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IoT智慧生活

客户成功故事与项目成功案例

智能遥控轮椅单片机开发


随着中国人口老龄化以及残疾人数量的增加的问题日益严峻。智能轮椅凭借其操作简单,便于老年人和残疾人更好地融入社会等优点,逐渐成为一种重要的代步工具。本文介绍的轮椅适合那些双手或者颈部以下行动都不方便的人士,本轮椅采用头戴式控制装置对使用者颈部的运动状态进行检测,并且通过短距无线通讯系统将对应指令输传输给轮椅,使轮椅做出相应的动作。另外,为防止由于使用者操作不当而发生碰撞,轮椅的四周加装了避障传感器。另外,为了防止轮椅电量不足,此轮椅还安装有电量检测系统,在液晶屏上实时显示当前电量,轮椅馈电时,轮椅的液晶显示屏会显示“No Power”,以提醒使用者及时充电。

一、智能轮椅设计思路

该轮椅主要应该包括三个部分:颈部姿态检测单元,信号无线传输单元,轮椅运动控制单元。本文介绍轮椅系统方框图如图1所示。

图1 智能遥控轮椅的系统框图

1.1颈部姿态检测单元

该单元的主体部分为一个gy-85九轴重力加速度传感器模块。本作品主要以gy-85中的三轴加速度计对使用者的颈部运动状态进行测量。并将测量结果以16位二进制补码的形势传输给控制端,使用者的颈部运动状态通过这种形式得到的数据其测量误差不会超过1°。这些数据将通过传输模块传输给运动单元,使运动单元按指令运动。

1.2信号无线传输单元

为保证数据传输的速度与精度以及使该套设计留出足够的改进空间,该设备以NRF24L01模块作为无线传输单元。该单元具有传输速率快,传输通道多,可以与其他NRF系列的芯片兼容的特点,具有极佳的测量精度,较高的保密性和巨大的改进空间。

1.3轮椅运动控制单元

当控制端接收到相应的数据之后,将会发出相应的指令,这些指令将控制电机驱动模块L298N工作,轮椅在电机的驱动之下向指定的方向运动,从而实现轮椅按照人体颈部运动方向进行运动的目的。

1.4其他功能单元

为了增加该设备的安全性,提高该设备的人机关系,该设备还包括其他两个部分:前方障碍物检测单元,电量检测单元。

(1)前方障碍物检测单元:为了防止由于轮椅使用者操作不当而引起撞车事故,保护使用者的安全,该轮椅特意加入了这一模块,此模块由红外避障传感器和超声波传感器构成,当红外避障传感器检测到前方路面不平整时,轮椅会自动停止,并通过液晶显示屏显示轮椅与前方障碍物的距离。此系统可以有效地防止轮椅与前方障碍物的碰撞,以达到保护使用者安全的目的。

(2)电量检测单元:该单元是通过ADC0804模块将测到的电压数据与满电时电压的数据进行比较,从而计算出当前电量的剩余值,当电量不足时,液晶显示屏上将会显示“No Power”用以提醒使用者及时充电,以防止使用者没有留出足够的时间而到不了充电处的尴尬情况发生。

二、智能遥控轮椅的工作原理

2.1姿态检测传感器原理

本轮椅采用gy-85作为使用者头部姿态的检测装置。该传感器又称“九轴重力加速度传感器”,是一种功能强大的传感器。一般采用三轴加速度计对使用者头部的运动姿态进行检测。其检测方式为:以物体受重力方向为基准,根据传感器在三个轴上的重力加速度分量的大小来判断当前使用者的颈部姿态。

2.2短距无线射频通讯技术原理

为了保证该车拥有足够的改造空间和通讯频道,本轮椅的通讯主要使用NRF24L01模块。该模块拥有125个通讯频道,以SPI模式与相同频道的其他NRF24L01模块进行通讯。同时,此种芯片与其他的NRF系列的芯片可以兼容使用,从而使本文所介绍的轮椅具有良好的兼容性。

三、智能遥控轮椅的市场前景

在人口老龄化日益成为突出问题的现代社会,解决老年人出行问题,给老年人足够的陪伴已经逐渐成为一个社会性问题。据统计,2010年,中国大约有老年人17764万,而这些老年人中又有相当一部分老年人是双手残疾甚至颈部以下无法运动的群体。假设这些人中只有3%有意愿和能力购买轮椅,那么轮椅的年需求量也将超过35万台,需求量非常巨大。

在经过大量的市场调查之后,我们发现,市面上的轮椅大多数都是采用以手部向轮椅的车轮施力使轮椅运动的,即使有少量的电动轮椅可以凭摇杆的摆动方向来控制轮椅的运动方向,但该种控制模式依然要依靠使用者依靠手部运动的方向来控制。

立足于为双手及颈部以下残疾的人士提供一种合适的代步工具,轮椅自带防撞击系统和馈电告警系统使此之具有更好的人机交互功能,更优的实用性,而独特的头部控制则使一些长时间无法出门的老年人看到了走出家门,融入社会的希望。本文介绍的轮椅只需要对市场上现有的电动轮椅进行改进即可,在未来具有相当大的商业价值和极其优越的发展空间。

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