第二章  系统总体设计方案

2。1 系统所需实现的功能

2。1。1 测距功能

毫无疑问，这是本设计中的中心，是最为主要的功能。这一功能用来检测使用者前方是否存在障碍物，并且对障碍物的距离进行计算。更重要的是，此功能会为后续各项功能进行服务。此部分利用超声波进行测距。论文网

2。1。2 实时显示探测距离

这一部分并不是为了给盲人设计出来的，而是给调试人员、检查人员以直观的反馈。同时，也能更好的让设计者察觉电路中，甚至也可以是程序中的一些错误所在。只要检测到障碍物，就会将距离显示出来。并且，还会显示检测所花费的时间。在本次设计当中，会在第一行显示出时间，而第二行显示距离结果。

2。1。3 智能报警

检测到障碍物后，并不是立刻给使用者发出报警信号的。首先，会对这段距离进行相应的判断。鉴于普通人一步大约为70cm，盲人因为危险相对而言步伐小一点，设为60cm，加上手杖位于使用者前方大约20cm。因此，本设计将报警距离设定在了90cm及其以下距离。这样，当手杖报警时，使用者是有足够时间、足够距离进行判断并更改路线的。并且，在本设计中，还设定了危险距离50cm，此距离就使用者而言差不多是一步左右，因此，手杖会发出强烈的警告。

2。2 超声波测距原理

既然前节说到了超声波，那么，此节就超声波进行相关介绍。声音，在自然界中，与色彩一样，与人们的日常生活是息息相关的。也就因此，人们对于声音的了解是很充足的。在科学技术发展的历史长河之中，声音学方面是发展比较早的一门学科。不过，对于超声波这一方面，人类直到18世纪才开始着手钻研，这是因为超声波处于人类的听觉频率范围之外。科学界将声波分为四种类型：处于16KHz~20KHz之间的我们叫做机械波，这种波由于能被人耳听见，所以就叫做声波；低于下限的，就叫做次声波；高于上限的属于超声波；高于10MHz的，就将其称为特超声波。

在现在的生活当中，使用最多的测距方法往往都是往返时间检测法[4]。其原理是通过记录声波发送和再次接受到该信号时的时间，再加上声音的速度，通过简单的运算便能够计算出前方障碍物的距离了，如图2-1所示。

由上图可以轻易看出，超声波传感器一旦发射出超声波后，超声波模块就会发出信号，是控制模块启动计时器，直到遇到障碍物被反射回来时，才会再次发出信号关闭计时器，同时将时间记录下来。再根据在该介质中的声音速度，就可以计算出超声波探头位置到障碍物的大致距离了。

声波，在传播介质中是以纵波的方式进行传播的。当障碍物的尺寸比声波的波长大的时候，就会产生反射，科学界称之为反射波，也就是日常生活中所说的回声。首先假设声速是已知的，而这一段时间也可以通过测量得到，那么，障碍物的距离也就可以进行计算了。

一般而言，室温下声音速度大约为345。3m/s，测量所得的时间是t秒，其距离d就可以通过下面的公式计算得到：

从图2-1中，很容易发现，超声波测距所测得的时间是一个往返时间，那么，经由这样的时间计算所得的距离，也就会是障碍物到超声波测距装置的实际距离的两倍。那么，这两者之间的真实距离，应该为。文献综述

2。3 硬件设计思路

其实，超声波测距远非想象的那样复杂。首先超声波发射装置发射出超声波，然后开始计时，等到遇到障碍物反弹回来后，就停止计时。经过这一过程，处理器就可以计算出相关距离了。不过，要做智能手杖，只有测距这一块是不够的。因此，除了超声波测距模块，一个手杖系统大概还需要以下这几个重要部分：单片机最小系统、超声波收发模块、显示模块、报警模块[5]。如下图所示：