本发明涉及单片机技术领域，尤其涉及了一种以单片机为核心的双足机器人智能循迹装置。
背景技术：
人类在生活过程中的95%信息是通过视觉来获得的，而盲人生活在黑暗世界中，给他们的工作、生活和社交活动带来了极大的不便。如何安全行走是盲人生活过程中最大的问题。
盲人在独自行走时主要依靠一些传统的手杖以及导盲犬。简单常用的是普通的手杖,用它在地面上敲击,可帮助言人发現靠近的障碍物。但是，它的主要缺点是不能发现较远一点的障碍物及悬空的障碍物。因此手杖使用中有诸多的不便；然而导盲犬的训练周期过长且价格较高，不利于普及。
随着电子技术的不断进步和发展，人们对电子产品的需求转移到了为人类的生活服务上来。为了更好的帮助盲人行走，需要研发一种带有超声波的双足机器人智能循迹装置，可以对盲人前行道路上的障碍物进行距离的探测并把障碍物距离的信息转换成声音提示,盲人可以根据提示的声音，来达到辅助盲人安全行走，是现有技术中需要解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种双足机器人智能循迹装置，具备超声波距离检测功能，且经济实用、容易携带、功耗较小、检测范围全面、距离检测精度高、灵敏度高、抗干扰强的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：双足机器人智能循迹装置，包含安装在双足机器人智能循迹装置内部的单片机最小系统，以及与所述单片机最小系统电气连接的超声波距离检测装置、按键电路、语音提示电路，和为整个装置提供电能的电源电路；所述单片机最小系统由单片机、晶振电路、复位电路组成，所述单片机与晶振电路、复位电路电气连接；所述超声波距离检测装置包含超声波控制电路，以及与所述超声波控制电路电气连接的超声波信号发生器和超声波接收器；所述超声波接收器接收所述超声波信号发生器发出的碰到障碍物反弹回的超声波信号，所述语音提示电路接收单片机的数据进行播报警示；语音提示电路包括，与单片机电气连接的一个发光二极管、一个运算放大器和一个蜂鸣器。
作为一种优选方案，单片机采用at89c51单片机。
作为一种优选方案，复位电路采用上电自动复位电路。
作为一种优选方案，晶振电路采用12m的晶振。
作为一种优选方案，超声波距离检测装置采用hy-srf04。
作为一种优选方案，单片机与所述晶振电路产生脉冲，通过三极管将脉冲放大后传送给超声波距离检测装置。
作为一种优选方案，智能循迹装置还设置有显示电路，所述显示电路采用led数码管或/和液晶显示屏显示。
作为一种优选方案，双足机器人智能循迹装置安装超声波距离检测装置时应保持两个换能器中心轴线平行并且相距4～8cm。提高距离检测的精度以及灵敏度和抗干扰的能力。
作为一种优选方案，超声波接收器外部设置有金属壳。提高抗干扰能力。
作为一种优选方案，双足机器人智能循迹装置底部还设置有驱动轮，所述驱动轮还连接有驱动电机，所述驱动电机用以驱动所述驱动轮行走。或者还可以采用手推的方式，推动驱动轮行走。
作为一种优选方案，双足机器人智能循迹内部设置有给所述设备供电的充电锂电池组，所述充电锂电池组通过外接电源线给所述充电锂电池组充电。更进一步的，充电锂电池组还能连接太阳能电池板，给设备供电，保证设备的电量充足。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明具备超声波距离检测功能，且经济实用、容易携带、功耗较小、检测范围全面的特点。依据超声波测距原理，双足机器人智能循迹装置来帮助盲人行走。超声波双足机器人智能循迹装置是为盲人提供环境指引的辅助工具。通过超声波传感器来对周围环境进行探测，然后将探测的信息反馈给盲人，以此将他们所需要的视觉信息进行转化便于盲人感知。
附图说明
图1是本发明的智能循迹原理框图；
图2是本发明的智能循迹电路图一；
图3是本发明的智能循迹电路图二；
图4是本发明的智能循迹主控制流程图；
图5是本发明的智能循迹的显示数据流程图；
图6是本发明的智能循迹的报警流程图；
图7是本发明的智能循迹的按键控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例
