据相关报道，全世界有3000多万视觉障碍者，中国有800多万，他们行走时通常靠一根手杖探路。每走一步路只能探测地面上有限几个点，不仅路面情况探不清楚，而且走得也很慢。另外，手杖只能探测到地面情况，却难以避免上身碰撞障碍物的危险。
    国外已经开发出多种协助盲人走路的电子导盲器。这些电子导盲器大多引入了电子计算机进行信号处理，有些甚至用到了GPS全球定位系统及建立无线电基站等方法。但这些方法实现起来价格昂贵，不适用于普通消费者。
　　本文介绍适合盲人（或盲聋人）使用的轻便型导行仪，探测地面障碍物的电路板安装在手杖内，其超声波传感器装在手杖下端，采集到的信号以无线方式发到腰挂式主机；探测上半身的超声波传感器可方便地装在上衣口袋、衣领口、帽子或眼镜上等，接收到的信号以有线方式传到腰挂式主机处理。手杖信号和上半身探测到的信号最后生成报警信号，以耳机形式传送语音，同时可选用震动形式(适用于视觉、听觉都有障碍的人士)传送报警信息。上半身的装置也可单机使用。
1 测量原理
1.1 超声波测距原理
　　超声波是频率高于20kHz的声波。其特征是：能量集中，波长短，近似直线传播。超声波在空气中的传播速度v为340米/秒，当其传播过程中遇到物体的阻挡时，便会被物体反射。通过对发出的超声波计时，得到超声波被反射回来与发出去的时间差△t，用公式（1）便可计算出物体距超声波发出点的距离S。
　　S＝V·△t/2                  (1)
1.2 系统原理
　　如图1所示，单片机产生40kHz方波，通过超声波反射探头（图1中T）产生一段一段的超声波，同时单片机计时器开始计时。超声波在空气中传播遇到障碍物，被反射后由超声波接收探头（图1中R）接收回波，经放大电路放大及检波电路检波产生中断，单片机计时器停止计时。单片机对数据进行处理，根据超声波测距原理,可计算出障碍物的距离S，再根据需要把距离划分为1米、1.5米、2米不同的报警等级。单片机根据物体的方位及报警等级发出六种不同的语音报警信号，并可根据需要发出三种振动报警信号。

2 硬件组成
　　硬件主要由五部分组成：主控电路" title="主控电路">主控电路和上部超声波探测模块、探杖超声波探测模块、语音报警模块" title="报警模块">报警模块、无线传输" title="无线传输">无线传输模块、振动报警模块。硬件组成框图如图2。

2.1 主控电路和上部超声波探测模块
　　主控电路是系统的主模块，上部超声波探测模块以有线方式与主控电路通信。它包括放大检波电路、信号发生电路、语音模块接口和无线模块接口等。无线模块接口用于与探杖超声波探测模块检测到的信号单工通信。
　　本装置采用的CPU是ATMEL公司的可编程" title="可编程">可编程AT89S52。AT89S52是一种低功耗、高性能的CMOS 8位微型计算机，能与MCS－51产品兼容，有8KB的可改写Flash内部ROM，256B的内部RAM，32根可编程I/O，3个16位定时、计数器，8个中断源和可编程串口、看门狗。与同类MCS－51产品相比，AT89S52价格便宜，且有在线编程功能（ISP）。
　　AT89S52的时钟电路可以由两种方式产生，一种是内部方式，利用芯片内的振荡电路;另一种为外部方式。外接12MHz晶振以及C1、C2(均为30pF)构成并联振荡电路。
　　本报警器采用按键电平复位。
　　超声波的工作频率为40kHz，由单片机的定时计数器定时产生，通过P2.7输出。由于电压和电流都很微弱，因此，采用三级管将电流放大， 1：2的变压器将电压放大。超声波衰减非常快，接收到的回波比较弱，只有几毫伏。通过测量得到超声波衰减特性如表1。 采用两级放大，将信号放大几百倍，最后通过电容耦合LM567检波。

　　放大电路采用OP-07放大。OP-07是低偏移电压、低噪声、低时间、温度漂移的精确放大电路。
　　检波电路采用LM567芯片。LM567是一种通用的语音解码芯片，可以通过外围电路决定选频的带宽。
　　新频率和带宽分别通过公式（2）和公式（3）计算得到。
　　
2.2 探杖超声波探测模块
　　探杖超声波探测模块与上部超声波探测模块类同，但可省去语音报警模块接口，CPU选用AT89C2051。它有2KB的可改写Flash内部程序储存器，可写/擦1000次。128B的内部RAM，15根可编程I/O，2个16位定时、计数器，6个中断源。具有体积小、价格低等特点。
2.3 语音报警模块
　　语音报警模块采用美国ISD公司的2560芯片，录放时间可达60秒。ISD2500系列具有抗断电、音质好、使用方便等优点。它的最大特点在于片内E2PROM容量为480KB，录放时间长；有10个地址输入端，寻址能力可达1024位；最多能分600段；设有OVF（溢出）端。
　　语音报警电路框图见图3。

2.4 无线传输模块
　　无线传输模块采用PT2272－PT2262 编解码芯片，发射模块和接收模块与单片机串口相连，主机和从机通过无线传输模块进行串口通信。自编通信协议，通信准确。
2.5 震动报警模块
　　震动报警模块由三极管8050驱动一个带有偏心轮的微型电机实现。通过控制三极管基极的电平控制电机的开关，输入不同频率的电平可以达到不同的震动效果。震动报警电路见图4。

3 软件设计
3.1 主程序
　　主程序分为主机主程序和从机主程序。主机主程序流程图如图5。

　　主机(主控电路和上部探测模块）与从机（探杖探测模块）的通信通过无编码无线传输模块单工通信实现。从机探测发现物体后进行测距，划分报警等级，然后将报警等级从串口发给发射模块发射；主机通过接收模块接收数据。通信协议在每一次发送数据前加上验证码（不同产品验证码不同，如验证码0x55），当接收模块收到验证码时，将对验证码数据进行处理。
3.2 测距子程序
　　单片机每过一段时间发送一段超声波，然后等待是否有反射超声波。如果有则进入中断，否则继续发送，流程如图6、图7。