基于51单片机的智能拐杖系统的设计

[导读]本设计的控制系统主要包括:倾斜模块、超声波模块、语音模块、光敏电阻模块及电源等。

目前，随着人口老龄化程度的增加，老年人出行经常会遇到一些困难，为了帮助老年人避免一些常见的出行困难，使老年人出行更加顺利，子女在家更加放心，可以通过报警装置在检测到拐杖跌倒或者前方有障碍物进行报警，或者在老人休息时放音乐，实现安全出行。

1 控制系统总体方案设计

本设计的控制系统主要包括:倾斜模块、超声波模块、语音模块、光敏电阻模块及电源等。

STC90C51RC/RD+系列单片机是STC推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

内部集成MAX810专用复位电路，当时钟频率在6 MHz时，该复位电路是可靠的;当时钟频率在12 MHz时，勉强可用。在要求不高的情况下，可在复位脚外接电阻电容复位。

1.2 HC-SR04超声波模块IS-015的情况下，测距范围更远，可达6 m,远超一般超声波测距模块。采用CS-100A超声波新版HC-SR04,性能远超老版HC-SR04,US-015;在测距精度高于老版HC-SR04和测距SOC芯片，高性能，工业级，宽电压、低价格，只有普通超声波测距块一半的个格，而性能远超普通超声波测距模块。性能与US-025A相同，均采用CS-100A芯片，接口完全兼容。

1.3 GM55系列光敏电阻特性制成不同形状和受光面积的光敏电阻广泛应用于玩具、灯具、照相机等行业。光敏电阻模光敏电阻是一种半导体材料制成的电阻，其电导率随着光照度的变化而变化。这-块对环境光线最敏感，一般用来检测周围环境光线的亮度，触发单片机或继电器模块模块在环境光线亮度达不到设定阈值时，DO端输出高电平，当外界环境光线亮度超过设定阈值时，DO端输出低电平;DO输出端可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高电平，由此来检测环境的光线亮度改变;DO输出端可以直接驱动继电器模块，由此可以组成一个光控开关。小板模拟量输出AO可以和AD模块相连，通过AD转换，可以获得环境光强更精准的数值。

1.4 MY1690-12P语音模块

MY1690-12P是深圳市迈优科技有限公司自主研发的一款小巧的微集成MP3模块。采用MY1690-16S MP3主控芯片，支持MP3、WAV格式双解码。模块最大支持32G TF卡;也可外接U盘或USB数据线连接电,脑更换SD卡音频文件。该模块内置3 W功放，可以直接驱动3 W的喇叭，使用更方便。

2 系统软件设计

该软件的开发采用了模块化的方法。控制系统首先对各个模块进行硬件初始化，其中主要包括对超声波掉块、光照道块，时钟道块等进行初始化，当控制系统对各个道块初始化之后，STC51单片机分别从倾斜模块、超声波模块、光照模块得到拐杖的物理状态(是否摔倒)、当前障碍物存在情况、环境光亮度，并将信息进行语音播报。如果拐杖处于倾倒状态，则单片机会驱动语音模块进行报警，并且此时其它模块都将停止工作;如果障碍物与拐杖的距离短于设定的距离时，STC51单片机驱动语音模块提醒前方有障碍，如果拐杖所处的环境亮度变暗时，则LED灯会自动打开，否则，单片机会等待指令的下达。该

本文设计一款基于AT89C51单片机的智能拐杖系统，可以通过报警模块在检测到老人出行的危险行为后进行报警提醒，实现安全保护，当倾倒传感器检测到智能拐杖倾倒时，会亭止其他功能并进行报警，避免老人摔倒未被及时发现;当超声波传感器检测到智能拐杖前方出现障碍时，可以进行报警，当光敏传感器检测到环境亮度的亮暗发生变化时，会自动地开关灯以方便出行。此款智能拐杖控制系统操作较为简单、功耗较低，对老年人出行具有辅助作用，从而避免老人出行遇到危险并警示，具有一定的实际应用价值。