基于单片机的智能拐杖软件设计.doc

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1、北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计基于单片机的智能拐杖软件设计学 院：专 业：姓 名：指导老师：信息学院自动化杜柯南学 号：职 称：160104107222刘娇月教授中国珠海二二零年五月北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计诚信陈诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计基于单片机的智能拐杖硬件设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。 本人签名：_ 日期：_2020_年_4_月_12_日基于单片机的智能拐杖硬件设计摘要伴随着我国科学技术和制造业的快速的壮大，人们在平常的生活和工业生产

2、活动中使用智能设备控制技术的应用也随之广泛，不但节省了人力资源，而且很大程度上提高了人们生活生产的效率，既促进了科学技术的飞速发展，又不断地丰富着人们的生活。导盲设备的研发一直是各国科研的一个重点，不仅是因为它有重大的社会意义，还因为它对于机器人视觉等多个研究领域有着不小的研究意义，能够给人类提供道路信息的导盲设备，在自动化机器人上也能起到同样的效果。有许多研究已经有了成功的案例。本设计采用STC89C51单片机作为主控板，HC-SR04超声测距传感器作为探测装置，达到导盲的效果。这款仪器结构简单，功能可靠，它可以对前方的障碍物进行探测，在达到预设范围时蜂鸣器会提醒使用者小心障碍物，从而达到智

3、能导盲的效果。关键词：STC89C51单片机 HC-SR04超声测距传感器 智能拐杖Intelligent crutches hardware design based on SCMAbstractWith the continuous development of science and technology and manufacturing in China, people use in everyday life and industrial production automation control technology has been widely applied, not on

4、ly save the human resources, and greatly improve the peoples life the efficiency of production, not only promoted the rapid development of science and technology, and constantly enrich peoples life.The research and development of guide for the blind has always been a focus of scientific research in

5、various countries, not only because it has great social significance, but also because it has great research significance in many research fields such as robot vision. The guide equipment that can provide road information to humans can also play the same role in automated robots. There have been man

6、y successful studies.This design USES stc89c51 microcontroller as the main control board, hc-sr04 ultrasonic ranging sensor as the detection device, to achieve the effect of guide for the blind. This instrument is simple in structure and reliable in function. It can detect obstacles in front of it.

7、When reaching the preset range, the buzzer will remind the user to be careful of obstacles, thus achieving the effect of intelligent guide for the blind.Keywords：STC89C51 SCM HC-SR04 ultrasonic ranging sensor2目录1前言11.1研究背景与意义11.2在国内外的发展概况及分析21.2.1导盲杖21.2.2导盲眼镜31.2.3触觉鞋与智能手机31.2.4现状分析41.3本设计应解决的主要问题6

8、2本设计72.1本设计设计原理72.1.1单片机基本介绍72.1.2引脚功能介绍82.1.3超声波测距和光学测距的分析对比92.2本设计方案选择122.2.1硬件部分122.2.2Keil软件152.2.3软件程序主要部分及编写思路162.2.4测试数据203.结论224参考文献245谢辞256附录261前言1.1研究背景与意义我们的国家每年会出现大约有四十五万的新的盲障人士，还有一百三十五万的弱视群体，即约每六十秒就会出现一位盲障人士，或者三个弱视群体。如果我们不采用积极并且有力的举措，一直到二零二零年我国的盲障人数将提升到二零一三年的四倍，即将达到五千余万人次。如今已经是二零二零年，尽管还

9、没有国家机关给出确切的统计数据，但是我们有理由相信，时至今日，我国的盲障人士总数已经超过了一千万，也就是说，几乎在每一百个人里，就有一人是视障人士。考虑到一些生活在偏远地区、无法详细统计的视障人士，以及一些因为年老而视力自然衰退，不打算办理残疾人证的老年视障人士，这个数字只会比预期的还要大。伴随着我国人口老龄化问题的日益严重，白内障患者的数量也在逐年累增，而白内障、角膜疾病这些眼科疾病正是致盲的一大原因。目前中国每年新增的眼病患者200多万例，这200多万名患者中虽然不全是、但绝不乏因疾病致盲而无法恢复的例子。与这庞大的眼病患者人数相比，每年的角膜却仅有6000例。我国法律规定，由于捐献眼角膜

