摘要：在此為盲人設計了一種基于STM32的超聲相控陣導盲避障系統，主要涉及到系統的硬件設計部分，以及超聲相控陣識別幾種障礙的方法。該系統以意法半導體的STM32微控制器為核心，主要包括超聲發射電路，回波信號接收與放大電路，以及回波信號的處理與分析。該設計能夠探測前對前方寬1．5 m縱深2 m的范圍進行探測，能夠分辨狹窄通道、臺階、溝壑以及柱狀障礙物等，使盲人行動時更加方便。并且該系統功耗小，成本低，具有很好的使用價值。
關鍵詞：導盲系統；超聲相控陣；STM32；CORTEX

0 引言
根據世界衛生組織公布的數據，全世界目前有3 000多萬人目盲，其中約有18％是中國人。針對盲人行動不便的情況，本文介紹了一種基于超聲相控陣的盲人避障系統。
本文綜合超聲波的導盲設計，采用超聲相控陣技術對障礙物進行探測，核心控制器件STM32為ST公司推出的基于CORTEX內核的32位MCU，具有豐富的外設和強大的數據處理能力。通過它對外圍電路的控制，及其強大的信號處理能力，實瑰障礙物的探測以及環境的判斷。

1 系統組成及原理
本設計是利用意法半導體有限公司推出的基于CORTEX 內核的高性能 32 位 MCU，STM32F103RBT6為核心硬件。多個超聲探頭按照一定規則組成的超聲相控陣，通過芯片與探頭及外圍電路共同組成的信號發送與識別系統完成導盲避障功能。系統工作原理方框示意圖如圖1所示。

系統采用超聲相控陣以多發一收的形式完成障礙探測。具體方案如下：超聲信號的工作頻率是40 kHz，首先STM32F103RBT6 MCU產生40 kHz的方波信號，工作時各個探頭按照預定的延遲時間依次發送5個周期的方波信號。根據不同的延時時間，超聲相控陣發出的信號能夠在前方9個點實現不同情況的聚焦。這9個點分布于超聲相控陣前方的左、中、右3個方向上，每個方向有上、中、下3個點。其中左右以及上下方向的偏轉角度設為30°。聚焦深度為1．5 m。信號從發射到在聚焦點返回，所需時間約為8．8 ms。所以發送完信號后經過8 ms的延遲，打開接收通道的開關，開始接收回波信號。由于回波比較微弱，所以先將信號進行放大，將其放大為單片機能夠識別的信號。經A／D轉換后進行存儲，之后進行相關的信號分析與處理工作，從而實現相控陣掃描。

2 超聲相控陣的介紹
超聲相控陣換能器由多個相互獨立的壓電晶片組成陣列，按照一定的規則和時序用電子系統控制激發各個晶片單元，來調整焦點的位置和聚焦的方向。相控陣換能器最顯著的特點是可以靈活、便捷而有效地控制聲束形狀和聲壓分布。其聲束角度、焦柱位置、焦點尺寸及位置在一定范圍內連續、動態可調。無需聲透鏡便可實現聲束聚焦，從而可以靈活有效地控制聲束，實現區域掃描探測；相控陣技術能夠實現理想的聲束聚焦；采用同樣幅度的電壓驅動每個陣元，聚焦區域的實際聲場強度遠大于常規的超聲波技術；在分辨力、信噪比、障礙檢出率等方面有明顯的優越性。