基于STM32的超聲相控陣導(dǎo)盲系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、在日常生活中，人們95％的信息都是依靠視覺(jué)得到的。盲人生活在黑暗的世界中，他們的生活、工作和社交都存在極大的困難。如何安全行走，是盲人生活中最大的問(wèn)題。中國(guó)是世界上盲人數(shù)量最多的國(guó)家，約占世界盲人總數(shù)的1/5。針對(duì)盲人如何能夠獨(dú)立安全行走的問(wèn)題，本文提出了一種基于超聲相控陣技術(shù)的導(dǎo)盲系統(tǒng)，利用超聲相控陣在盲人前方一定區(qū)域進(jìn)行空間掃描，從而給盲人提供比較全面的空間信息。
　　本文的緒論部分首先介紹導(dǎo)盲技術(shù)的研究意義和及其國(guó)內(nèi)外的研究

2、現(xiàn)狀。介紹了當(dāng)前導(dǎo)盲所采用的主要手段。文中主要介紹導(dǎo)盲犬、導(dǎo)盲機(jī)器人、盲人電子眼鏡、衛(wèi)星導(dǎo)盲、無(wú)線電導(dǎo)盲以及RFID的室內(nèi)導(dǎo)盲等多種技術(shù)。通過(guò)分析以上幾種導(dǎo)盲手段的優(yōu)缺點(diǎn)，得到本文所提出設(shè)計(jì)的基本思路和研究方向。
　　接著文中介紹了超聲相控陣技術(shù)的基本原理，闡述了超聲相控陣在不同位置聚焦的實(shí)現(xiàn)方法，在本文所介紹的系統(tǒng)中采用的是利用CPLD控制超聲相控陣各個(gè)陣元的時(shí)序，從而實(shí)現(xiàn)在不同區(qū)域的聚焦。根據(jù)聚焦點(diǎn)的位置是否有回波以及回波信號(hào)

3、的特征，能夠?qū)Νh(huán)境和障礙作出判斷。另外還介紹了超聲相控陣在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用，以及超聲相控陣導(dǎo)盲相對(duì)普通超聲傳感器導(dǎo)盲所具有的優(yōu)勢(shì)。
　　本文的第三部分介紹了本設(shè)計(jì)的整體構(gòu)架，包括系統(tǒng)工作的基本流程和實(shí)現(xiàn)空間掃描的方法。本系統(tǒng)中采用了多個(gè)超聲探頭組成了多發(fā)一收的超聲相控陣。根據(jù)設(shè)定的不同延時(shí)程序能夠在前方25個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)聚焦，從而得到較為完整的環(huán)境信息。接下來(lái)本文重點(diǎn)介紹了導(dǎo)盲系統(tǒng)的硬件構(gòu)建和軟件系統(tǒng)。包括超聲相控陣系統(tǒng)的發(fā)射部分，回

4、波信號(hào)的放大電路，低通濾波電路。發(fā)射信號(hào)由CPLD產(chǎn)生，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器放大之后再通過(guò)變壓器放大，以達(dá)到能夠驅(qū)動(dòng)超聲探頭的電壓；由于方波是由CPLD產(chǎn)生，所以STM32和CPLD之間需要一個(gè)簡(jiǎn)單的通信協(xié)議，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，STM32向 CPLD發(fā)送一個(gè)掃描開(kāi)始信號(hào)，CPLD接收到掃描開(kāi)始信號(hào)之后按照預(yù)定的時(shí)序開(kāi)始掃描25個(gè)焦點(diǎn)，在對(duì)每一個(gè)焦點(diǎn)的掃描前后 CPLD都會(huì)向 STM32發(fā)送一個(gè)幀信號(hào)，標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)采集的開(kāi)始與結(jié)束。超聲信號(hào)的接收部分的放大

5、電路主要器件采用TI公司的OPA725系列運(yùn)算放大器。通過(guò)對(duì)前方一定區(qū)域進(jìn)行有效地掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)盲人前方空間的探測(cè)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，做進(jìn)一步的處理。系統(tǒng)的主控芯片采用的是ST公司推出的高性能 ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32系列芯片。發(fā)射部分時(shí)序部分采用Altera公司的CPLD芯片，實(shí)現(xiàn)高精度聚焦。
　　接下來(lái)簡(jiǎn)單介紹了系統(tǒng)對(duì)回波信號(hào)所采用的處理方法，通過(guò)對(duì)不同回波信號(hào)的處理分析，辨別不同的障礙種類(lèi)，給盲人行動(dòng)提供必要