一种34位MCU超声相控阵导盲系统设计

　　引言

　　根据世界卫生组织公布的数据，全世界目前有3 000多万人目盲，其中约有18％是中国人。针对盲人行动不便的情况，本文介绍了一种基于超声相控阵的盲人避障系统。

　　本文综合超声波的导盲设计，采用超声相控阵技术对障碍物进行探测，核心控制器件STM32为ST公司推出的基于CORTEX内核的32位MCU，具有丰富的外设和强大的数据处理能力。通过它对外围威廉希尔官方网站 的控制，及其强大的信号处理能力，实瑰障碍物的探测以及环境的判断。

　　1 系统组成及原理

　　本设计是利用意法半导体有限公司推出的基于CORTEX 内核的高性能 32 位 MCU，STM32F103RBT6为核心硬件。多个超声探头按照一定规则组成的超声相控阵，通过芯片与探头及外围威廉希尔官方网站 共同组成的信号发送与识别系统完成导盲避障功能。系统工作原理方框示意图如图1所示。

　　系统采用超声相控阵以多发一收的形式完成障碍探测。具体方案如下：超声信号的工作频率是40 kHz，首先STM32F103RBT6 MCU产生40 kHz的方波信号，工作时各个探头按照预定的延迟时间依次发送5个周期的方波信号。根据不同的延时时间，超声相控阵发出的信号能够在前方9个点实现不同情况的聚焦。这9个点分布于超声相控阵前方的左、中、右3个方向上，每个方向有上、中、下3个点。其中左右以及上下方向的偏转角度设为30°。聚焦深度为1．5 m。信号从发射到在聚焦点返回，所需时间约为8．8 ms。所以发送完信号后经过8 ms的延迟，打开接收通道的开关，开始接收回波信号。由于回波比较微弱，所以先将信号进行放大，将其放大为单片机能够识别的信号。经A／D转换后进行存储，之后进行相关的信号分析与处理工作，从而实现相控阵扫描。

　　2 超声相控阵的介绍

　　超声相控阵换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列，按照一定的规则和时序用电子系统控制激发各个晶片单元，来调整焦点的位置和聚焦的方向。相控阵换能器最显著的特点是可以灵活、便捷而有效地控制声束形状和声压分布。其声束角度、焦柱位置、焦点尺寸及位置在一定范围内连续、动态可调。无需声透镜便可实现声束聚焦，从而可以灵活有效地控制声束，实现区域扫描探测；相控阵技术能够实现理想的声束聚焦；采用同样幅度的电压驱动每个阵元，聚焦区域的实际声场强度远大于常规的超声波技术；在分辨力、信噪比、障碍检出率等方面有明显的优越性。