1设计方案
1.1 超声波传感器
超声波传感器由以下部分构成：
图1.1：工作原理框图
框图中，单片机为核心控制部分，根据设定的工作方式，产生40kHz方波，经过驱动电路 驱动超声波发生器发出一簇信号。单片机此时开始计时。
接收回路为谐振回路，将收到的微弱回波信号检出，送信号放大电路放大，收到产生脉冲 输出送单片机中断端，单片机收到中断信号后停止计时，计算出距离值，保存等待读出或直接 经UART送出。接收过程中，单片机定时控制放大电路的增益，逐渐提高，以适应距离越远越 弱的回波信号。
核心器件为STC12LE4052、TL852、16mm超声波收、发器。采用5V供电，因为5V是最常见的工作电压，便于日后将传感器应用于装置中。为了减小干扰，选用了3.3V供电的单片机，使用的1117-3.3三端稳压器将5V降 到3.3V，减小电源扰动的影响，增加可靠性。
1.1.1 超声波发射部分
图1.2：超声波发射驱动电路
图中，Send_Ctrl、Cut_Off端由STC12LE4052控制。此单片机的I/O口可设置为推挽输出模式（这是经典51不具备的），拉电流、灌电流均可达20mA，保证了D882有足够的驱动能力和快速的通断性能。 变压器的次级电感与发射器（发射器为容性，一般为2400p左右）构成谐振回路，好处是提高了发射效率，但副作用是发射后的余波时间较长，导致近距离的回波被淹没。所以电路中设计了2种余波抑制电路。一个是R6，通过增加谐振回路的损耗加速余波结束，这种方式不需要控制，但由于同时也消耗了发射的功率，所以阻值不能太小，导致衰减效果不明显。 另一个电路由R4、R5、P1构成，由单片机控制，在发射完脉冲后将P1导通，强制短路变压器初级，快速消耗掉谐振能量，达到消除余波的目的，电阻R5越小，效果越好，但带来的问题是：如控制失灵，会导致短路，烧坏P1或N1。 所以在电路中设计了一个跳线器，在软件没有调试好之前断开，避免无谓的损耗。 变压器升压比设计为20倍，实际输出电压约为 50V峰值。
1.1.2 超声波控制部分
STC12LE4052为一种改进型的51兼容单片机，指令集及主要架构与经典51相同，硬件资源略有增加：
1) 增设了2通道PCA（可编程计数器阵列），弥补了经典51定时器功能“偏弱”的缺 陷。
2) I/O口改进为可设置方式，支持：51准双向、高阻输入、OC输出、推挽输出四种模式，简化了外部硬件设计。
3) 指令速度大大提高了，将原来的12时钟为一个机器周期改进为 2 –3个时钟周期，指令速度平均提高为原来的8倍左右。
4) 计时时钟保留12分频模式，新增了2分频模式，提高了计时精度。
后两点对于超声波测距应用有益，指令速度快可减少响应延时的不确定，计时精度高可提 高分辨率。
MCU端口资源分配如下：
P10 - P13 —— 控制TL852增益，设置为OC输出，852内部有上拉电阻。
P14 - P17 —— 保留 P30（RXD）、P31（TXD） —— UART通讯
P32（INT0） —— 接SOUT端，作为超声波发射时的852输出抑制，置为OC输出。
P33（INT1） —— 超声波接收输入，设置为输入
P34 —— 产生超声波发射方波，设置为推挽输出模式
P3.5 —— 控制P1，用于衰减余波，设置为OC输出模式
P37 —— 工作指示灯，设置为OC输出模式
1.1.3 超声波接收部分
因为产生波形和计时都容易解决，而准确的检测出回波信号才是决定传感器是否成功的关键。由专用超声波接收集成 电路TL852 构成的超声波信号检测电路。这是按照TL852手册上的推荐电路设计的，参数是针对40kHZ频率的。 这部分完成了回波的放大和检出。其主要特色是选频和变增益，此外是灵敏度改变比较容易。
1.1.4 器件选择和PCB设计
PCB设计尺寸约为42X43 mm，设置了2个安装孔，孔距和GP2D12相同，便于替换原来使用GP2D12的场合。PCB版图如下：
图1.3：PCB版图
2.软件设计思路
传感器的功能设计如下： 传感器上电处于待命状态，等待系统命令做以下操作：
1) 可以支持连续测量，并存放最近8次数据，测量周期可以由系统设置。在此状态下， 系统根据需要读取数据。
2) 可以支持连续测量，并且将每次的数据返回给系统，由系统进行需要的后处理。
3) 可以接受系统命令，返回待命状态。
4) 可以支持单轮测量，即系统发出命令通知传感器，采集几次数据，传感器可做基本的数 据处理，如取平均、剔除最大最小值，完成后返回这组数据后，恢复到待命状态。 此外，为了便于调试，增加读、写单片机内存的功能。
3创新点和缺点
3.1 创新点
1.可以语音播报提醒盲人前方有障碍物，提高盲人出行的安全性。
2.可以通过光敏电阻检测周围亮度变化，并控制LED灯的亮度来提醒周围行人有盲人在附近。
3.可以通过震动来提醒盲人前方有障碍物，提高盲人出行的安全性。
4.在51单片机上设计有数码管显示，可以为程序调试提供方便。
3.2 缺点
1.未能实现盲杖和手环的连接。
2.盲杖的外形没有应对设计出的单片机进行设计
总结
在研究方面，最深的体会就是要善于勤于思考，主动去学习。以前我们掌握的知识仅仅只有C语言编程和一些简单的电路基础，但是在实际中应用中发现远远不够，我们像雨后的春笋一样疯狂吸收知识，我们相信，付出会有回报，有可能现在看不到但是终将留下痕迹。感触同样深刻的是，永不言败和永不放弃才是探索世界的真谛。
