2024年6月12日发(作者：种虹玉)
计算机光盘软件与应用
信息技术应用研究
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＯ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２０１０年第４期
关于智能导盲杖系统的研究
黄一呜
（浙江大学城市学院信电分院，杭州 ３１００１５）
摘要：研究了一种基于嵌入式系统和超声波测距系统的设计方案。应用移植嵌入式操作系统并给出障碍物检测优化方法，
并且根据超声波测距的工作原对障碍物进行距离测量。实验结果表明，该系统在自然盲道情况下达到了处理实时性和判断的准
确性要求，可较好地服务于盲人的独立出行。
关键词：超声波测距；导盲系统；图像识别；Ｌｉｎｕｘ操作系统
中图分类号：ＴＰ１８ 文献标识码：Ａ 文章壕号：１００７—９５９９（２０１０）０４—００２２—０３
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｂｌｉｎｄ－ｇｕｉｄｉｎｇ Ｓｔｉｃｋ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｈｕａｎｇ Ｙｉｍｉｎｇ
（Ｚｈ￣ｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｉｔｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｕｄｉｅｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ．Ｐ０ｍｎｇ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｇｉｖｅｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｎａｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｉｎｇ ｗｏｒｋｓ．Ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｈｔ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ ａｎｄ ｊｕｄｇｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ
ｎａｔｕｒａｌ ｂｌｉｎｄ ｒｏａｄ，ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ｂｅｔｔｅｒ ｓｅｒｖｅｓ ｆｏｒ ｈｔｅ ｂｌｉｎｄ’Ｓ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｔｒａｖｅ１．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；Ｇｕｉｄｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｂｌｉｎｄ；Ｉｍａｇｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；Ｌｉｎｕｘ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
一
、
引言
我们所研究的障碍物检测识别是基于直线段匹配的障碍物检
盲人在独自行走时主要依靠导盲装置。最简单常用的装置是普
测识别技术。因为大多数的障碍物呈现为棱柱状，圆台状，长方体
通的手杖，用它在地面上敲击，可帮助盲人发现０．５米以内的障碍
等形状（如电线杆，箱子，桌子等），而且这两条直线段中的像素
物。它的主要缺点是不能发现较远一点的障碍物以及悬空的障碍
点的梯度方向应该是对称的，所以检测出这些近似直线段的边缘就
物。为了更好的帮助盲人行走，本文提出了嵌入式系统和超声波测
可以重构物体轮廓，从而识别检测出障碍物。本文提出的算法主要
距系统的设计方案，通过图像识别检测技术确定障碍物的位置，继
有三部分组成：首先计算原图像中边缘点的梯度值和梯度方向，并
而发出警报启动超声波距离测算系统。它具有实用和精确的特点。
按照“同一条直线段像素点的梯度值和梯度方向近似”的原则从边
二、导盲杖控制系统
缘点图像中提取出直线段：然后利用提取出来的直线段的各种属性
