人的導盲器材，克服傳統導盲器件價格較高，使用不方便，使用範圍有限等缺點。

而隨着時代的發展，光電技術特別是光電探測技術，光信息處理技術的應用已經遍及現代生活的各個領域。尤其是光機電一體化系統，模塊很小，工作性能很高。基於此，我們想設計出“光電智能導盲器”，以便快速，準確，實時的幫助盲人瞭解周圍的實際情況，更好的服務廣大盲人羣眾。

2、研究方案

為了實現準確、快速定位障礙物的目的，我們提出了 “光電智能手持導盲儀”。盲人通過使用此設備可以知道周圍物體的分佈情況，可以獲得一個周圍環境的大概的'距離遠近的輪廓圖。我們主要應用以下兩種技術：

一、激光測距技術：激光測距技術與一般測距技術相比，具有操作方便、系統簡單以及白天和夜晚都可以工作的優點。論文發表，激光測距。此外，與雷達測距、微波測距相比，激光測距具有良好的抗干擾性和較高的精度，以及更快的反應速度。

二、單片機控制技術：單片機體積小，重量輕，結構較為簡單，成本低廉，可以實現一般的控制功能。而且單片機比專用處理器更適合應用於嵌入式系統，因此它得到了廣泛的應用。現代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。

三、蜂鳴器語音輸出技術：蜂鳴器反應快，聲音變頻速度快，距離越近頻率越高，便於快速給盲人用户提示，同時蜂鳴器聲音也給周圍行人一定警告。

根據以上三種關鍵技術，我們提出的主要設計思路如下：

整個導盲儀通過激光測距模塊測距，蜂鳴器報警，起到導盲作用。

在導盲儀上，嵌入一個單片機控制模塊，作為整個裝置的核心。在單片機的旁邊固定一個蜂鳴器，蜂鳴器可以發出聲音。論文發表，激光測距。導盲儀前端安置一個激光探頭和一塊接收板。在導盲儀上則安裝一個開關，控制導盲儀的工作。

根據激光測距儀的原理，激光器發射頭髮出激光束，遇到障礙物後反射到達導盲儀前端的接收板，接收板上裝有光電探測器。障礙物表面漫反射的光信號經過光電探測器轉變為電信號，再經過濾波，放大，整合，A/D轉換，傳送給單片機。經過單片機分析處理後，根據激光往返時間算出的距離輸出不同的指令，如果在報警距離以內，單片機便會發出控制信號，即高電平到蜂鳴器，驅動蜂鳴器發出不同頻率的提示音，使盲人通過蜂鳴器的聲音提示躲避障礙物，方便盲人出行。

導盲儀通過盲人的手動掃描，給盲人提供不同方位的障礙物信息。

3、技術路線及可行性分析

本作品主要包括：激光測距技術，光電檢測技術，單片機控制技術，語音輸出技術。

技術路線主要從光電技術，控制技術，電路設計技術三方面分析。

光電技術：主要是激光測距技術和光電檢測技術。目前，激光測距技術已經十分成熟，獨立的激光測距儀已經十分普遍。仿照成型的激光測距儀，設計製作出我們需要的激光測距模塊。

針對我們的需要，我們採用短脈衝高頻率激光測距技術。脈衝式激光測距是基於對光波在本機與目標間渡越時間的計量來感知目標距離，屬於“時基法”測距，其優點是操作方便、系統設計簡單，滿足設計要求。

單片機下達測距指令後由激光器發出脈衝激光，經擴束準直的光學系統後通過指示與穩定系統導向穿越大氣層射向目標。光學系統一般是望遠光學系統，為的是減少出射光束的發散角，以提高光能面密度，增大工作距離，還可以減少背景和周圍非目標物的干擾。指示與穩定系統，帶有瞄準鏡和方向機構，用以對準盲人需要探測的方位，提供目標角方位信息。圖中的傳感器，可提供目標方位和俯仰角。激光束離開本機的同時，從發射光束中取出參考脈衝信號，參考信號通過光電探測器，變成電脈衝，這個電脈衝經濾光、放大、整形後送入單片機，通過單片機控制，啟動數字式測距計時器開始計時；到達目標的激光束有一部分被表面漫反射回到測距機；經接收物鏡和窄帶光學濾波器再次到達探測器，窄帶光學濾波器的主要作用是充分利用激光優良的單色性，提高系統的信噪比；光探測器再次將光信號轉換為電信號，然後將電信號送往放大器和匹配濾波器，這是因為從光電探測器出來的信號不足以推動電路工作。處理後的信號進入比較器進行比較；比較器的輸出信號驅動測距計時器計時停止，單片機接收距離信息。論文發表，激光測距。根據距離信息，單片機決定是否驅動蜂鳴器發出聲音。

單片機控制：單片機是整個裝置的控制核心，所有的控制功能通過寫入單片機程序來實現。論文發表，激光測距。單片機要能接收兩次電信號，根據激光測距的距離信息，進行分析判斷。論文發表，激光測距。在設定的允許範圍以外，不發出控制信號，如果一旦低於預先設定的範圍，則發出控制信號，控制信號驅動蜂鳴器發出聲音。根據單片機接收到的距離信息，單片機發出不同的電壓控制信號，蜂鳴器據此發出不同頻率的聲音。

電路設計：信號處理電路包括光電信號處理電路和聲音輸出電路。整個電路中單片機、探頭、光電傳感器和蜂鳴器是主體，激光探頭髮射和接收板接收光信號，經過光電轉換，濾波，放大，A/D轉換之後，反饋到單片機，單片機進行信號處理，最後通過電路控制蜂鳴器輸出聲音信號。蜂鳴器反應快，聲音變頻速度快，根據單片機發出不同的電平信號，發出不同頻率間隔的提示音。

4、特色與創新點

1、利用激光測距技術，快速，準確的測量障礙物的距離；並根據距離信息，實現單片機的控制；

2、手持導盲儀使用方便，探測靈活，可用於高低地勢探測，障礙報警；

3、利用蜂鳴器的聲音頻率提示障礙物距離遠近，便於盲人判斷；

4、結構簡單實用，方便攜帶，可擴展性強，可長時間使用。

5、參考資料

[1]王永仲，現代軍事光學技術[M]，北京：科學出版社，2003。

[2]何俊發，王紅霞，劉曉彬，激光測距新方法研究[J]，應用激光，2003，23(5)：299—300。

[3]陳敏，杜小平，一種提高相位激光測距精確度的方法[J]，現代電子技術，2005，16：114一l15。