摘 要
盲人由于先天或后天的生理缺陷丧失了视觉功能，因而在日常生活和安全行走方面受到了很大的制约。所以，为了协助盲人安全行进，提高他们的生活能力与人身安全，世界各国一直在进行着电子导盲系统的研制。
在此背景下，本文设计了一种基于STM32单片机测距的导盲系统。大体上可分为两部分进行设计：测距系统与电源管理系统。测距是通过超声波的发送和接收来检测盲人周围各个方向上一段距离内的障碍物信息，并将其转化为数字信号，使盲人从中获知其周围的情况，光敏电阻检测周围的光线强度，通过LED灯进行补光。本文是在基于STM32单片机控制测距原理的基础上，来确定目标范围内障碍物的存在，同时利用语音电路和振动电路来提示盲人检测到障碍物。在软件设计中主要包括：串行口初始化函数、障碍物距离检测程序、光照检测程序、声音处理程序，电子导盲仪作为一种便携式电子设备，电源的地位在其研究中占有十分重要的位置。电源管理系统会对电源电压进行实时监控，为系统提供稳定的电源以及根据电量的状态作出相应的反应，这是导盲仪整个系统稳定可靠的重要一环。
关键词：单片机；超声波模块；声音模块；光敏模块，电源管理系统
第3章 系统硬件电路设计
本系统由STM32单片机电路、光敏电阻检测电路、超声波电路、ISD4004语音模块电路、高亮LED灯电路、电源电路组成
3.1 系统总体结构框图
本次设计以模块化方式分块设计，通过将设计分成主控制模块，被控制模块和无线传输模块，分步完成相应模块，最终将各个模块整合到一起，完成设计，最终进行总体调试。从控制芯片和硬件电路的综合角度确立了系统结构框图，其中TM32单片机电路、光敏电阻检测电路、超声波电路、ISD4004语音模块电路、高亮LED灯电路、电源电路。具体框图如图3.1所示。
图3.1 系统组成框图
3.2 模块介绍
由于模块电路具有很多优点，所有的电路都用模块进行连接，这样既减少成本，有更加系统的稳定性。下面主要介绍几个模块电路。
3.2.1中央处理器
意法半导体的EnergyLite™超低功耗技术平台是STM32L取得业内领先的能效性能的关键。这个技术平台也被广泛用于意法半导体的8位微控制器STM8L系列产品。EnergyLite™超低功耗技术平台基于意法半导体独有的130nm制造工艺，为实现超低的泄漏电流特性，意法半导体对该平台进行了深度优化。在工作和睡眠模式下，EnergyLite™超低功耗技术平台可以最大限度提升能效。此外，该平台的内嵌闪存采用意法半导体独有的低功耗闪存技术。这个平台还集成了直接访存(DMA)支持功能，在应用系统运行过程中关闭闪存和CPU，外设仍然保持工作状态，从而可为开发人员节省大量的时间。
除最为突出的与制程有关的节能特色外，STM32L系列还提供更多其它的功能，开发人员能够优化应用设计的功耗特性。通过六个超低功耗模式，STM32L系列产品能够在任何设定时间以最低的功耗完成任务。这些可用模式包括:(在1.8V/25°C环境的初步数据)
· 10.4μA低功耗运行模式，32kHz运行频率
· 6.1 μA低功耗睡眠模式，一个计时器工作
· 1.3 μA 停机模式:实时时钟(RTC)运行，保存上下文，保留RAM内容
· 0.5 μA 停机模式:无实时时钟运行，保存上下文，保留RAM内容
· 1.0μA待机模式:实时时钟运行，保存后备寄存器
· 270nA待机模式:无实时时钟运行，保存后备寄存器
STM32L系列新增低功耗运行和低功耗睡眠两个低功耗模式，通过利用超低功耗的稳压器和振荡器，微控制器可大幅度降低在低频下的工作功耗。稳压器不依赖电源电压即可满足电流要求。STM32L还提供动态电压升降功能，这是一项成功应用多年的节能技术，可进一步降低芯片在中低频下运行时的内部工作电压。在正常运行模式下，闪存的电流消耗最低230μA/MHz，STM32L的功耗/性能比最低185μA/DMIPS。
此外，STM32L电路的设计目的是以低电压实现高性能，有效延长电池供电设备的充电间隔。片上模拟功能的最低工作电源电压为1.8V。数字功能的最低工作电源电压为1.65V，在电池电压降低时，可以延长电池供电设备的工作时间。
3.2.2 光敏电阻检测模块
暗电流：光敏电阻在室温条件下，全暗（无光照射）后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时在给定电压下流过的电流。亮电流：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流。光电流：亮电流与暗电流之差。光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小则性能越好。也就是说，暗电流越小，光电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越高。实用的光敏电阻的暗电阻往往超过1MΩ,甚至高达100MΩ，而亮电阻则在几kΩ以下，暗电阻与亮电阻之比在102～106之间，可见光敏电阻的灵敏度很高。CdS光敏电阻的光照特性。在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关。光谱特性与光敏电阻的材料有关。从图中可知，硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。