10、会导致捐献者失明，所以活在人世间的人不能捐献眼角膜，要捐献眼球或眼角膜只能需要去相关机构登记,但应该做所有手续在生前,想去自愿捐赠的爱心人士可以到省眼库的地方(例如北京的同仁眼库)要求登记,显然需要你填写表单上的“自发”还有家庭成员的同意。换句话说，对于捐献者自己来说，离开人世后自愿献出的角膜不会对自己造成太大的损害，但“身体发肤受之父母”的传统观念下，每年医院所得到的自愿捐献的眼角膜却寥寥无几，在巨大的供求空缺下，地下器官贩卖、有偿捐献器官等灰色行业的不断滋生，人民群众耳边有关器官买卖的负面新闻一直不绝于耳。盲障人士的日常出行离不开盲道，而在我国盲道的规划和设计还存在很多不合理的地方，各种残

11、破损坏、规划失格、甚至在某处戛然而止的盲道给盲障人士带来了诸多的出行不便，更严重的是市民对于盲道的不重视，各种乱停乱放现象的一个存在，各种机动车、非机动车对于盲道的占用，斜拉过盲道上空的钢丝、电线，这使得本来应该畅通无阻的绿色通道变得障碍重重，甚至危及人命。早在15年年中就有过关于北京盲道各种乱现象的报道，首府尚且如此，对于其它地方的盲道，似乎也不能给予太多的期待。与盲道一样，盲杖也是盲障人士生活中必不可少的一部分，盲杖就是忙人的眼睛。但是很多情况下，盲杖只能对靠近地面的、较为低矮的障碍物进行探索，对于半空中的、甚至是跟头顶齐平的障碍物无能为力。本设计的目的并不在于完全代替盲杖，而是起到辅助、

12、加强盲杖的作用。可以佩戴在胸前，甚至可以升级之后，变成依靠蓝牙设备进行工作的眼镜型穿戴设备，意在当盲杖未能及时探测到障碍物的时候对使用者进行报警提醒，从而达到辅助导盲的效果。导盲设备的研发一直是各国科研的一个重点，不仅是因为它有重大的社会意义，还因为它对于机器人视觉等多个研究领域有着不小的研究意义，能够给人类提供道路信息的导盲设备，在自动化机器人上也能起到同样的效果。很多很多的研究已经有了相对成功的案例。1.2在国内外的发展概况及分析随着商品的发展和更新，我们想更加积极地帮助残障人士攻克走路及与人交流的问题，我们国内的许多科学家们在智能拐杖中加入了各种各样的人性化的功能。1.2.1导盲杖来自新

13、加坡国立大学的研究人员把许多技术的理念都融入了智能拐杖里,以便视力受损的人可以很容易地知道别人的位置,并掌握行走路径和内置的设备定位系统等智能拐杖和智能拐杖传感器,使其容易的交朋友并和同学们会面。该电子制导装置的主要内容由无线蓝牙耳机和导引杆构成，残疾人通过无线蓝牙耳机可以获得的信息(如道路障碍物旁边、家人的位置等)首次通过无线蓝牙耳机信息相互连接，以帮助用户调整方向;导杆不仅可检测道路上的障碍物，还可与GPS系统连接，通过调整车轮的方向，自动引导使用者向正确的方向行驶。手杖和耳机都是可回收和可充电的，而且智能拐杖可以回收起来方便储存。1.2.2导盲眼镜在这个新时期，我们已经被智能产品的发展带

14、入了H+时代。我们越来越多地与智能设备打交道 ，我们有时在玄幻小说中看到的人与智能机械的联合很也许在未来50年内发生。其实这不是我们的本意，而是随着社会的发展,智能产品可以帮助我们解决实际问题。例如，对于盲障人士，我们可以使用电子眼植入物来恢复它们的视力(电子眼技术还没有像科幻电影那样)。对于视力残疾的人士，我们可以使用外部电子设备来重启它们丢失的能力。这是一个奇妙的装置。准确地说，它是一个能让人类提升生活水平的装备，是我们视力受损的用户的超强眼睛。TheiaVision这虽然看起来是一个非常普通的名字，而Theia则是古代的希腊泰坦的名字，太阳神Vision之母，人们都把它叫做“泰坦之眼”。

