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智能拐杖方案設計開發


現階段,我國已經進入老齡化社會,按照國家規定,65周歲以上的人確定為老年,2011年我國老年人口比重達13.7%,2013年我國60歲以上老年人口已突破2億,預計未來20年我國老年人口將進入快速增長期,到2050年老年人口將達到全國人口的三分之一。老齡化問題不僅給每個家庭帶來了困惑,也給予社會極大壓力。老年人隨著年齡增長,記憶力、視力不斷下降,腿腳也越來越不靈活,反應逐漸遲鈍等,出行不便,最近幾年老人走失情況越來越嚴重,在網絡和微博上經常會看到尋找走失老人的新聞。據調查,65歲以上老人中至少有30%的人曾經摔倒。基于上訴這些問題,本文設計了專門為老年人而設計的智能拐杖。本設計工作的基本原理:(1)利用GPS定位功能隨時確定使用者位置;(2)使用者可以調節燈光的遠近,方便夜間行走;(3)當使用者摔倒時,報警系統開啟報警功能,以便使用者可以得到及時的幫助,同時向監護人發送求救或者撥打相應的電話求救,對老年人出現意外事故時提供切實有效的幫助;(4)通過熱釋電紅外線測量拐杖與使用者之間的距離,提醒使用者及時的使用拐杖或便于使用者尋找。

深圳智能拐杖方案公司

一、智能拐杖硬件設計

1.1系統功能實現原理

多功能智能拐杖主要利用單片機技術,是一款具有紅外線測距、報警、傾斜等多功能的智能收縮拐杖。智能拐杖硬件主要由角度傳感器、熱釋電傳感器、蜂鳴器、89S52單片機控制電路組成。

1.2硬件電路設計

(1)SCA60C角度傳感器工作原理:本設計以89S52單片機為控制核心,用SCA60C單軸傾角傳感器測量拐杖的平衡狀態。當拐杖處于平衡狀態時,角度傳感器SCA60C與水平面成0°,Vout端輸出0.5V的模擬電壓。當拐杖垂直于地面時,角度傳感器SCA60C與水平面成90°,此時Vout輸出+5V的模擬電壓。傳感器SCA60C僅能精確檢測到0~90°的范圍,在此范圍之內,Vout端輸出的是正比于傾角大小的+0.5V~+5V的模擬電壓信號,因此可以通過測定傳感器SCA60C輸出端Vout電壓的大小即可確定拐杖與水平面的角度。

(2)蜂鳴器驅動原理:電磁式蜂鳴器主要由振蕩器、電磁線圈、振動膜片、磁鐵及外殼等組成。接通電源后,振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈,使電磁線圈產生磁場,振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下,周期性地振動發出聲音。由于蜂鳴器的發聲需要一定電流才能驅動它,單片機I/O引腳輸出電流較小,因此單片機輸出TTL電壓基本上驅動不了蜂鳴器,所以通過添加一個三極管來驅動放大蜂鳴器。

(3)人體熱釋電紅外傳感器的工作原理:熱釋電紅外傳感器都是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器,人體都有37°左右的恒定體溫,所以會發出10μm左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10μm左右的紅外線通過菲涅爾濾光鏡增強后聚集到紅外感應源上,紅外感應源采用熱釋電元件,這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡,向外釋放電荷。一旦人體進入探測區域內,人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦,并被熱釋電元接受,經單片機處理后而產生報警。

二、智能拐杖軟件功能

智能拐杖軟件部分主要包括:初始化設置、建立GPS定位、在線監控、電子圍欄、親情號設置、求助等功能。

(1)軟件框圖設計:監護人可以通過web端或手機客戶端進入該軟件界面,如果是初次使用,首先進行初始化的設置。根據自身情況填寫相關的內容,判斷安裝在拐杖中的GPS定位功能是否開啟,如果開啟,可以根據GPS定位得知此時拐杖所在的位置,當拐杖歪倒時,硬件電路中的蜂鳴器開啟發出報警;當超過1分鐘,通過硬件電路電機自動撥通預先設置好的電話,得到進一步求助。也可以在界面中設置電子圍欄,當超出所設定的范圍,進行報警提示。

(2)呼叫設置:該設置最多可設置4個號碼,用戶可以根據自己的需求設置號碼,SOS按鍵可設置緊急呼叫。

(3)GPS定位功能:GPS定位分為在線監控和電子圍欄設置兩部分,在線監控功能可以通過地圖、衛星、三維三種方式進行定位。

三、智能拐杖外觀的設計

(1)拐杖設計有鋁合金伸縮桿,高度可從65cm-98cm進行調節,重量為320g,適合更多人群。用法:用手壓下鋁合金桿上的按鈕,上下移動較細的鋁合金低桿,將按鈕扣入到較粗鋁合金桿對應的孔位中,以滿足不同身高人群的使用需求,高度調節好了后,將鎖環鎖緊固定。

(2)照明、閃光用法:手柄頂部推鈕開關操作模式:開關一檔,白光LED燈照明;第二擋,白光LED照明+紅光LED燈閃光警示;第三檔,關。

(3)MP3功能用法:用手指輕按手柄側面中間MP3控制按鈕,MP3即處于工作狀態。此時用手指輕按左右按鍵,即可實現選中音樂。用手指輕按MP3上下音量控制按鍵,即可調節聲音大小,以適合的音量大小進行音樂的收聽。

(4)充電用法:將充電一端插入產品DC口,另一端接入標準5V輸出USB母座,即可對產品內部充電電池充電。此時充電紅色指示燈亮,充滿電后指示燈熄滅。

(5)GPS定位、電話、報警功能用法:將拐杖的GPS定位功能開關打開,即可進行定位功能的實現,監護人可以通過web端和手機客戶端登錄GPS定位平臺查看使用者的具體位置。同時可以通過按鈕1、2、3進行撥通預先設置好的電話。監護人也可以撥通拐杖內置的電話卡號,通過接通電話進行接聽。當拐杖倒了以后,蜂鳴器自動發出報警聲音,當人離開拐杖時,蜂鳴器發出滴滴的提示聲音。

總結

本設計針對老年人的心理和生理進行研究,設計了這一款具有功能多樣化、技術新穎、市場針對性強,通過對樣機的測試,主要實現了如下功能:

(1)GPS定位功能,監護人可隨時確定使用者的具體位置。監護人可以通過GPS定位界面監控使用者的活動軌跡,實現連續實時定位。(2)監護人可以設置電子圍欄,當超出所設定范圍時,開啟報警功能,必要時呼叫監護人,發出求助信息。(3)當拐杖傾倒,蜂鳴器開啟,超過1分鐘,將呼叫監護人或SOS求救信號,以便得到及時的幫助。(4)LED照明燈、MP3、伸縮等基本功能。

設計中采用符合人機曲線橡膠把手,在使用時為其提供最大限度的安全舒適。隨著社會發展和生活水平提高,關心和改善老年人的生活質量是大勢所趨,該設計功能全、重量輕、操作簡單、可靠使用、成本低,能滿足普通老百姓的購買能力和功能需求,具有廣闊市場前景。

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