摘 要：中国是世界上盲人数量最多的国家。如何安全行走，是盲人生活中最大的问题。为了解决这一问题，本文模仿蝙蝠的超声应用能力和原理，在研究现有的电子式超声波导盲系统的基础上，应用回声定位原理，通过发送超声波，然后获得并分析障碍物的回波信息，研制了一套超声波导盲系统。本系统采用NE5532IP单片机作为控制器，利用超声测距和多普勒效应的原理， 设计了一种超声波盲人手杖，该装置可以对盲人前面道路上的障碍物进行距离探测，并把障碍物距离信息转换成声音提示盲人，规避危险；同时可对来车进行灯光预警，及时处理险情。该系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。
　　关键词：超声波测距；多普勒效应；电路仿真
　　据残疾人联合会的资料显示，我国有视力残疾患者约1233万人。帮助残疾人是我们义不容辞的责任，所以我们研究的课题意在与帮助盲人。本产品超声波盲人测距仪主要是用发射电路中超声波测距传感器发出超声波信号，用接收电路接受返回来的信号，将返回的信号转变为电信号传到到单片机，单片机根据测得的信号判断距离，然后把分析的数据传给扬声器，给盲人指导提示报警。
　　1超声波测距以及联系多普勒效应推导的基本原理
　　利用超声波发射电路发射出40Hz的信号脉冲波，超声波接收电路接受信号的频率是f，单片机的计时器得到从发射到接收到信号的时间t。
　　得到时间t的推导如下：
　　当进行距离的测量时，由安装在同一水平线上的超声波发射器和接收器完成超声波的发射与接收，并且同时启动定时器进行计数。首先由超声波发射探头向倒车的方向发射超声波并同时启动定时器计时，超声波在空气中传播的途中一旦遇到障碍物后就会被反射回来，当接收探头收到反射波后就会给负脉冲到单片机使其立刻停止计时。这样，定时器就能够准确的记录下了超声波发射点至障碍物之间往返传播所用的时间t（s）。因为单片机内部定时器的计时实际上就是对机器周期T的计数，而本设计中时钟频率fosc取12 MHz，设计数值N，则：T=12/fosc=1μs 则 t=N×T=N×0.000001（s）。
　　根据普勒效应进行的推导：
　　1.1当障碍物静止时（由于正常人的速度是1.2-1.5m/s，所以假设盲人的速度为1m/s）
　　当波源和接受者有相对运动时，我们都知道会产生多普勒效应，所以我们根据多普勒原理测出距离及速度。V波=331.4
　　根据多普勒原理我们得到： f测=（V波 +V人）/（V波-V人）*f
　　人距离障碍物的距离 S=1/2V人*t+1/2V波*t
　　到达障碍物所需的时间 t=S/V人
　　1.2当障碍物为高速运动的物体时
　　这里由于是相对运动的人和高速运动的物体，所以我们可以直接认为人是静止的，而高速运动的物体的速度相当于物体的速度加上人的速度，所以接收器接收到的频率是：f测=（1+V车/V波）f
　　障碍物与使用者的距离：S=1/2（V波*t-V车*t）
　　障碍物撞到盲人的时间： t=s/V车
　　2 设计方法
　　根据此原理原理，设计所需电路以及单片机的c语言编程，最终利用电路仿真软件进行模拟仿真。将作品所需要的各电路模块画在Multisim仿真软件上，电路图连接好之后，加入各模块的编译程序；接着进行仿真，得出仿真测试的数据，包括反应时间，仿真参数等，然后将获得数据与之前的理论范围相对比，判断这个反应时间是否可行。
　　表1数据结果
　　根据播到单片机中返回的超声波的频率以及温度（温度不同超声波传播速度不同）的判断得到不同速度，并且根据我们在单片机中设定的程序，单片机控制不同的声音发出从而得以对盲人起到警示的作用。
　　因外界溫度不断在变化，造成在声速的测定上造成一定的误差，从而导致测量的速度有一定的误差，但误差应在2%以内。
　　4 结束语
　　创新就是我们从发现问题到解决问题的过程，当我们发现，盲人需要一双“眼睛”来看周围的情况，我们开始着手研究这个盲人拐杖。但因为我们的能力有限只能研究两种情况，当障碍物静止和当有运动的障碍物的迎面而来时这两种情况。
　　本设计需要输入温度，若再加一个自动测温系统，可以直接测到外界的温度，可以在一定程度上减小误差。
　　参考文献：
　　[1]李建忠.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008
　　[2]刘典文等.基于单片机STC89C51设计的超声波测距仪[J].中国新技术信产品，2010
　　[3]张友德、赵志英、涂时亮.单片机微型机原理、应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，1992
　　作者简介：
　　裴柳（1993～），女，汉族，河北省秦皇岛市人，重庆交通大学交通运输学院，2012级本科生，交通信息与控制工程专业。