15、Vision系统由一个摄像头和一个可安装在眼镜腿上的移动应用组成，我们可以将实时MP4视频转换成MP3反馈，让残障人士听到想要的音频。它共有这以下五个非常强大的技能：障碍物检测：通过语音告诉使用者前方可能有阻挡的障碍物；导航:颜色检测提醒并帮助佩戴者识别导航的指令,交通信号灯还有道路标志;识别的商品和金钱:极大地帮助使用者处理各种事务问题;从文本到语音:识别镜子里的文本，并将其转换为可以给残障人士阅读的文字。1.2.3触觉鞋与智能手机一位策划师利用我们的导航技术为视力受损的人设计了一款有触觉震动的鞋子。当视觉受损的人穿着这种触觉振动鞋时，它们在接触变化的地形、导航路线规划和振动器产生的高频震荡

16、时，通过鞋子的底部的震荡来了解路况。如果残障人士穿上鞋时,通过智能手机的谷歌地图,可以自动检测位置和地理的讯息。传播的触觉鞋内的一个嵌入式模块,谷歌地图模块会与嵌入式模块同步到手机里,就像我们把GPS导航系统装进了鞋子里。因为一共有4个震荡器安装在鞋里,当手机连接到嵌入式模块的触觉的鞋子,也会触发震荡器，它们为残疾人提供高频振动信息和声音广播的方向运动都依据的是GPS导航。就比如，如果一位残障人士需要移动，它的鞋里的的震荡器也随之会产生振动。例如如果谷歌地图的导航需要右转，那么震动的就是右边的振动器，提醒残障人士右转。嵌入式系统在残疾人的鞋子可以立即感觉距离约三米之前和之后的残疾人,和地理位置

17、的振动器在三米可以通知鞋通过智能手机的内置的导航模块,确保盲人行走期间脱离伤害的安全隐患。1.2.4现状分析在问题方面，我认为大多数盲人的问题都是失去视觉，其它身体机能和正常人没有区别。随着加速更新与发展的电子科技，越来越多的高新产业技术在艺术方面的成就大放异彩，并且对于也越来越明显的偏向于残障人士。残障人士即使丢失了看的能力，但是它们会慢慢变得比正常人灵敏在闻的方面及听的方面，这也是为盲人设计产品的最大切入点。而对于残障人士来说，智能导盲手杖的意义则更为重大。通过这些类似导盲手杖的设备，残障人士能听到其它人想表达的意思、聋哑人能够做到能表达出自己的想法、瘫度的人群可以尽量做到能够直立行走，它

18、们有期望能够和我们过上和其它人一样的生活。并且科技本身的含义其实是为了让人们的生活变得更好，让生命变得更加美丽和有奔头。我们的智能技术在高速的发展，对应的残疾人也尽量要去接受到这份喜悦。在国外一些有相关经验的公司纷纷也开始了研究相关的智能设备，使得我们的残疾人士能够摆脱残缺带来的不便。（1）超声波传感器：指的是使用超声波的一些特征研究的一款传感器。它的主要的技术特点是：短波长，高表面积，小的衍射现象，非常好的方位性，并且可以执行诸如光束定向传播的特性。由于超声波的波长很短，对于它的波长而言，一般的障碍物以及物体缝隙的尺寸是一个非常大的数字，故而在正常情况下，超声波在这些“尺寸庞大”的障碍物中不

19、会发生很明显的衍射现象，也就是说，只要波长足够短且介质足够均匀，超声波几乎就能在障碍物中沿着直线传播，而不会因为衍射的缘故而发散，这是十分难得的特性，在这种特性上建立的超声定位、超声测距技术在许多领域中都有着广泛的应用。超声波通常可用于测距仪和物理测量设备的等距测量。我们的超声测量设备主要用于建筑工地，倒车雷达和所有施工场所，就比如井眼深度，管长等。使用超声技术进行检测通常快速便捷，并且计算相对简单，容易可以随时进行控制，并且在测量精度方面可以满足工业实用性的基本要求。超声波液体和硬的物体具有非常强的穿刺能力，特别是对于比较容易透光的物体。这种类型的超声波撞击障碍物，或者污染物就产生大量的反射

