基于TMS320F28027的太陽(yáng)能多功能智能導(dǎo)盲杖研究

摘 要： 設(shè)計(jì)了一款基于TMS320F28027的太陽(yáng)能多功能智能導(dǎo)盲杖，由太陽(yáng)能電源管理器、帶溫度補(bǔ)償?shù)男滦统暡ㄌ綔y(cè)器、數(shù)碼管顯示、振動(dòng)電路、語(yǔ)音音頻電路、LED指示以及鍵盤等模塊組成。簡(jiǎn)易裝置完成后，經(jīng)測(cè)試達(dá)到滿意的效果。該智能導(dǎo)盲杖節(jié)能、方便，性價(jià)比高，易于產(chǎn)品化和市場(chǎng)化。
關(guān)鍵詞： 導(dǎo)盲杖；TMS320F28027；語(yǔ)音；溫度補(bǔ)償；新型超聲波

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的導(dǎo)盲杖一般僅有障礙檢測(cè)和語(yǔ)音播報(bào)功能，且價(jià)格昂貴[1]。美國(guó)產(chǎn)品在300～400美元左右，英國(guó)達(dá)到500英鎊。日本最新研發(fā)的能感知人臉高度的電子導(dǎo)盲杖，能夠感應(yīng)到前方2 m臉部高度處的障礙物，但是它使用了兩個(gè)超聲波感應(yīng)器，耗材成本高，一般用戶難于承受，且功能較單一。
本文設(shè)計(jì)了一款人性化更強(qiáng)、功能更多、性價(jià)比更高的智能導(dǎo)盲杖。該裝置使用太陽(yáng)能供電，不用頻繁更換電池；選擇TI公司的Piccolo系列C2000 DSC TMS320-
F28027微處理器作為控制器，其高效的計(jì)算能力、快速中斷響應(yīng)與處理能力以及低功耗的特點(diǎn)，增加了導(dǎo)盲杖的可靠性，僅需少量外圍器件就能實(shí)現(xiàn)控制電路的設(shè)計(jì)；帶溫度補(bǔ)償?shù)男滦统暡ìF(xiàn)代控制方法[2]，克服了傳統(tǒng)超聲波電路的不足，使距離探測(cè)靈敏精確。另外還增加了一些小功能，如語(yǔ)音報(bào)時(shí)、鬧鐘設(shè)置、高亮LED燈、數(shù)碼管顯示等，功能雖小，卻給視覺障礙者的生活帶來(lái)很多方便，既可以認(rèn)路導(dǎo)航，也豐富了生活，構(gòu)思精巧，實(shí)用性強(qiáng)。
1 總體設(shè)計(jì)方案及原理
1.1 總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)以TI公司的Piccolo系列C2000 DSC TMS320-F28027為主控制器。TMS320F28027芯片內(nèi)置1.8 V電壓調(diào)整器，可實(shí)現(xiàn)3.3 V單電源供電，功耗低；采用PQFP-48小型封裝，內(nèi)部集成2個(gè)振蕩器，精度高達(dá)1%；其高精度PWM資源以及豐富的片內(nèi)存儲(chǔ)寄存器和串口通信接口，大大優(yōu)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電源管理器、超聲波探測(cè)模塊、8位數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路、語(yǔ)音音頻電路、高亮LED燈模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。圖1為系統(tǒng)總體控制框圖。

1.2 超聲波測(cè)距原理
超聲波傳播速度慢，指向性強(qiáng)，能級(jí)消耗緩慢，對(duì)色彩、光照度不敏感，同時(shí)超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、費(fèi)用低、信息處理簡(jiǎn)單可靠，易于小型化與集成化，并且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制[3]。超聲波測(cè)距的方法為回聲探測(cè)法，發(fā)射換能器不斷發(fā)射聲波脈沖，聲波遇到障礙物后反射回來(lái)被接收換能器接收，超聲波接收器收到反射波即停止計(jì)時(shí)。根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離，距離與聲速、時(shí)間的關(guān)系表示為：

2.2 帶溫度補(bǔ)償?shù)男滦统暡ㄌ綔y(cè)電路
由1.2節(jié)分析可知，超聲波的傳播速度會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的溫度變化而出現(xiàn)誤差，對(duì)于超聲波測(cè)距精度要求達(dá)到1 mm時(shí)，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進(jìn)去。圖3、圖4分別為超聲波發(fā)送電路和超聲波接收電路。