基于TMS320F28027的太阳能多功能智能导盲杖研究

　　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：

　　式中 θ 为环境温度。 可见，超声波测距根据环境温度的不同会存在一定的误差。 因此为了让测距更加精确，需要加入温度补偿电路[ 4 ，5]。

　　2 主要硬件电路设计