20、，形成反射回波。当接触到移动的物体时，将发生多普勒效应。我们还在各种生产领域实践了超声波传感器技术的应用。 ( 2 ) 红外探测传感器：很多国家的领域的检测系统上都应用了红外线传感技术，现在很多产物已使用在红外线技术用来应用到车辆的测速上面、检测等等的钻研。当我们在测量车辆瞬时速度的时候会使用红外线技术，受到比较强烈的光源等拥有红外线的时候它的光敏程度就会产生相应的变化。针对类似这种问题，各国有关方面的领导者提出了一种红外线测速传感器的设计方案，这种解决方案也能够为多个点的度量的瞬时速度和阶段加速度提供相关技术支持，可以配合应用于生产线的下料的一些能够做到速度称量和道路的测速自动化生产的工业生

21、产活动等需要测量速度的重要环节。众所周知，红外探测传感技术已经广泛应用于现代农工业和科技和国防等技能领域。专家们通过对比这两种传感器，结合产品的实际需要，采用类似红外探测传感器当做产品的“眼睛“通过搜索及限踪，为视觉障碍人士分辨障碍物，再通过一些蓝牙连接形成反馈语音及震动给予使用者，使得它们可以避开危险的障碍物。(3) 导航模块： 我们在去辨别障碍物的同时， 还要能正确的到达目的地就需要导航模块的一个支持，使用卫星的定位来形成语音提示并且传输给视觉障碍的残障人士。我们手机的导航通过通信模块、引路的软件一起携手运作、配合来完成它的功能。定位系统模块主要完成对定位系统卫星的搜索、跟踪和定位等采集实

22、时数据；导航软件地图功能构把定位系统 模块收集到的当前定位的数据， 不断地去更新自己在地图上的定位,从而使我们在定位系统地图上的地址不停地发生运动变化，并根据用户需要去利用导航软件的路径导航的计算功能，计算己一条通往指定地点的路线。GSM 通信模块首要任务是完成智能穿戴设备备的一个通汛功能，并且根据导航软件对定位系统的数据进行并且处理并第二次传输至指定的联络平台 ，完成这一次的导航。而对于本设计，我选用的是利用超声波传感器来作为测量与障碍物之间的距离的功能。根据超声波测距原理可分为共振和电冲击反射共2种。又因为共振法有着繁琐的流程，我想在这里使用电冲击反射法。超声波测量距离的原则是将声波通过超

23、声波发射器传递到某一个方位，同时随着发射时间的开始去计算时间。因为如果超声波在没有杂质的大气中传导，它一定会在途中遇到障碍物，并立即返回起点，所以超声波接收器一旦接收到反射波就会暂停计算时间。所以,空气中超声波的传导的速率(无论阻力)是C,发送和回收回波之间的时差测量记录的计时器是t,传送点年代之间的距离和障碍可以很快计算,即S = Ct / 2。这就被我们叫做时差测距法。 1.3本设计应解决的主要问题盲人数量一直不可逆地在增长，本设计的智能手杖基于模块化设计的思想，参考了上述智能导盲设备的优缺点，根据其功能需求精选市面上成熟的产品模块进行组装和调试，具备遇障报警，自动为紧急联系人发送短信等功

24、能 。2本设计2.1本设计设计原理2.1.1单片机基本介绍主控板- ST STC89C51系列是由STC公司制造的STC89C51兼容的8位微控制器（C）系列。基于8051内核，由于其行业标准指令集，低单位成本以及DIL（DIP）封装中的这些芯片的可用性，因此AT89系列仍然非常受欢迎。这允许在新应用程序中重新使用大量的旧代码而不进行修改。虽然比较新的AT90系列AVR RISC微控制器的功能较弱，但AT89系列的新产品开发继续为上述优点。虽然英特尔不再生产8051核心控制器或其衍生产品，但众多供应商制造的增强型二进制兼容衍生产品仍然受欢迎，如STC的STC89C51及其衍生产品，恩智浦P89

