1、1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
2、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。2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3C1=103，R1=R2，RV1=RV2。由震荡周期 T=（R1+RV1+R2+RV2）C
3、/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4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 5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 FLAS
4、H存储器（FPEROM Flash 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
5、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: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。同图三 51 单片机6时，AT89C51 可降至 0Hz
6、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。3.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
7、 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：图四 NE55571.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
8、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）图五 红外发射接收原理8内部构造与普通的发光二极管基本相同，材料和普通
9、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
10、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。9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” 。 图 5.1 红外发射电路图 5.2 红外接收电路105.2 单片机控制系统及整体电路图 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。图 5.3 PROTUES 模拟电路图