导盲杖控制系统采用分散式控制方式，如图１所示。该导盲控
（长度，梯度方向，位置），两条直线段之间像素点的灰度直方图
制系统主要由主控制单元、超声波测距单元、图像识别处理单元、
以及背景灰度直方图对直线段进行匹配，搜索出分别对应于各个物
语音控制单元等组成。主控制单元主要完成导盲杖各个部分的协调
体左右边缘的两两相对的直线段：最后按照匹配计算出匹配值重构
控制、计算和分析；超声波测距单元完成人在行走过程中对障碍物
“障碍物”轮廓，并确定其位置。
距离的测算功能，以做出运动策略的分析：图像识别处理单元完成
超声波为直线传播方式，频率越高，反射能力越强，而绕射能
人在行走过程中对障碍物的检测识别功能；语音控制单元完成对盲
力越弱。利用超声波的这种特性，常常用渡越时间检测法进行距离
人的语音提示和发出警报等。主控制单元采用ＡＴ８９Ｓ５２单片机，图
的测量。其工作原理是：换能器向介质发射超声波，声波遇到目标
像识别处理单元采用ＡＪ）ｓＰ＿＿ＢＦ５３３（简称ＢＦ５３３）为中心处理器的
后必然有反射回波作用在换能器上。若已知介质中声速为Ｃ，回波
图像识别系统，其它单元均采用ＡＴ８９Ｓ５１单片机，各个部分通过串 到达时刻与发射波时刻的时间差为ｔ，就可以计算出发射点与反射
口多机通信来完成信息交换。多机通信中采用总线型主从式多机系
点的距离ｓ， ＝ｃｘ－式中，ｃ为超声波的传播速度（ｍ／ｓ）。超声
统。
Ｚ
波在固体中传播速度最快，在气体中传播速度最慢，而且声速Ｃ
与温度有关。如果环境温度变化显著，必须考虑温度补偿问题。
空气中声速与温度的关系可以表示为 （２）
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿●＿＿＿＿－＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿一
Ｃ＝３３１．４×√ｌ＋ ／２７３，式中Ｔ为环境温度（℃）。超声波常
温下在空气中的传播速度是３４０ ｍ／ｓ，这里由于测量距离不长，
测量精度要求不高，不考虑其它影响，只要测得超声波发射和接
收回波的时间差ｔ，按式（１）计算即可［４］。
图（１）导盲系统集散控制框图
四、超声波测距系统硬件设计
三、障碍物检测识别和超声波测距原理
（一）超声波发送电路
一
２２—
计算机光盘软件与应用
２０１０年第４期
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌ ｉｃａｔｉｏｎｓ 信息技术应用研究
超声波的发送电路原理图见图２。来自单片机的信号Ａ触发
ＮＥ５５５定时器电路产生频率约为４０ｋＨｚ方波信号，经过ＣＤ４０６９六非
门反相器进行功率放大，驱动超声波发送传感器Ｔ４Ｏ一１６，发送超
声波。
图（２）超声波发射电路原理图
（二）超声波接收电路
当超声波遇到障碍物返回时，超声波接收传感器Ｒ４Ｏ一１６接收
回波，由于回波电压值只在ｍｖ量级，所以采用ＬＭ３２４的两级放大
电路进行幅值放大放大后的波形信号送到ＬＭ５６７集成锁相环路解码
器，调节电阻与电容值，将频率锁在４０ｋＨｚ左右。当放大信号大于
２５ｒｎＶ时，就会在８引脚产生高电平信号Ｂ送到单片机处理。
图（３）超声波接收电路原理图
（三）单片机控制电路
本文的导盲杖采用了图像处理技术对障碍物的检测，用来预警
快速移动过来的人或物。超声波测距系统在导盲杖上的应用，如
超声波收发电路主要完成数据的采集和初步处理，处理后的数据传
送到ＡＴ８９Ｓ５１单片机，再进行最终的数据处理。单片机控制电路
主要完成发送与关闭控制信号、计时、接收回波信号及串口通信等
工作。
单片机对收发电路的控制主要是对发射超声波控制电路进行
计数初始化，单循环方式使３路发送电路依次发送和接收超声波，
单独进行距离的计算，其目的是使计数程序避免受硬件回波间的干
扰。单片机完成收发动作后就将计数器计数的计数值经处理得到距
离信息送到缓存区，等待与主控制器ＡＴ８９Ｓ５２进行串口通讯，达成
协议后即可将距离信息送入主控制器。串口通讯硬件电路由具有电
平转换功能的ＭＡＸ２３２芯片及外围元件组成。
五、识别系统的硬件设计
由于ＤＳＰ适合高运算的嵌入式应用，系统是以ＡＤＩ公司的ＡＤＳＰ
—
ＢＦ５３３（简称ＢＦ５３３）为中心处理器的图像识别系统如图４。ＢＦ５３３
是Ｂｌａｃｋｆｉｎ家族中的一款微处理器芯片，其优秀性能和专为图像
Ｉ／０设计的外围，有利于系统扩展，特别适合处理视频和图像。系
统的存储部分通过ＢＦ５３３的ＥＢＩ接口扩展ＦＬＡＳＨ和ＳＤＲＡＭ。ＦＬＡＳＨ