25、v51及其衍生产品等。一些衍生产品集成了数字信号处理器（DSP）。 除了这些物理设备，几家公司还提供MCS-51衍生产品作为FPGA核心，用于FPGA或ASIC设计。2.1.2引脚功能介绍图2.1 AT89C51引脚图（1）4 KB芯片程序存储器。（2）128字节片上数据存储器（RAM）。（3）32个字节专用于注册库。（4）16位可位寻址存储器。（5）80字节的通用存储器。（6）4组并行I/O端口。（7）128个用户定义的软件标志。（8）8位数据总线。（9）16位地址总线。（10）16位定时器（通常为2，但可能有更多或更少）。（11）3个内部和2个外部中断。（12）位和字节可寻址RAM区域为1

26、6字节。（13）四个8位端口（短型号有两个8位端口）。（14）16位程序计数器和数据指针。（15）1微秒指令周期，12 MHz晶振。（16）8051的变体还可以有一些特殊的特定模型，如UART，ADC，Op_Amps等，使其成为更强大的微控制器。这个芯片一共有四十个引脚，并且引脚的排列顺序为靠进芯片的缺口的左边那一列引脚逆时针开始数起，依次为1、2、3、40，其中芯片的1脚顶上有个凹起的点。在单片机的40个引脚中，电源引脚有2根，外接晶体振荡器引脚有2根，控制引脚有4根以及4组8位可编程I/O引脚有32根。各个引脚的功能为：VCC(40)：电源输入，接5V电源；GND(20)：接地线；XTAL

27、1(19)：片内振荡电路的输入端；XTAL2(20)：片内振荡电路的输出端；RST/VPP(9)：用于将微控制器复位到其初始值；ALE/PROG(30)：地址锁存的允许信号；PSEN(29)：外部存储器的读选通信号；EA/VPP(31)：程序存储器的内外部选通，接高电平从内部程序存储器读指令，接低电平则从外部程序存储器读指令；PO口（3932）：8位双向I/O口线，名称分别为P0.0P0.7；P1口（18）：8位准双向I/O口线，名称分别为P1.0P1.7 ；P2口（2128）：8位准双向I/O口线，名称分别为P2.0P2.7 ；P3口（1017）：8位准双向I/O口线，名称分别为P3.0P3

28、.7。 2.1.3超声波测距和光学测距的分析对比相对与超声波传感器，光学传感器有着很多的优势，首先是光速远远大于音速的缘故使得光学传感器可以有远超超声波传感器的反应速度，对比很多只能精确到厘米级别的超声波传感器，光传感器可以轻易地达到毫米级别的精度，并且光学传感器较超声波传感器来说更加不容易受外界环境干扰，不太需要考虑温度、风速之类的变化，并且由于光相较声波不容易扩散的缘故，光学传感器可以测量的最大距离远远超过超声波传感器。但光学传感器也有许多缺点，相对于廉价的超声波传感器，光学传感器确实十分昂贵，并且光学传感器无法测量透明物体和黑体距离仪器的远近，并且光学传感器在极限近和极限远的测量位置上都

29、会出现非线性结果，并且在自然光强烈的情况下很多光学设备结果会出现偏差。同时我们考虑到了成本问题，还有实际调试问题，故选用了超声波测距模块。超声波测距模块比如下图1.2,HC - SR04超声波模块具有有一个非常稳定的超高性能精密准确的测量盲区的长度是相对较小的特点,主要用于避障和可逆预警模块。它共有四个端口:VCC GND三角(控制)和回波(接收机)的测试范围为2厘米到400厘米，精度可达零点三厘米，感应角不大于十五度，适用于短距离和小偏差的角度范围。图2.2HC-SR04超声波测距模块实物超声波测距的原理图如图2.2所示，超声波发出方波的信息，当这个信号遇到阻碍它的物体就会反弹回去，然后被下

30、方的S端所吸收。图2.3超声波测距原理图超声测量距离的标准操作公式为：S =（T* V）/2。其中，T是从超声信号传递出去和收回来的时间，V是在大气层中超声速率的影响（如果我们考虑水分和其它因素的影响而忽略大气中的污染物），则通过该公式，室温下超声波的传播速度为340 M / S。基本工作原理：I / O端口的三角触发提供了至少10微秒的高电平信息；此模块还可以自动发送40 千赫兹的八个方形波长，如果有信息的反馈它也能检查到；返回信号，通过I / O端口的回波输出高电平。超声波反馈回来的信息也就是高电平信息连续的时间。并且我们的测试的距离等于（高电平时间*声速（340米/秒；此模块非常易于使用