如图1~7所示，双足机器人智能循迹装置，包含安装在双足机器人智能循迹装置内部的单片机最小系统，以及与所述单片机最小系统电气连接的超声波距离检测装置、按键电路、语音提示电路，和为整个装置提供电能的电源电路；所述单片机最小系统由单片机、晶振电路、复位电路组成，所述单片机与晶振电路、复位电路电气连接；所述超声波距离检测装置包含超声波控制电路，以及与所述超声波控制电路电气连接的超声波接收器和超声波传感器；所述超声波接收器接收所述超声波信号发生器发出的碰到障碍物反弹回的超声波信号，所述语音提示电路接收单片机的数据进行播报警示。
本发明中，单片机采用at89c51单片机；本发明结构简单，干扰小，故采用上电自动复位，在通电的瞬间，在r•c电路充电过程中，rst端出现正脉冲，因此使单片机复位。单片机的晶振电路主要由一个12m晶振和两个小容量电容c1、c2组成，其中电容c1、c2用于将晶振的输出脉冲频率稳定在12mhz，晶振两端将持续不断的向单片机输入12mhz的脉冲频率。更为具体的，晶振电路的主要作用是在周期时间内，晶振输出脉冲信号给单片机，以此来让单片机能够按照时钟信号的指示来完成动作。超声波距离检测装置采用hy-srf04；单片机与所述晶振电路产生脉冲，通过三极管将脉冲放大后传送给超声波信号发生器；智能循迹装置还设置有显示电路，所述显示电路采用led数码管或/和液晶显示屏显示。
进一步的，hy-srf04超声波传感器可以提供2cm-450cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达到3mm。hy-srf04超声波传感器包括了超声波控制电路，以及与所述超声波控制电路电气连接的超声波信号发生器和超声波接收器。它的基本工作原理是采用i0口trig触发测距，给它至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40khz的方波，它会自动检测是否有信号返回；若有信号返回，i0口echo则会输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速）/2。超声波测距是借助于超声波发射接收时间来实现的。超声波由超声波传感器发出到接收所经历的时间为t，在空气中的传播的速度为c，所以从传感器到目标物体的距离d可用下式求出：d=ct/2。经发射头发射长约6mm，频率为40000hz的超声波信号，此信号被物体反射回来后由接收头接收，接收头实际上是一种压电效应的换能器，它接收信号后产生mv级微弱的电压信号。
具体的，本发明中，超声波传感器的中心工作频率为40khz，当偏离这个频率时，它的接收器灵敏度将会明显降低，具体可以从超声波传感器的特性曲线中得知。当发送40khz频率时，接收的信号最强，因此距离也就最大，而当偏离时，探测的距离也会缩短。然而对产生40khz的驱动信号，方法有很多种，可以选用电感、电容振荡元件来完成信号的发生器，但是它的频率稳定性较差，不太容易调准，所以制作成功的可能性相对较小。在本发明中，选用单片机作为信号的发生电路，因为采用了频率稳定性好的晶振作为系统的时钟，所以有极高的稳定性，因此产生的驱动信号也比较稳定，当编制不同的程序时，也可以得到不同的频率输出。
电路以接收到的信号强度值作为障碍物的判断依据，所以对起控点的选择也是本设计制作成功关键性的一部分。因为反射回来的超声波信号的强弱与环境因素有关，所以在调试时必须要非常细心，注意在改变距离时，实际的直流控制电压的大小，要合理地选择好电压比较环节的起控点，进而达到距离小于设定值时的报警。进一步的，距离的设定通过按键电路进行调节设定，按键的主要作用是有效距离的可调，功能键第一下是调整距离上限，再次按功能键调整距离下限，再按功能退出设定。