的存储容量为２ＭＢ，主要存放引导程序、移植的嵌入式操作系统；
ＳＤＲＡＭ的存储容量为３２ＭＢ，它和ＢＦ５３３片内ＲＡＭ组成统一的地址空
间，由ＢＣ１ｉｎｕｘ进行内存管理。系统中视频解码以及音频播放分别
采用ＳＡＡ７１１３和ＷＭ８７３１２芯片，性能完全满足需要，并且容易购买。
二者都通过Ｉ２Ｃ总线进行配置。由于ＢＦ５３３本身没有Ｉ２Ｃ接１３，系
统通过ＧＰＩＯＰＦ１和ＰＦ２模拟Ｉ２Ｃ时序来实现Ｉ２Ｃ功能，以完成
ＡＡ７１１３和ＷＭ８７３１的配置。
Ｖｓ，ＨＳ ｓｙｏ￣
，
——
、
图（４）图像识别处理系统原理图
六、超声波测距系统软件设计
本系统的软件采用模块化设计，超声波收发器控制、数据处理
和存储、与主控制器的通讯都由ＡＴ８９Ｓ５１单片机来完成，主程序
流程图如图５所示。
开始
初始化
‘
ｌｌ读时间差
Ｉ计算距离
ｌ数据存储
Ｉ送主控器
图（５）超声波测距系统软件流程图
控制系统得电工作，先进行初始化后，为系统设置一系列初始
值，包括超声波发射间隔数、定时器定时初值、距离计算参数等。
后程序控制发送０．２ｍｓ宽度的超声波，同时启动定时器ＴＯ计时：
启动接收回波程序，等待接收回波，有回波则停止计时，读取时间
差，用式（１）计算距离，然后通过串行通讯将数据传送给主控制
器，最后返回重新开始。
（下转第２５页）
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２０１０年第４期
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 信息技术应用研究
但是，Ａｐｒｉｏｒｉ算法需要多次扫描数据库，以对候选项目集进
交易数据
库
商品数据预处理、特征描述
行模式匹配，同时，它可能会产生规模庞大的候选集。为此，我们
可以采用划分的方法，即先把数据库逻辑的分成几个块，每次只考
选择商品数据项集和层次
规则库
虑其中的一个分块，对它生成所有的频繁项目集。接着再把所生成
的频繁项目集进行合并，从而得到全局的频繁项目集。该改进方法
关联规则挖掘
可以只需扫描数据库两遍。第一遍对数据库进行分块，并应用
Ａｐｒｉｏｒｉ算法对其生成局部的频繁项目集，并做为候选频繁项目集。
关联规则构造
在第二遍扫描中，通过计算每个候选频繁项目集的支持度，确定数
据库的全局频繁项目集。
［ 亘 ］
四、算法分析
规则比较与分析
五、结束语
本文分析了一个基于关联规则的推荐系统 该系统利用数据挖
掘技术对客户交易记录中的商品进行分析，从而为客户提供商品推
荐。同时，该方法也可与基于客户相似性的推荐方法相结合，为客
户提供更为个性化的推荐。
在关联规则的挖掘算法中，以Ａｐｒｉｏｒｉ算法最为著名，它是一
种最为常用的关联规则挖掘算法。Ａｐｒｉｏｒｉ算法使用一个逐层搜索
的迭代方法，它通过项目集元素数目不断增长来逐步完成频繁项目
集的发现。首先产生Ｉ一频繁项集Ｌ１，再用ＩＪ１用于找频繁２一频繁
项集Ｌ２，直到不再能扩展频繁项集的元素数目而止。
Ａｐｒｉｏｉｒ算法主要包含三个步骤：
参考文献：
［１］朱玉全，杨鹤标，孙蕾．数据挖掘技术．东南大学出版社，２００６，儿
［２１朱明．数据挖掘．中国科技大学出版社，２００８，１１
［３］Ｂｉｎｇ Ｌｉｕ Ｗｅｂ数据挖掘．清华大学出版社，２００９，４
（一）由频繁ｋ－１项集通过自连接产生长度为ｋ的候选项集
（二）对至少有一个非频繁子集的候选项进行剪枝
（三）扫描所有的事务来获得候选项集的支持度
（上接第２３页）
七、图像识别系统的软件流程图
参考文献：
【１】王妍，王延忠．关于建立我国盲人图书馆的设想卟图书馆学
刊，１９９８，４，４：１１—１３
［２］Ｂｏｒｅｎｓｔｅｉｎ Ｊ，Ｕｌｒｉｃｈ Ｉ．Ｔｈｅ Ｇｕｉｄｅ ｃａｎｅ——＾Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｒａｖｅｌ
Ａｉｄ ｆｏｒ ｔｈｅ Ａｃｔｉｖｅ Ｇｕｉｄａｎｃｅ ｏｆＢｆｉｎｄ Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎｓ［Ｃ］．Ｐｒｏｃ．ｏｆｔｈｅ ＩＥＥＥ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｎｔｏｍａｔｉｏｎ．Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，
ＮＭ，ＵＳＡ：［Ｓ．ｎ］，１９９７：１２８３—１２８８