31、，如果控制端口发送的高电平超过十微秒，则可以等候高电平信息的接收端口出口。一旦有了信息发出它就会发出声音提醒残疾人注意障碍物，小心行走。2.2本设计方案选择2.2.1硬件部分下图是该硬件系统的元器件清单元件名参数数量单片机AT89C511万用板空板1电阻1K欧、10K欧1LCD1602显示屏16脚1晶振11.0592MHz1瓷片电容30PF2排阻10K欧(103)1电解电容10uF1IC座40Pin1LED红色1插针单排20Pin2插针双排2*31DC插头5.5*2.11自锁开关8*81电位器10k1SRF04超声波传感器4脚1蜂鸣器有源1轻触开关3图2.4元器件清单35下图是该硬件部分的原理

32、图，每一个模块所对应的管脚所对应的I/O口都已标注清楚，下面将详细介绍每一个模块的作用。图2.5智能拐杖硬件电路原理图图2.6LM016L电路图上图是一个LM016L的一个显示程序，它会接收串口发来的数据，而且它没收到一个信号后，它们可以一直显示亮点，例如阴极的射线管显示器，所以它可以不断闪烁。图2.7串口电路图这是一个串口装置，TXD为串行输出，RXD为串行输入，这两个引脚对应的都是P3这个口。图2.8超声波传感器 上图是我选用的是SFR04超声波的传感器，他的仿真和实物图如上。模块内部可发出8个40KHZ的脉冲。它的测距原理已经在上面讲过，这里就不在重复。图2.9蜂鸣器上图是一个简单的蜂鸣

33、器报警装备，单片机通过2种方法来驱动蜂鸣器：第一种是使用脉冲宽度发出的输入输出端口驱动蜂鸣器，然后将输入输出端口每一个周期性地反转以生成驱动波形来驱动蜂鸣器。该项目设计使用输入输出端口定时反转级别的方法来生成驱动波形，以驱动蜂鸣器发声，而定时反转级别将使用计时器。 计时器将定期翻转电平，然后生成蜂鸣器所需的匹配频率波形，有了相应的频率波形之后三极管放大电流蜂鸣器就能发声了。图2.9.1复位电路电路图这是一个复位电路，单片机系统接通电源启动后，系统自动复位。将复位按键按下，单片机系统重置然后重启。所以当系统死机无法操作时可以通过按下复位按键将整个系统复位重置。在整个电路开始运行后，C两端的电压一

34、直在补充电能，这时十千欧电阻两端的电压接近于零福特，复位端处于0所以整个电路照常运作。当按钮按下时，开关即刻恢复通路，这时电容的两个端口变成了回路，电容两端被短路，电路失去常态。当这个按钮按下的一瞬间，电容就启动了开释之前所充电能。电容的电压在极短时间内变小，同时十千欧的电阻两端的电压变大，导致复位端引脚又接收到高电平信号，单片机系统复位。图2.9.2时钟电路电路图上图就是时钟脉冲电路，我们采取的是十二兆赫兹的晶振，从而更加简便的使用定时器还有计数器的功能。这种芯片里中有很强的增益的反相放大器，它是可以构成内部振荡器的重要单位，2和引脚1引脚分别是这个放大器的输出端口以及输入端口。2.2.2K

35、eil软件本设计是利用keil软件编写的程序。keil软件是单片机开发的主流软件，其功能非常强大，在单片机开发的过程中对软件的编程和设计发挥了很大的优势，所以现在被越来越多的人们使用。 内置的keil软件包含一套内置的keil软件包含完整的开发计划集，包括C编译器，宏汇编，链接，库管理和功能强大的仿真调试器。 KEIL软件的组件通过总成的开发状态进行组合。Proteus软件不同于其它单片机仿真软件。 它能做到模拟单片机的工作，而且还能模拟其它电路或其它单片机系统，而无需任何其它电路工作。所以我们一般进行仿真和调试程序使用这个软件，不需要关心和关注时，声明是单片机的登记实施或改变记忆的内容，并注

