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双通道超声波导盲系统的研究

作　者: 姚翔
导　师: 邓亲恺
学　校: 第一军医大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 超声波传感器回声定位盲人自动增益控制数字电位器虚拟仪器
分类号: TH786
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 41次
引　用: 2次
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内容摘要

中国是世界上盲人数量最多的国家。盲人生活在黑暗的世界中，给工作、生活、社交活动带来了莫大的困难。如何安全行走，是盲人生活中最大的问题。经过长期的进化，蝙蝠演化出独特的超声听觉系统，在夜间中能自由飞翔并准确无误地捕捉猎物。蝙蝠通过回声的接收和处理，不仅可以探测到运动物体的存在、距离、方向和速度，还可以判断目标的大小、形状和结构。本课题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，在获得障碍物的距离信息的基础上，获得超声回波的强度信息，研制了一套导盲实验系统。本实验系统的硬件部分基于MSP430F149单片机，使用两组超声波探头，设计了双通道超声波发射和接收电路。使用数字电位器的自动增益放大电路，在获得障碍物的距离信息的基础上，获得超声回波的强度信息。使用独特的单峰滤波器，有效消除环境噪声的干扰。温度测量电路，获得环境温度，提高超声测距的精度。硬件上采用便携式、低电压、低功耗设计。单片机模块的软件采用C语言编写，模块化设计。采用双阈值法，实现自动增益控制。程序中使用中断嵌套和低功耗模式。为了加速设计进程，在声音模拟部分使用虚拟仪器设计。在PC机上进行虚拟仪器设计，图形化编程。其程序分为三个部分：数据接收，数据处理和声音模拟。模拟出一定频率和强度的声音，对应障碍物的距离和回波信号强度，对盲人进行提示。本课题的创新之处在于以往的导盲系统只获得障碍物的距离信息，本课题使用自动增益控制，获得超声回波的强度信息。回波强度可以初步提示障碍物的大小和材质，从而增加了对盲人提示的信息内容。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-22
  1.1 课题概述  9-10
    1.1.1 目的和意义  9
    1.1.2 主要工作  9-10
  1.2 导盲装置  10-14
    1.2.1 概述  10-11
    1.2.2 超声波导盲系统  11-14
  1.3 超声特性和超声测距原理  14-22
    1.3.1 超声特性  14-17
    1.3.2 超声传感器的原理及结构  17-18
    1.3.3 超声测距  18-22
第二章系统的仿生设计  22-27
  2.1 蝙蝠的回声定位概述  22-23
  2.2 回声定位的生理过程  23-25
  2.3 声波的基本结构  25
  2.4 声波的特性  25-26
  2.5 启发  26-27
第三章实验系统的设计与研究  27-59
  3.1 实验系统整体设计方案  27-28
  3.2 硬件系统的设计与研究  28-46
    3.2.1 概述  28-29
    3.2.2 MSP430单片机  29-32
    3.2.3 超声探头  32
    3.2.4 主电源和超声发射电源  32-33
    3.2.5 超声发射电路  33-35
    3.2.6 接收放大电路  35-41
    3.2.7 模拟开关  41-42
    3.2.8 参考电压  42-43
    3.2.9 串行通讯接口  43-44
    3.2.10 温度测量模块  44-45
    3.2.11 小结  45-46
  3.3 软件系统的研究与设计  46-59
    3.3.1 概述  46
    3.3.2 单片机模块软件系统  46-52
    3.3.3 虚拟仪器平台软件系统  52-59
第四章测试与分析  59-64
  4.1 测距误差分析  59-60
  4.2 温度系数的修正  60-61
  4.3 时间系数的修正  61-62
  4.4 测距数据分析  62-64
第五章总结与展望  64-66
  5.1 总结  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-70
论文附件清单  70-71
攻读硕士学位期间发表的论著  71-72
致谢  72-73

双通道超声波导盲系统的研究

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