基于TMS320F28027的太阳能多功能智能导盲杖研究

摘  要： 设计了一款基于TMS320F28027的太阳能多功能智能导盲杖，由太阳能电源管理器、带温度补偿的新型超声波探测器、数码管显示、振动电路、语音音频电路、LED指示以及键盘等模块组成。简易装置完成后，经测试达到满意的效果。该智能导盲杖节能、方便，性价比高，易于产品化和市场化。
关键词： 导盲杖；TMS320F28027；语音；温度补偿；新型超声波
   
     国内外现有的导盲杖一般仅有障碍检测和语音播报功能，且价格昂贵[1]。美国产品在300～400美元左右，英国达到500英镑。日本最新研发的能感知人脸高度的电子导盲杖，能够感应到前方2 m脸部高度处的障碍物，但是它使用了两个超声波感应器，耗材成本高，一般用户难于承受，且功能较单一。
     本文设计了一款人性化更强、功能更多、性价比更高的智能导盲杖。该装置使用太阳能供电，不用频繁更换电池；选择TI公司的Piccolo系列C2000 DSC TMS320-
F28027微处理器作为控制器，其高效的计算能力、快速中断响应与处理能力以及低功耗的特点，增加了导盲杖的可靠性，仅需少量外围器件就能实现控制电路的设计；带温度补偿的新型超声波现代控制方法[2]，克服了传统超声波电路的不足，使距离探测灵敏精确。另外还增加了一些小功能，如语音报时、闹钟设置、高亮LED灯、数码管显示等，功能虽小，却给视觉障碍者的生活带来很多方便，既可以认路导航，也丰富了生活，构思精巧，实用性强。
1 总体设计方案及原理
1.1 总体设计结构
     本设计以TI公司的Piccolo系列C2000 DSC TMS320-F28027为主控制器。TMS320F28027芯片内置1.8 V电压调整器，可实现3.3 V单电源供电，功耗低；采用PQFP-48小型封装，内部集成2个振荡器，精度高达1%；其高精度PWM资源以及丰富的片内存储寄存器和串口通信接口，大大优化了系统的设计。系统主要由太阳能电源管理器、超声波探测模块、8位数码管显示驱动电路、语音音频电路、高亮LED灯模块和电机驱动模块组成。图1为系统总体控制框图。
   
   1.2 超声波测距原理
     超声波传播速度慢，指向性强，能级消耗缓慢，对色彩、光照度不敏感，同时超声波传感器结构简单、体积小、费用低、信息处理简单可靠，易于小型化与集成化，并且可以进行实时控制[3]。超声波测距的方法为回声探测法，发射换能器不断发射声波脉冲，声波遇到障碍物后反射回来被接收换能器接收，超声波接收器收到反射波即停止计时。根据计时器记录的时间就可以计算出发射点距障碍物的距离，距离与声速、时间的关系表示为：

2.2 带温度补偿的新型超声波探测电路
     由1.2节分析可知，超声波的传播速度会因为环境的温度变化而出现误差，对于超声波测距精度要求达到1 mm时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。图3、图4分别为超声波发送电路和超声波接收电路。