泰山學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 山東 泰安 271021

1 系統(tǒng)的功能介紹

本項(xiàng)目采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)整體電路的控制，利用超聲波HC-SR04傳感器檢測(cè)周?chē)h(huán)境是否有障礙物，然后將傳感器檢測(cè)的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)送至AT89S52單片機(jī)控制器，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行比較、運(yùn)算、處理電信號(hào)以控制震動(dòng)、語(yǔ)音報(bào)警等系統(tǒng)。根據(jù)行人與障礙物距離的逐漸縮短，基于單片機(jī)的智能避障手環(huán)的震動(dòng)頻率會(huì)逐漸增加，報(bào)警音量也會(huì)增大從而使行人及時(shí)做出反應(yīng)，并且可以根據(jù)環(huán)境需要隨時(shí)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，同時(shí)也可以調(diào)節(jié)障礙物的檢測(cè)范圍，而且保留了基本的查看時(shí)間、日期等基本功能，方便行人查看時(shí)間。之后又增加心率采集分析、體表溫度測(cè)量、運(yùn)動(dòng)步數(shù)和運(yùn)動(dòng)距離等拓展功能，使功能更加完善。本項(xiàng)目主要從安全角度和實(shí)用角度方面考慮，基于單片機(jī)的智能避障手環(huán)的設(shè)計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)智能手環(huán)功能更加全面、智能化、便捷化、安全化，同時(shí)增加了安全環(huán)保、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目更加保障了行人出行的安全性，使老人、低頭族或者忙于交流的工作人員能及時(shí)躲避障礙物，以減少意外摔倒或其他危險(xiǎn)的發(fā)生，符合新型智能手環(huán)的發(fā)展趨勢(shì)[1]。

2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和原理

圖 基于單片機(jī)的智能避障手環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總方案

2.1 單片機(jī)控制模塊

采用低功耗、高性能的8位AT89S52控制芯片，其主要目的是作為各部分器件的核心，對(duì)整體電路進(jìn)行整體控制，驅(qū)動(dòng)各個(gè)傳感器模塊，同時(shí)發(fā)送控制信號(hào)以及接收傳感器檢測(cè)的相關(guān)信息，并將接收和發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，重復(fù)接收發(fā)送過(guò)程，從而連接各個(gè)部分的元器件，將功能進(jìn)行綜合化。

2.2 超聲波避障模塊

單片機(jī)的智能避障手環(huán)的超聲波避障部分主要利用超聲波HC-SR04傳感器來(lái)檢測(cè)周?chē)h(huán)境是否存在障礙物，經(jīng)過(guò)超聲波HC-SR04傳感器發(fā)射端的震蕩來(lái)發(fā)射超聲波，之后進(jìn)行相關(guān)反射波的接收與定時(shí)器的計(jì)數(shù)，計(jì)算出相應(yīng)的距離，然后將傳感器檢測(cè)的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)送至AT89S52單片機(jī)控制器。

2.3 語(yǔ)音、震動(dòng)模塊

語(yǔ)音、震動(dòng)模塊則是采用SYN6288中文語(yǔ)音芯片，其表面具有最小SSOP28L封裝貼片，而且音色圓潤(rùn)音質(zhì)較好，具有極高的性?xún)r(jià)比。同時(shí)語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)是將單片機(jī)控制器處理之后的超聲波信號(hào)進(jìn)一步檢測(cè)，并經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后，若檢測(cè)到障礙危險(xiǎn)信號(hào)就會(huì)發(fā)布震動(dòng)信號(hào)和聲音報(bào)警信號(hào)，然后通過(guò)控制開(kāi)關(guān)，可以控制語(yǔ)音模塊音量大小的調(diào)節(jié)和震動(dòng)頻率大小的調(diào)節(jié)。

2.4 心率采集模塊

采用ADS1292心電測(cè)量模塊來(lái)采集運(yùn)動(dòng)者的心率。其優(yōu)點(diǎn)在于：集成度高和性能出色。通過(guò)ADS1292心電測(cè)量模塊可以方便采集心電和呼吸信號(hào)，呼吸信號(hào)的檢測(cè)則采用了阻抗檢測(cè)的方法，將高頻信號(hào)輸入人體，在經(jīng)過(guò)電路濾波后計(jì)算而來(lái)。低功耗性能可達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控的目的。集成度高在于ADS1292傳感器集成了心電采集所需要的各部分部件，設(shè)備小型方便。同時(shí)ADS1292在模塊上增加了數(shù)字電路與模擬電路信號(hào)隔離芯片，高抗干擾，雜波少，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，精確度更高。

2.5 溫度測(cè)量模塊

使用LMT70溫度傳感器對(duì)體溫進(jìn)行測(cè)量。LMT70是一種高精度、低功耗的溫度傳感器。其利用超低自發(fā)熱特性，在其溫度范圍內(nèi)保持高精度優(yōu)點(diǎn)。LMT70溫度傳感器將其檢測(cè)信號(hào)進(jìn)而通過(guò)控制器處理，最終得到人體當(dāng)前體溫并顯示在智能手環(huán)顯示屏上。

2.6 加速度檢測(cè)模塊

采用MPU6050加速度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)使用者運(yùn)動(dòng)信息，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)步數(shù)和運(yùn)動(dòng)距離。通過(guò)MPU6050加速度傳感器來(lái)獲取運(yùn)動(dòng)信息，并由控制器接收檢測(cè)信息進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算處理后，得到使用者的運(yùn)動(dòng)步數(shù)和運(yùn)動(dòng)距離等相關(guān)信息，最終顯示在避障智能手環(huán)顯示屏上。

2.7 時(shí)鐘功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

時(shí)鐘模塊主要以定時(shí)器中斷為主，打開(kāi)一個(gè)定時(shí)器中斷，中斷時(shí)間為0.1s，累計(jì)600次加一分鐘，累計(jì)60分鐘加一小時(shí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

我們采用單片機(jī)控制電路，運(yùn)用超聲波HC-SR04傳感器探測(cè)技術(shù)與實(shí)時(shí)提醒功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)行人周?chē)h(huán)境障礙物的防摔倒警報(bào)功能，同時(shí)也可以通過(guò)調(diào)節(jié)障礙物的檢測(cè)范圍，進(jìn)一步提高智能手環(huán)的安全避障功能，而且保留了傳統(tǒng)手環(huán)的查看時(shí)間日期等基本功能，方便行人查看時(shí)間，并且實(shí)現(xiàn)了心率采集分析、體表溫度測(cè)量、運(yùn)動(dòng)步數(shù)和運(yùn)動(dòng)距離等拓展功能，使功能更加完善。無(wú)論從項(xiàng)目的安全性還是實(shí)用性方面，基于單片機(jī)的智能避障手環(huán)不但繼承了傳統(tǒng)手環(huán)的基本功能，更是為行人尤其是青少年，增加了避障防摔倒的實(shí)用性功能，不失為一個(gè)好的功能實(shí)用性項(xiàng)目。