【３】彭梦，蔡自兴．基于直线段的移动机器人的障碍物检测Ⅱ】＿电子技术
应用，２００７，３
［４］Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｎｃ．ＡＤＳＰ－－ＢＦ５３３ Ｂｌａｃｋｆｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｈａｒｄｗａｒｅ
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ皿Ｂ／ＯＬ］，２００３，３—１４ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ ａｎａｌｏｇ．ｃｏｍ
［５］Ｒａｕ Ｊ Ｃｈｅｎ Ｌ Ｃ．Ｆａｓｔ Ｓｔｒａｉｇｈｔ Ｌｉｎｅｓ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｈｏｕｇｈ
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｗｉｔｈ Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ａｘｉｓ ＡｎＮｙｓｉｓ￣．航测及遥感学刊，２００３
［６］金钥．形形色色的导盲系统Ⅱ】．中国医疗器械信息，１９９８．４，４：３０－３２
图（６）图像识别系统的软件流程图
八、结束语
ｆ７】马大猷．现代声学理论基础【ｊ ．北京：科学出版社，２００４
［８１孙宝元，杨宝清．传感器及其应用手册［Ｍ］．北京：工业出版社，２００４
ｆ９］刘党辉，沈兰荪．ＤＳＰ芯片及其在图像技术中的应用册．测控技
术，２００１，２０，５：１６—１９
将基于直线段提取的障碍物图像处理技术结合超声波系统应
用在导盲杖人上，能够很好地检测周围环境，及时地发现盲人周围
的障碍物，为盲人安全、快速行走提供了保障。避免了～般超声波
导盲系统的盲区和距离限制的问题。该系统，具有精度高、可靠性
强、移植性好等特点，能够在测距领域广泛应用。
［１ Ｏ１张晓健．视频解码芯片ＳＡＡ７１１３的初始化与控制Ⅱ１．电子设计应
用，２００３，８：８４－８５
［１１］￣１朝晖，刘贺普．提高Ｂｌａｃｋｆｉｎ系列ＤＳＰ中代码的并行性田．空军雷
达学院学报，２００６，２０，１：６５－６７
2024年6月12日发(作者：种虹玉)
计算机光盘软件与应用
信息技术应用研究
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＯ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２０１０年第４期
关于智能导盲杖系统的研究
黄一呜
（浙江大学城市学院信电分院，杭州 ３１００１５）
摘要：研究了一种基于嵌入式系统和超声波测距系统的设计方案。应用移植嵌入式操作系统并给出障碍物检测优化方法，
并且根据超声波测距的工作原对障碍物进行距离测量。实验结果表明，该系统在自然盲道情况下达到了处理实时性和判断的准
确性要求，可较好地服务于盲人的独立出行。
关键词：超声波测距；导盲系统；图像识别；Ｌｉｎｕｘ操作系统
中图分类号：ＴＰ１８ 文献标识码：Ａ 文章壕号：１００７—９５９９（２０１０）０４—００２２—０３
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｂｌｉｎｄ－ｇｕｉｄｉｎｇ Ｓｔｉｃｋ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｈｕａｎｇ Ｙｉｍｉｎｇ
（Ｚｈ￣ｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｉｔｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｕｄｉｅｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ．Ｐ０ｍｎｇ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｇｉｖｅｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｎａｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｉｎｇ ｗｏｒｋｓ．Ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｈｔ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ ａｎｄ ｊｕｄｇｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ
