时间/ms 4 6.9 8.4 10 14 18.2
峰峰值(平均)/V 2.38 2.02 1.38 1.24 0.82 0.5
利用WolframAlpha进行回归分析有
多径问题
多径问题
多径问题
串扰问题的改善
经过观察和测 量，可知串扰 波形大约持续 4ms，峰峰值 为2.04V
当障碍出现在串扰区域中可知，障碍物的回波峰峰值可达2.6V， 超过串扰峰峰值，因此可使用回波峰峰值和串扰峰峰值之间的某 值作为串扰时间内的阈值，可极大地减小盲区。实际采用了2.2V， 可将盲区缩减至几毫米。
完整电路图
完整硬件实物图
第二级放大后的输出波形
*测试障碍物为天花板
输入到ADC的包络波形
*测试障碍物为天花板
分压点干扰波形
*测试障碍物为天花板
超声测距技术是使用超声波传感器进 行障碍探测的基础，也是影响本设计 导盲效果的关键技术。因此选择正确 高效的测量算法将能更好地实现导盲。
脉冲回波法
到的回声的强度过小，经过单片机的AD采样 后可能无法辨识出回声波形。
1.MSP43OF449单片机模块
此模块是本系统的中心处理模块，所有的数 据都需要通过此模块进行处理。而且此模块 还应该提供超声波发送通道的40KHz的高频 信号激励，同时还必须提供对超声波发送与 接收通道以及驱动声音通道的控制信号。
直流检测 因本设计为手持设备，使用电池，可能 会有直流漂移，因此每次回波检测前都 对直流成分进行采样，而将交流成分和 阈值都看成相对量，具有比较好的灵活 性。
报警输出
报警距离/m 5.2 3 1.2 0+ 0
间隔/s 4 2 0.18 0 0
频率/hz 261 261 522 4176 4772
系统向测量目标发射超声波脉冲然后接收相应的反射 波。MSP430 集成的模拟比较器A 用于检测到达系统 的回声。超声波脉冲从系统到目标然后反射回系统所 需的时间可以由MSP430精确的测量。
本系统没有近距离的测量盲区，能够测量的最 大距离为3M。回声的强度取决于反射物的材 质形状、和尺寸。地毯之类的吸音材料或者反 射面积小于两平方英尺的物体反射能力很弱， 这类目标最大测量范围相对较小。当系统接收
3.接收模块
通过接收探头接 收回来的信号， 经过两级放大电 路后，然后通过 包络检波，以及 电压跟随电路给 单片机的AD模块 采样。
4.报警模块
此模块需要单片机 根据返回的距离数 据产生声音信号。 当障碍物较远时， 发出间隔较长的嘟 声；当障碍物的距 离比较近时，发出 间隔较长的嘟声， 声音的频率根据距 离的长短平滑变化。
• 导盲范围：0~300cm • 测量倾斜角：±20° • 报警音：音调能平滑地随距离的变化而变
化。具体表现在距离越远，音调越低；距 离越近，音调越高。
器件名
MSP430f4 49 CD4049
生产厂商 TI
TI
TL084CN TI
AMS1117 TI
WSA1640H12 扬声器
9V电池
成本分析
功能 单片机
自适应阈值算法补充
在实际测试时发现，本仪器对人等柔软物体的探测不够稳定， 因为柔软物体可吸收大量超声波，导致回波无法超过阈值。 使用补充的峰值检测算法能在一定程度上改善这种问题。 思想是每次阈值检测和峰值检测同时进行，若本次阈值检测 未成功，则看上次阈值检测是否检测到回波，若有，则与本 次峰值检测结果进行对比。如相差不大，则采用本次峰值检 测结果。
功能简介
• 本项目旨在利用超声波测距技术设计一种 新型，轻巧，方便的导盲仪，为盲人提供 导行服务。仪器工作时，由发射探头发出 一定频率的超声波，一旦超声波遇到障碍 物，将被反射回来，由接收探头接收。接 收信号经滤波，放大处理后转换为音频信 号，盲人通过报警间隔和音调的高低即可 很方便地辨别前方存在障碍物以及自己与 障碍物的大致距离。
数量 1
单价（元） 总价（元）
4040ຫໍສະໝຸດ 六非门12
2
单路运算放 1
2
2
大器
线性稳压器 1
2
2
超声波发射/ 1(对)
15
15
接收头
1
3
3
供电
1
4
4
电阻、电容 共计
若干
5
73
超声波发射电源
功能模块图
超声波发射通道
发送模块
MSP430F449单 片机
包接络检波电路 收
放大电路 模 块
超声波接收通道
报警模块
驱动声音通道
具体工作原理
当声波受到尺寸大于其波长的目标物阻挡时就会发 生反射，反射波称为回声。如果声波在介质中传播的 速度是已知的，测量声波从声源到达目标然后返回声 源的时间，声源到目标的距离就可以精确地计算出来。
主 程 序 流 程 图
初始化
直流测量是 否结束
N
Y
;
记录直流分量 报警数据处理
报警逻辑处理
回波检测开始
N
是否超时
Y
回波检测
是否收到回波
Y
报警数据为阈值检测结果
N
N
上次是否收到回波_ Y
报警数据为峰值检测结果
是否超时time
Y
;
关报警
N
为阈值检测结果
测 距 报 警 程 序 流 程 图
相应技术指标
MSP430单片机实验箱
2.发射模块
• 此模块接受单片 机提供的高频 (40kHz)信号激励， 通过功率放大后， 经由超声波换能 器发射中心频率 为40kHz的超声 波。
超声波发射探头
型号 中心频率
声压 灵敏度 方向角 静电容量 工作温度
TC40-16T TC40-16R 40.0±1.0kHz ≥114dB ≥-68dB 60°(-6dB) 2500pF±20% -20~+70℃
障碍
常用的回波检测算法
1．阈值检测法 2．基于互相关函数的时延估计法 3．最小均方自适应时延估计法 4．基于小波变换的方法
超声波的衰减 声波 在 媒 质中传播时，其强度随传播距离 的增加而逐渐减弱的现象，统称为声衰减。 声波的衰减主要分为以下三种主要类型: 吸收衰减 散射衰减 扩散衰减
稳定情况下对木板的测量数据