基于STM32的超聲相控陣導盲系統(tǒng)設計.pdf

1、在日常生活中，人們95％的信息都是依靠視覺得到的。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題。中國是世界上盲人數(shù)量最多的國家，約占世界盲人總數(shù)的1/5。針對盲人如何能夠獨立安全行走的問題，本文提出了一種基于超聲相控陣技術(shù)的導盲系統(tǒng)，利用超聲相控陣在盲人前方一定區(qū)域進行空間掃描，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盲技術(shù)的研究意義和及其國內(nèi)外的研究

2、現(xiàn)狀。介紹了當前導盲所采用的主要手段。文中主要介紹導盲犬、導盲機器人、盲人電子眼鏡、衛(wèi)星導盲、無線電導盲以及RFID的室內(nèi)導盲等多種技術(shù)。通過分析以上幾種導盲手段的優(yōu)缺點，得到本文所提出設計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陣元的時序，從而實現(xiàn)在不同區(qū)域的聚焦。根據(jù)聚焦點的位置是否有回波以及回波信號

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領域的發(fā)展應用，以及超聲相控陣導盲相對普通超聲傳感器導盲所具有的優(yōu)勢。
　　本文的第三部分介紹了本設計的整體構(gòu)架，包括系統(tǒng)工作的基本流程和實現(xiàn)空間掃描的方法。本系統(tǒng)中采用了多個超聲探頭組成了多發(fā)一收的超聲相控陣。根據(jù)設定的不同延時程序能夠在前方25個點實現(xiàn)聚焦，從而得到較為完整的環(huán)境信息。接下來本文重點介紹了導盲系統(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、波信號的放大電路，低通濾波電路。發(fā)射信號由CPLD產(chǎn)生，通過驅(qū)動器放大之后再通過變壓器放大，以達到能夠驅(qū)動超聲探頭的電壓；由于方波是由CPLD產(chǎn)生，所以STM32和CPLD之間需要一個簡單的通信協(xié)議，當系統(tǒng)啟動時，STM32向 CPLD發(fā)送一個掃描開始信號，CPLD接收到掃描開始信號之后按照預定的時序開始掃描25個焦點，在對每一個焦點的掃描前后 CPLD都會向 STM32發(fā)送一個幀信號，標識數(shù)據(jù)采集的開始與結(jié)束。超聲信號的接收部分的放大

5、電路主要器件采用TI公司的OPA725系列運算放大器。通過對前方一定區(qū)域進行有效地掃描，實現(xiàn)對盲人前方空間的探測，并對信號進行采集，做進一步的處理。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)射部分時序部分采用Altera公司的CPLD芯片，實現(xiàn)高精度聚焦。
　　接下來簡單介紹了系統(tǒng)對回波信號所采用的處理方法，通過對不同回波信號的處理分析，辨別不同的障礙種類，給盲人行動提供必要