进一步的，语音提示电路是由一个发光二极管、一个运算放大器和一个喇叭组成的。r25的电阻值为1k，r26的电阻值为10k。二级运算放大器采用了f007芯片，两级放大电路都是负反馈接法，即为反相比例运算电路，而在反相比例运算电路中，输入信号从反相输入端输入时，同相输入端接地，根据“虚断”和“虚短”的特点，即i=i+=0，u=u+。而所谓“虚短”是因为理想集成运放au0→∞，所以可认为两个输入端间的差模电压近似为零，即uid=u=+≈0，即u=u+；而u0具有一定值，因为两个输入端间的电压为零，它又不是短路，所以称为“虚短”。而“虚短”是因为理想集成运放的输入电阻为rid→∞，所以可认为输入端不进电流，即i=i+≈0，这样输入端相当于断路，而不是断开电路，成为“虚断”。而在电路中，反相输入端与地端等电位，又因为不是真正接地，所以这种情况成为“需地”，所以ii=ui/ri，if=（u_-u0）/rf=-u0/rf，又因为i_=0，ii=if，则可得u0=(rf/ri)ui，所以可将信号进行放大。
具体的，所述显示电路采用led数码管显示。所述led数码管行程的led显示屏在单片机中一般用来显现各种字符，由于他使用寿命长，显示清晰，不易损坏，所以使用非常广泛。动态和静态显示是led的两种显示方式，本发明采用将全部显示器的八个笔划段a-h同名端连在一起的动态显示接口电路，i/0线控制每个显示器的公共极com。在单片机向字段出口输出字型码时，全部的显示器都会接收到同样的字型码，最后用哪个显示器由com决定。可以通过分时法，让每个显示器可以依次亮起。在这个经过中，每一位显示器都只会亮很少的时间。
具体的，双足机器人智能循迹装置底部还设置有驱动轮，所述驱动轮还连接有驱动电机，所述驱动电机用以驱动所述驱动轮行走。或者还可以采用手推的方式驱动轮行走。双足机器人智能循迹内部设置有给所述设备供电的充电锂电池组，所述充电锂电池组通过外接电源线给所述充电锂电池组充电。作为一种优选方案，充电锂电池组还能连接太阳能电池板，给设备供电，保证设备的电量充足。便于双足机器人智能循迹装置使用不受距离的限制，同时采用充电电池能使得设备能携带外出，外接太能电池板还可以给设备实时充电，尽可能保证设备电能充足，满足使用者的需求。作为一种优选方案，双足机器人智能循迹装置安装超声波距离检测装置时应保持两个换能器中心轴线平行并且相距4～8cm。提高距离检测的精度以及灵敏度和抗干扰的能力。超声波接收器外部设置有金属壳。提高抗干扰能力。
当双足机器人智能循迹装置开始测距时，stc89c51单片机内部开始工作，单片机的p01端产生10us的ttl，stc89c51单片机会在内部循环产生8个40khz脉冲信号，再经过内部自动放大，并会持续发射200us，在单片机的p32端接收的同时会输出一个回响信号。这个回响信号会与检测距离成一定比例关系。由stc89c51单片机，进行工作后p01口会产生40khz的脉冲信号，在经过三极管放大后来驱动超声波信号发生器，来产生超声波。超声波传感器的接收头与超声波信号发生器的发射头是相匹配的，将会把超声波调制脉冲转变成交变电压信号。经过运算放大器的两级放大后,电路内部压控振荡器的中心频率f0为1/1.r8c3，电容c4的作用是决定其锁定带宽。输入信号放大25mv，输出端p32由高电平越变为低电平，并作为请求中断的信号，然后送到单片机进行处理。启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器t0，利用定时器计数功能便记录超声波的发射时间与收到反射波时间。所以每当收到一个超声波反射波时，接收电路的输出端产生一个负跳变，产生出一个中断的请求信号，单片机响应这个外部中断请求时，自动执行外部中断，并读取时间差，计算距离。
双足机器人智能循迹装置使用者先进行上电复位等一系列操作过程，上电成功后将立即进入初始化阶段，在该阶段单片机将立即对其内部的ram和寄存器进行清零，确保单片机能够进行正常的数据运算，在单片机初始化完成后，通过单片机的晶振电路产生40khz的脉冲信号，在经过三极管放大后来驱动超声波信号发生器，来产生超声波，超声波在遇到障碍物后返回，通过超声波传感器的接收头接受超声波信号，通过将接收的超声波信号转化成电平值，通过比较发射超声波的电平值和接收后超声波转化的电平值的大小计算出使用者与障碍物之间的距离，通过led数码管将距离显示出来的同时还能通过语音提示电路将数据语音播报出来，实现障碍物的距离检测作用。本发明实现了一种双足机器人智能循迹装置，具备超声波距离检测功能，且经济实用、容易携带、功耗较小、检测范围全面的特点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。