智能光电导盲器.doc

第一章 前言1.1课题来源据国家权威部门统计，中国是世界盲人最多的国家，约占世界盲人的18%，随着社会的发展，政府越来越关心残障人士。 残疾人是社会中主要的弱势群体，他们要面对更多的困难和压力。近些年来，社会和政府越来越关注弱势群体，给予盲人的关怀也越来越多。本课题主要依据第二届光电设计大赛竞赛题目2的要求设计，目标是完成一套盲人导盲光电器械，固定在实验者身上，引导他依次通过一个放置平板障碍的直通道。1.2 课题目的和意义 在导盲方面，市场上也有一些相关产品，如盲杖，导盲犬等，这些产品对盲人的帮助并不很理想，导盲犬由于训练困难，价格昂贵，很难普及。 随着光电技术的迅猛发展，尤其是光探测技术以及光信息处理技术的完善，设计出高效，实用的光电导盲器已水到渠成。第二章 工作原理2.1红外发射模块本设计由NE555构成多谐振荡器，使第三脚输出38K方波驱动三极管是红外发射器发出红外线，电路如图1所示。图1 NE555构成的多谐振荡器2.2红外接收模块当红外线遇到障碍物时，部分红外线经障碍物反射回来，此时红外接收头将接收到38K的信号。如果接收到的是38K的信号，经解调输出逻辑“0”，否则输出逻辑“1”。具有性能稳定的特点。为了使第三脚输出的波形为38K，占空比尽量为1:1，去C1=103，R1=R2，RV1=RV2。由震荡周期T=（R1+RV1+R2+RV2）C/ln2得，R1+RV1=1.9K,R1+RV2=1.9K.所以取R1=R2=1K，RV1=RV2=0.9K。2.3 探测器响应距离实际应用中调节RV3可以改变红外探头反射功率，直接影响红外接收头的响应距离。图2 红外接收电路第三章 设计要求1、设计一套盲人导盲光电器械，固定在每个参赛队3名参赛队员身上，引导队员依次通过一个放置平板障碍的直通道。 2、直通道长20米、宽约2.5 米 3、通道内随机竖直放置五个零号图板作为平板障碍 4、平板障碍及过道内壁用白色绘图纸覆盖 第四章 主要元器件选择和功能介绍4.1 AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性： 与MCS-51 兼容4K字节可编程FLASH存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路特性概述:图三 51单片机AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。4.2 NE555主要特点：1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。图四 NE5553.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。4.3 红外发射接收器件红外线的光谱位于红色光之外， 波长是0.761.5m，比红光的波长还长。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制方式，红外遥控具有抗干扰，电路简单，容易编码和解码，功耗小，成本低的优点。红外遥控几乎适用所有家电的控制。红外遥控系统的主要部分为调制、发射和接收，如图 所示：图五 红外发射接收原理1.调制红外遥控是以调制的方式发射数据，就是把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样既可以提高发射效率又可以降低电源 功耗。调制载波频率一般在30khz到60khz之间，大多数使用的是38kHz，占空比1/3的方波，如图2所示，这是由发射端所使用的 455kHz晶振决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz1237.9 kHz38kHz。2.发射系统目前有很多种芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片 的功耗要很低，芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗芯片所用的晶振应该有 足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体，一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常 一点误差可以忽略不计。红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去，红外发光二极管（红外发射管）内部构造与普通的发光二极管基本相同，材料和普通发光二极管不同，在红外发射管两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。 图3a 如图3a和图3b是LED的驱动电路，图3a是最简单电路， 选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED的正向 电流和反向漏电流，一般流过LED的最大正向电流为100mA，电流越大，其发射的波形强度越大。图3a电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。图3b所示的 射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V左右， 发射极电流IE基本不变，根据IEIC,所以流过LED的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥 控距离。第五章 系统硬件设计5.1信号发射接收电路本电路设计通过NE555构成多谐震荡器，第三脚发送38K方波，驱动三极管使红外发射管发出红外线。电路如图5.1图5.2 红外接收电路图5.1 红外发射电路 红外接收器件接收到38K方波时，则解调输出逻辑“0”，否则输出逻辑“1”。 5.2 单片机控制系统及整体电路图 图5.3 PROTUES模拟电路图本系统采用12MHZ晶振，左前右三个接收器分别连接单片机P1.0、P1.1、P1.2三个管脚，进行实时的信号输入，经单片机处理，再由P0.0和P0.1两个管脚分别连接左右耳机输出音频信号。第六章 单片机软件系统设计第七章 心得体会在实践过程中我们不断地摸索与学习,在之前，我们只是在课本上学到了那些理论知识，在实践过程中需要把它们具体的体现出来，我们遇到了一些麻烦，还有的就是只靠书本上的知识是不够的，我们还去图书馆查了一些书籍，在不断的探索中，我们体会到了学习的乐趣，不是简简单单的纯理论的学习，而是让我们真正地体会到了知识不是以往那般虚幻，它是有真正地实际价值。我们有能力用我们的努力让它真正地体现出来。让知识学以致用，我们想这应该是吧。 这次我们的设计中包含了光信号的发射与吸收，光电信号的转换，以及51单片机的应用。我们在应用的知识有模拟电路，数字电路，单片机，程序编程，protues仿真软件等，在试验过程中我们对电路的分析、设计电路，用软件对电路进行仿真和编写程序，我们体验了设计过程的艰辛，这次设计我们并没有学到很多的新知识，主要是锻炼了我们对以往所学的知识的掌握和应用，以前那些不大懂得的一些知识点在我们设计的过程中深深地记忆在我们的脑海中。让我们知识。 这次设计导盲器的实际经验让我们都明白了我们是可以用我们所学到的知识去帮助那些需要帮助的人，我想这才是我们学习的真谛。第八章 参考文献1 华成英 童诗白.模拟电子技术基础.高等教育出版社，20002 阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，20053 郭天祥.51单片机C语言教程.电子工业出版社，20124 电子信息工程系.红外倒车防撞报警器. 淮阴工学院，20115 赵光.555时基电路应用280例.化学工业出版社,20106 红外接收头.百度百科，2012第九章 附录附录一 硬件电路图附录二 单片机程序#includesbitIr1=P1.0;sbitIr2=P1.1;sbitIr3=P1.2;/红外接收信号sbitbeep1=P0.0;sbitbeep2=P0.1;/蜂鸣器信号sbitWELA=P27;/数码管的位选信号voiddelay(void)/延时子程序unsignedcharm,n,s;for(m=20;m0;m-)for(n=20;n0;n-)for(s=248;s0;s-);voidmain(void)/主程序P0=0XFF;/关掉数码管