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消费电子

客户成功故事与项目成功案例

智能拐杖控制板设计开发


中国在2000年开始步入老龄化社会,目前已成为世界上老年人口最多的国家之一。老年人身体机能的衰退给出行带来极大不便,腿脚不便的老年人会选择拐杖辅助出行。同时中国还是全世界盲人最多的国家之一。一般情况下,盲人的出行只能依靠拐杖或导盲犬。由于培养一只良好的导盲犬需要花费较长的精力和较高的成本,因此更多的人选择拐杖。然而传统的拐杖只是一根长棍,结构简单、功能单一,存在一系列问题。

本文通过采用超声波测距设计并加入夜晚模式,能够更好地保护老年人或盲人的出行安全。本设计定位明确,专为老年和盲人群体设计,简化了拐杖结构,操作简单,方便实用。

一、多功能智能拐杖系统的总体设计

整个系统主要由单片机控制、GPS定位、语音识别、GSM通信、障碍物报警、摔倒检测、语音播报和灯光警示等模块组成。系统上电后,拐杖开启智能模式,使用者在行走中,拐杖检测到前方障碍物,会语音提示报警;使用者不慎摔倒时,拐杖会发出警报声,引起周围行人注意并实施援救,若拐杖倾斜15 s,单片机将自动控制GSM通信模块,向监护人发出求救短信;当使用者预感到身体不适,可按下求救键,直接向监护人发送求救信息;若因操作不当,误发了求救短信,使用者还可按下误报键,向监护人发送安全信息,避免引起监护人不必要的担心;使用者可以语音控制家用电器的开关,实现了家用电器的智能控制。拐杖操作简单,功能实用,能够满足老人和盲人的生活需求。系统的功能框图如图1所示。

图 1 多功能智能拐杖功能框图

二、智能拐杖硬件电路设计

(1)单片机控制模块:该模块采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片,它具有功耗低、抗干扰能力强等特点,指令代码完全兼容传统的8051单片机,速度最快可达传统8051单片机的12倍。该单片机运行稳定,可长时间在智能拐杖系统中工作,适合在拐杖这种便携式设备上使用。

(2)GSM通信模块:该模块包括一个RF天线和一个接收模块,可实现求救短信的发送,监护人可对使用者进行远程监护。该拐杖选用的是Air208模块,兼容SIM900A指令、尺寸小、省电,能够满足智能拐杖的通信要求。单片机与GSM模块之间的通信采用UART串行口通信,GSM模块直接受单片机的控制。当拐杖检测到使用者摔倒后,自动向监护人发送求救短信。

(3)GPS定位模块:GPS定位主要实现使用者所在位置的准确定位,当使用者面临突发情况时便于监护人及时发现其位置,实施救援。该拐杖选用的是GT-U7模块,该模块启动时间短、功耗低、体积小,极高的追踪灵敏度扩大了定位的覆盖面积。当使用者摔倒或遇到危险时,其位置可通过GSM通信模块发送到监护人的手机上。在复杂的城市街道可实现高精度定位,方便监护人第一时间找到走失老人的位置。

(4)语音识别模块:该模块由语音输入、语音识别、无线传输等部分组成。LD3320芯片用于语音识别,能够识别人发出的非特定语音,语音信号经过处理转化为电平信号传送到单片机,经单片机处理后,来控制家用电器的开关,如语音控制电灯的开关,该模块的控制流程如图3所示。

图 3 语音识别模块流程图

(5)障碍物报警模块:该模块使用超声波测距,利用发射器发射超声波,同时单片机开始计时,当超声波接收器接收到障碍物反射的回波后,单片机停止计时。这段时间为Δt,将空气中超声波的传播速度设为v,利用s=v×Δt,就能够计算出超声波模块发射点距障碍物的距离s。该模块可实时检测距前方障碍物的距离,当测量值小于程序中设定的安全距离时,系统会语音提示使用者。

三、智能拐杖系统软件设计

多功能智能拐杖的软件程序包括系统启动、参数设置、障碍报警、语音控制及状态检测等子程序。本系统的软件设计采用性能可靠的C语言编写,具体流程如图4所示。

图 4 系统程序流程图

结语

针对老人和盲人日常出行不便等问题,本文设计实现的多功能智能拐杖能够为老年人提供行走支撑、实时监控、及时求救等功能,为盲人提供障碍物提醒、告知盲人当前的方位和时间、紧急情况下向家人求助等功能。符合老年人的需求,使老年人拥有一个健康安全的晚年。同时能够提醒盲人前方路况,帮助他们避开障碍物,告知他们所处位置,有助于盲人出行,降低事故发生的概率,保证他们的人身安全。本设计克服了传统拐杖结构简单、功能单一、无法实时监控、及时求救的弊端,可对老年人出现意外情况及盲人出行等问题提供一定的帮助。

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