ｎａｔｕｒａｌ ｂｌｉｎｄ ｒｏａｄ，ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ｂｅｔｔｅｒ ｓｅｒｖｅｓ ｆｏｒ ｈｔｅ ｂｌｉｎｄ’Ｓ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｔｒａｖｅ１．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；Ｇｕｉｄｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｂｌｉｎｄ；Ｉｍａｇｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；Ｌｉｎｕｘ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
一
、
引言
我们所研究的障碍物检测识别是基于直线段匹配的障碍物检
盲人在独自行走时主要依靠导盲装置。最简单常用的装置是普
测识别技术。因为大多数的障碍物呈现为棱柱状，圆台状，长方体
通的手杖，用它在地面上敲击，可帮助盲人发现０．５米以内的障碍
等形状（如电线杆，箱子，桌子等），而且这两条直线段中的像素
物。它的主要缺点是不能发现较远一点的障碍物以及悬空的障碍
点的梯度方向应该是对称的，所以检测出这些近似直线段的边缘就
物。为了更好的帮助盲人行走，本文提出了嵌入式系统和超声波测
可以重构物体轮廓，从而识别检测出障碍物。本文提出的算法主要
距系统的设计方案，通过图像识别检测技术确定障碍物的位置，继
有三部分组成：首先计算原图像中边缘点的梯度值和梯度方向，并
而发出警报启动超声波距离测算系统。它具有实用和精确的特点。
按照“同一条直线段像素点的梯度值和梯度方向近似”的原则从边
二、导盲杖控制系统
缘点图像中提取出直线段：然后利用提取出来的直线段的各种属性
导盲杖控制系统采用分散式控制方式，如图１所示。该导盲控
（长度，梯度方向，位置），两条直线段之间像素点的灰度直方图
制系统主要由主控制单元、超声波测距单元、图像识别处理单元、
以及背景灰度直方图对直线段进行匹配，搜索出分别对应于各个物
语音控制单元等组成。主控制单元主要完成导盲杖各个部分的协调
体左右边缘的两两相对的直线段：最后按照匹配计算出匹配值重构
控制、计算和分析；超声波测距单元完成人在行走过程中对障碍物
“障碍物”轮廓，并确定其位置。
距离的测算功能，以做出运动策略的分析：图像识别处理单元完成
超声波为直线传播方式，频率越高，反射能力越强，而绕射能
人在行走过程中对障碍物的检测识别功能；语音控制单元完成对盲
力越弱。利用超声波的这种特性，常常用渡越时间检测法进行距离
人的语音提示和发出警报等。主控制单元采用ＡＴ８９Ｓ５２单片机，图
的测量。其工作原理是：换能器向介质发射超声波，声波遇到目标
像识别处理单元采用ＡＪ）ｓＰ＿＿ＢＦ５３３（简称ＢＦ５３３）为中心处理器的
后必然有反射回波作用在换能器上。若已知介质中声速为Ｃ，回波
图像识别系统，其它单元均采用ＡＴ８９Ｓ５１单片机，各个部分通过串 到达时刻与发射波时刻的时间差为ｔ，就可以计算出发射点与反射
口多机通信来完成信息交换。多机通信中采用总线型主从式多机系
点的距离ｓ， ＝ｃｘ－式中，ｃ为超声波的传播速度（ｍ／ｓ）。超声
统。
Ｚ
波在固体中传播速度最快，在气体中传播速度最慢，而且声速Ｃ
与温度有关。如果环境温度变化显著，必须考虑温度补偿问题。
空气中声速与温度的关系可以表示为 （２）
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿●＿＿＿＿－＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿一
Ｃ＝３３１．４×√ｌ＋ ／２７３，式中Ｔ为环境温度（℃）。超声波常
温下在空气中的传播速度是３４０ ｍ／ｓ，这里由于测量距离不长，
测量精度要求不高，不考虑其它影响，只要测得超声波发射和接
收回波的时间差ｔ，按式（１）计算即可［４］。
图（１）导盲系统集散控制框图
四、超声波测距系统硬件设计