36、意从工程的角度直接观察程序和电路工作过程的结果。使用这种模拟方法有许多优点，其中最大的好处就是把理论知识与实际工程应用相结合，减少了理论与实践之间矛盾现象。2.2.3软件程序主要部分及编写思路 在本次课题的软件设计上，在大的方向上，我把它分为初始化和循环。上图就是主函数的初始化，其中包括串口初始化，1602显示模块初始化，超声波初始化，定时器0模式初始化。上图即主函数的循环，其中有按键检测，读取超声波数值，显示查询和报警查询。根据它的功能我共组成了几个模块编程。本人的具体思路是通过不断地循环和扫描，通过超声波的收发模块来不断检测前方的障碍物，在距离达到临界值的时候进行报警，从而提醒使用者小心并

37、躲避障碍。其中有主程序，按键模块，超声波模块程序，串口模块程序，定时器模块程序，lcd1602显示模块程序。通过这些程序来共同实现智能拐杖的功能。获得超声波传感距离调节超声波报警预设值开始按键模块超声波模块 主函数 显示模块定时器模块串口模块显示与障碍物的距离及预设值接收并发送数据给1602定时器0模式1初始化实际值预设值？蜂鸣器报警结束 图2.9.3 软件设计流程图上面这个程序流程图很好地体现了我刚刚说过的两个板块，根据这个流程图以及超声波测距的性质，我们已经能在仿真中做到遇障报警的效果。其中，1602显示模块相对比较重要，最重要的就是要让它显示出数据。所在这里我把它列为重点叙述。首先将lc

38、d1602设置延时1ms接着读取lcd1602状态是否忙等待lcd1602空闲向lcd1602写入数据向lcd1602写入命令值lcd1602初始化上两图的代码是想在lcd1602设置x和y的坐标值并能让它显示出字符数据。 2.2.4测试数据图2.9.4实验测试截图表2.1实验数据参数测量距离（cm）1030507090实际数据（cm）10.531.55272.493.8误差（cm）0.51.522.43.8由上图可见，超声波的误差范围在0-4cm之间，造成这些误差的主要原因可能有环境的温度及湿度的因素，以及超声波发出与接收到的时间差。但是这些误差经过分析依然在可接受的范围内，可以实现残障人士

39、的基本导盲需求。3.结论这次毕业设计是我在大学里的一项非常重要的素质的考研。在过去的四年里，我不断积累相关的基础知识，从 C 语言编程，到单片机嵌入式开发，都是考察我对所学知识的运用能力。在这过程中，我不断地巩固学过的知识，同时，也会遇到很多在课堂上没有的工程实践问题，虽然遇到的困难不少，但是随着把问题一个一个地解决，我学习到很多新的知识，自主学习能力不断地提高。超声波测距所使用的原理非常简单，即利用超声波收发模块作为传感器，以51系列单片机作为核芯计算机，测定超声波的传播时间来计算出传播距离，然后在显示器（数码管显示器并不是给使用者观看，更多的是给开发者以便利和蜂鸣器上显示出来。实际上本设计

40、所制作的超声导盲系统测定的是从一个“点”到反射面的距离，对于在“线”（例如半空中的钢丝、电线等）以及“点”（例如悬挂的小号霓虹灯）等更小的物体难以进行有效的测量，关于这方面的测定，还需要更复杂的系统来进行检测。其实无论是在本次设计中做的微不足道的小研究，还是说已经投入市场大量使用的导盲设备，甚至在世界上享有美誉，获得了诸多国际奖项的智能新产品也好，最终都只能起到一个辅助作用，对于盲障人士来说，最重要的出行保障始终是国家对于公共设施的建设和人民群众对于这些事情的重视，合理规划、没有被肆意占用的盲道，才是最好的导盲设备。很多时候我们在犯的错误是，自以为所作所为是对使用人群有利的，实际上并非如此，特