在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。分别表示照度为零及照度为某值时的伏安特性。在给定偏压下,光照度较大，光电流也越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现 象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻。
第4章 软件设计
4.1 Keil MDK
Keil MDK是美国Keil Software公司出品的STM32系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil MDK软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil MDK生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil MDK开发系统各部分功能和使用，界面如下图4.1所示。
图4.1 KEIL运行界面
4.3系统源程序设计
本系统设计主要采用Keil MDK软件编写与调试程序，程序语言采取易读性和移植性更高的C语言编写。主程序的功能是完成系统的初始化、信号采集及处理、。系统运行时，主程序调度光照和距离检测，首先进行模块初始化，并对系统中各种全局变量进行初始化，之后开始不断扫描光照和距离并根据不同的信号输入执行不同的程序模块。系统运行流程图如4.2所示和子程序流程图如图4.2所示。
图4.2 系统运行流程
图4.3 子程序流程图第5章 焊接与系统调试
5.1 电路焊接
手工焊接是传统的焊接方法，虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了，但对电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接。焊接质量的好坏也直接影响到维修效果。手工焊接是一项实践性很强的技能,在了解一般方法后,要多练;多实践,才能有较好的焊接质量。手工焊接握电烙铁的方法,有正握、反握及握笔式三种。焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便。
手工焊接一般分四步骤进行：
准备焊接:清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。
加热焊接:将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或银子轻轻拉动元器件,看是否可以取下。
清理焊接面:若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉(注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上，用光烙锡头"沾"些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头"蘸"些焊锡对焊点进行补焊。
检查焊点:看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。
5.2 系统调试
系统焊接完成后并以一定是可用的，很有可能会有部分电路焊接错误，或其他原因导致系统不能工作，要通过多次调试使系统达到最佳的工作状态。另一方面，该系统是软硬件配合工作的，软件不同，系统的工作效果也不会相同，软件移植到新的硬件工作平台上都需要进行调试。在电路板通电之前，大概观察下电路板上是否存在问题，例如是否有明显的裂痕，有无短路、开路等现象，再用万用表检查一下电源跟地线之间的电阻值是否够大，以确保通电安全。
5.2.1 系统程序调试
(1) 在Keil MDK软件中先创建一个工程：单击菜单栏中的“工程”，输入新建工程名“智能教室安防检测设计”，并保存；然后器件选择“”目录下的“STM32”。
（2）新建用户源文件：在新建的空白文本中编写程序源代码，编码完成保存文件并文件拓展名“智能教室安防检测设计.c”，新文件创建完成。
（3）程序编译和调试：单击编译按钮，系统会对文件进行运行，在输出窗口中可看到提示信息，如图5.1.1中有一个error，按提示找出错误并改正，直到提示没有错误为止，如图5.1.2所示。
图5.1.1文件编译信息
图5.1.2提示信息无错误
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