三、障碍物检测识别和超声波测距原理
（一）超声波发送电路
一
２２—
计算机光盘软件与应用
２０１０年第４期
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌ ｉｃａｔｉｏｎｓ 信息技术应用研究
超声波的发送电路原理图见图２。来自单片机的信号Ａ触发
ＮＥ５５５定时器电路产生频率约为４０ｋＨｚ方波信号，经过ＣＤ４０６９六非
门反相器进行功率放大，驱动超声波发送传感器Ｔ４Ｏ一１６，发送超
声波。
图（２）超声波发射电路原理图
（二）超声波接收电路
当超声波遇到障碍物返回时，超声波接收传感器Ｒ４Ｏ一１６接收
回波，由于回波电压值只在ｍｖ量级，所以采用ＬＭ３２４的两级放大
电路进行幅值放大放大后的波形信号送到ＬＭ５６７集成锁相环路解码
器，调节电阻与电容值，将频率锁在４０ｋＨｚ左右。当放大信号大于
２５ｒｎＶ时，就会在８引脚产生高电平信号Ｂ送到单片机处理。
图（３）超声波接收电路原理图
（三）单片机控制电路
本文的导盲杖采用了图像处理技术对障碍物的检测，用来预警
快速移动过来的人或物。超声波测距系统在导盲杖上的应用，如
超声波收发电路主要完成数据的采集和初步处理，处理后的数据传
送到ＡＴ８９Ｓ５１单片机，再进行最终的数据处理。单片机控制电路
主要完成发送与关闭控制信号、计时、接收回波信号及串口通信等
工作。
单片机对收发电路的控制主要是对发射超声波控制电路进行
计数初始化，单循环方式使３路发送电路依次发送和接收超声波，
单独进行距离的计算，其目的是使计数程序避免受硬件回波间的干
扰。单片机完成收发动作后就将计数器计数的计数值经处理得到距
离信息送到缓存区，等待与主控制器ＡＴ８９Ｓ５２进行串口通讯，达成
协议后即可将距离信息送入主控制器。串口通讯硬件电路由具有电
平转换功能的ＭＡＸ２３２芯片及外围元件组成。
五、识别系统的硬件设计
由于ＤＳＰ适合高运算的嵌入式应用，系统是以ＡＤＩ公司的ＡＤＳＰ
—
ＢＦ５３３（简称ＢＦ５３３）为中心处理器的图像识别系统如图４。ＢＦ５３３
是Ｂｌａｃｋｆｉｎ家族中的一款微处理器芯片，其优秀性能和专为图像
Ｉ／０设计的外围，有利于系统扩展，特别适合处理视频和图像。系
统的存储部分通过ＢＦ５３３的ＥＢＩ接口扩展ＦＬＡＳＨ和ＳＤＲＡＭ。ＦＬＡＳＨ
的存储容量为２ＭＢ，主要存放引导程序、移植的嵌入式操作系统；
ＳＤＲＡＭ的存储容量为３２ＭＢ，它和ＢＦ５３３片内ＲＡＭ组成统一的地址空
间，由ＢＣ１ｉｎｕｘ进行内存管理。系统中视频解码以及音频播放分别
采用ＳＡＡ７１１３和ＷＭ８７３１２芯片，性能完全满足需要，并且容易购买。
二者都通过Ｉ２Ｃ总线进行配置。由于ＢＦ５３３本身没有Ｉ２Ｃ接１３，系
统通过ＧＰＩＯＰＦ１和ＰＦ２模拟Ｉ２Ｃ时序来实现Ｉ２Ｃ功能，以完成
ＡＡ７１１３和ＷＭ８７３１的配置。
Ｖｓ，ＨＳ ｓｙｏ￣
，
——
、
图（４）图像识别处理系统原理图
六、超声波测距系统软件设计
本系统的软件采用模块化设计，超声波收发器控制、数据处理
和存储、与主控制器的通讯都由ＡＴ８９Ｓ５１单片机来完成，主程序
流程图如图５所示。
开始
初始化
‘
ｌｌ读时间差
Ｉ计算距离
ｌ数据存储
Ｉ送主控器
图（５）超声波测距系统软件流程图
控制系统得电工作，先进行初始化后，为系统设置一系列初始
值，包括超声波发射间隔数、定时器定时初值、距离计算参数等。
后程序控制发送０．２ｍｓ宽度的超声波，同时启动定时器ＴＯ计时：
启动接收回波程序，等待接收回波，有回波则停止计时，读取时间
差，用式（１）计算距离，然后通过串行通讯将数据传送给主控制
器，最后返回重新开始。
（下转第２５页）
计算机光盘软件与应用
２０１０年第４期
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 信息技术应用研究
但是，Ａｐｒｉｏｒｉ算法需要多次扫描数据库，以对候选项目集进
交易数据
库
商品数据预处理、特征描述
行模式匹配，同时，它可能会产生规模庞大的候选集。为此，我们
可以采用划分的方法，即先把数据库逻辑的分成几个块，每次只考
选择商品数据项集和层次
规则库
虑其中的一个分块，对它生成所有的频繁项目集。接着再把所生成
的频繁项目集进行合并，从而得到全局的频繁项目集。该改进方法
关联规则挖掘
可以只需扫描数据库两遍。第一遍对数据库进行分块，并应用
Ａｐｒｉｏｒｉ算法对其生成局部的频繁项目集，并做为候选频繁项目集。
关联规则构造
在第二遍扫描中，通过计算每个候选频繁项目集的支持度，确定数