41、别是在导盲用品的开发上很多作为导盲设备开发出来的东西，实际上并没有站在盲人的角度上考虑过它的可用性。说出来你可能不信，在智能手机普及的今天，读屏软件和其它无障碍应用的开发使得盲人的生活和我们越来越贴近。似乎我们根深蒂固的观念就是，盲人只能去按摩，实际上，正常人能够从事的职业，绝大多数盲人也能从事。盲人同样可以写文章、同样可以玩微信、甚至可以做程序员、可以做设计师，甚至很多领域的佼佼者就是盲人，这在很多未曾听闻此类报道的人眼中，这些都是很不可思议的事情。随着城市的不断发展和建设，对于未来中国公共设施的建设，还有一条很长的探索性道路要走，在帮助盲障人士这条路径分支上，要学的东西就更多了，我们只能摸

42、着石头过河，一点一点，向着更加合理的方向发展。实际上，仅就我个人看来，公共福利设施的完善最终还是取决于人均素质的提高，只有国民的素质都提高了，公共福利才能有更好的保障，反过来说，只要素质上去了，其它的问题都可以迎刃而解。但这也只是个人的拙见，究竟未来会怎么样，我们只能慢慢等待。4参考文献1郑修磊 李艳伟 刘首彤 李世杰 石佳. 多级式汽车电子喇叭设计J. 中小企业管理与科技,20182黄毓芯.一款多功能智能手杖的设计与研究D.华侨大学,20153戴维沃伦.声音传导与盲人知觉U.生理学,19904古训, 张仁兴. 多功能智能导盲手杖设计与实现J.贵阳学院学报:自然科学版,20165李方旭 马彬瀚

43、 丁伟等. 基于 HC-SR04超声波传感器的智能避障小车设计J.科技创新与应用,20166 董胡. 基于嵌入式语音识别的家用服务机器人控制系统J.微型电脑应用,20177黄毓芯.一款多功能智能手杖的设计与研究D.华侨大学,2015.8亢俊健,贾丽萍,等.光电子技术及应用M.天津：天津大学出版社.20079陈慕君 张剑锋 李春雨.一种云平台智能家居系统设计与实现J.计算机测量与控制, 201410陈子元.基于单片机的数字温度计设计J.数字技术与应用, 201211郑修磊 李艳伟 刘首彤 李世杰 石佳.多级式汽车电子喇叭设计J.中小企业管理与科技, 201812黎文炎 段淑玉.基于GPSGSM及

44、超声波测距的智能导盲手杖设计J.电脑知识与技术, 201713张攀峰 王玉萍 张健 张开生.带有温度补偿的超声波测距仪的设计J.计算机测量与控制,20125谢辞为时一个学期的毕业设计即将结束了，这也意味者我在北京理工大学珠海学院的大学生涯也即将结束。在毕业设计这段时间里，我得到了很大的自身提高，其中包含了对编程系统知识的理解，还有对有关这方面书籍的认识等等，这些都得益于老师和同学的大力帮助。在大学四年中，我唯一的收获就是在大学生素质拓展协会任职了三年，从干事一直到会长让我学到了很多为人处世的道理。本身并不爱学习的我在学业研究上花费的时间并不多，现在想起来倍感惭愧。在大学时期的最后一站，我要感谢

45、我的导师刘娇月教授，她的细致严谨，一丝不苟的态度一直是我学习和生活的榜样。在选题初期，她一边忙工作，一边还要帮助我们选题和答疑，查询各种资料只为了我们能够顺利完成选题工作，帮助我们更快的融入到毕业论文的编写中。而在这次论文的编写中，我深知我的基础比较薄弱，便自己在网上各种学习，即便这样，在构造设计电路图的时候，还是犯了很多在大多数人看来是常识性的错误，也感谢我的队友何子龙同学对我悉心的指导。在此，再次感谢每一位老师对我的指导和教诲。感谢我的舍友和朋友，在我没有头绪的时候，是它们给我鼓气加油，让我感受到了人世间的温暖与善良， 最后还要感谢北京理工大学珠海学院四年来对我的包容，为我提供了一个良好的做毕业设计的环境。没有你们的帮助我是无法完成我的论文的，愿我们的友谊长存，有缘江湖相见。6附录主函数源代码：#include main.h/*-* * 宏定义 * *-*/#define BEEP_ON ( 1 )#define BEEP_OFF ( 0 )#define BUTTON_NUM_ALARM_INC