据库的全局频繁项目集。
［ 亘 ］
四、算法分析
规则比较与分析
五、结束语
本文分析了一个基于关联规则的推荐系统 该系统利用数据挖
掘技术对客户交易记录中的商品进行分析，从而为客户提供商品推
荐。同时，该方法也可与基于客户相似性的推荐方法相结合，为客
户提供更为个性化的推荐。
在关联规则的挖掘算法中，以Ａｐｒｉｏｒｉ算法最为著名，它是一
种最为常用的关联规则挖掘算法。Ａｐｒｉｏｒｉ算法使用一个逐层搜索
的迭代方法，它通过项目集元素数目不断增长来逐步完成频繁项目
集的发现。首先产生Ｉ一频繁项集Ｌ１，再用ＩＪ１用于找频繁２一频繁
项集Ｌ２，直到不再能扩展频繁项集的元素数目而止。
Ａｐｒｉｏｉｒ算法主要包含三个步骤：
参考文献：
［１］朱玉全，杨鹤标，孙蕾．数据挖掘技术．东南大学出版社，２００６，儿
［２１朱明．数据挖掘．中国科技大学出版社，２００８，１１
［３］Ｂｉｎｇ Ｌｉｕ Ｗｅｂ数据挖掘．清华大学出版社，２００９，４
（一）由频繁ｋ－１项集通过自连接产生长度为ｋ的候选项集
（二）对至少有一个非频繁子集的候选项进行剪枝
（三）扫描所有的事务来获得候选项集的支持度
（上接第２３页）
七、图像识别系统的软件流程图
参考文献：
【１】王妍，王延忠．关于建立我国盲人图书馆的设想卟图书馆学
刊，１９９８，４，４：１１—１３
［２］Ｂｏｒｅｎｓｔｅｉｎ Ｊ，Ｕｌｒｉｃｈ Ｉ．Ｔｈｅ Ｇｕｉｄｅ ｃａｎｅ——＾Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｒａｖｅｌ
Ａｉｄ ｆｏｒ ｔｈｅ Ａｃｔｉｖｅ Ｇｕｉｄａｎｃｅ ｏｆＢｆｉｎｄ Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎｓ［Ｃ］．Ｐｒｏｃ．ｏｆｔｈｅ ＩＥＥＥ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｎｔｏｍａｔｉｏｎ．Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，
ＮＭ，ＵＳＡ：［Ｓ．ｎ］，１９９７：１２８３—１２８８
【３】彭梦，蔡自兴．基于直线段的移动机器人的障碍物检测Ⅱ】＿电子技术
应用，２００７，３
［４］Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｎｃ．ＡＤＳＰ－－ＢＦ５３３ Ｂｌａｃｋｆｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｈａｒｄｗａｒｅ
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ皿Ｂ／ＯＬ］，２００３，３—１４ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ ａｎａｌｏｇ．ｃｏｍ
［５］Ｒａｕ Ｊ Ｃｈｅｎ Ｌ Ｃ．Ｆａｓｔ Ｓｔｒａｉｇｈｔ Ｌｉｎｅｓ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｈｏｕｇｈ
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｗｉｔｈ Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ａｘｉｓ ＡｎＮｙｓｉｓ￣．航测及遥感学刊，２００３
［６］金钥．形形色色的导盲系统Ⅱ】．中国医疗器械信息，１９９８．４，４：３０－３２
图（６）图像识别系统的软件流程图
八、结束语
ｆ７】马大猷．现代声学理论基础【ｊ ．北京：科学出版社，２００４
［８１孙宝元，杨宝清．传感器及其应用手册［Ｍ］．北京：工业出版社，２００４
ｆ９］刘党辉，沈兰荪．ＤＳＰ芯片及其在图像技术中的应用册．测控技
术，２００１，２０，５：１６—１９
将基于直线段提取的障碍物图像处理技术结合超声波系统应
用在导盲杖人上，能够很好地检测周围环境，及时地发现盲人周围
的障碍物，为盲人安全、快速行走提供了保障。避免了～般超声波
导盲系统的盲区和距离限制的问题。该系统，具有精度高、可靠性
强、移植性好等特点，能够在测距领域广泛应用。
［１ Ｏ１张晓健．视频解码芯片ＳＡＡ７１１３的初始化与控制Ⅱ１．电子设计应
用，２００３，８：８４－８５
［１１］￣１朝晖，刘贺普．提高Ｂｌａｃｋｆｉｎ系列ＤＳＰ中代码的并行性田．空军雷
达学院学报，２００６，２０，１：６５－６７