智能拐杖控制板設(shè)計(jì)開發(fā)

中國(guó)在2000年開始步入老齡化社會(huì)，目前已成為世界上老年人口最多的國(guó)家之一。老年人身體機(jī)能的衰退給出行帶來極大不便，腿腳不便的老年人會(huì)選擇拐杖輔助出行。同時(shí)中國(guó)還是全世界盲人最多的國(guó)家之一。一般情況下，盲人的出行只能依靠拐杖或?qū)と?。由于培養(yǎng)一只良好的導(dǎo)盲犬需要花費(fèi)較長(zhǎng)的精力和較高的成本，因此更多的人選擇拐杖。然而傳統(tǒng)的拐杖只是一根長(zhǎng)棍，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能單一，存在一系列問題。

本文通過采用超聲波測(cè)距設(shè)計(jì)并加入夜晚模式，能夠更好地保護(hù)老年人或盲人的出行安全。本設(shè)計(jì)定位明確，專為老年和盲人群體設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了拐杖結(jié)構(gòu)，操作簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。

一、多功能智能拐杖系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制、GPS定位、語音識(shí)別、GSM通信、障礙物報(bào)警、摔倒檢測(cè)、語音播報(bào)和燈光警示等模塊組成。系統(tǒng)上電后，拐杖開啟智能模式，使用者在行走中，拐杖檢測(cè)到前方障礙物，會(huì)語音提示報(bào)警；使用者不慎摔倒時(shí)，拐杖會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，引起周圍行人注意并實(shí)施援救，若拐杖傾斜15 s，單片機(jī)將自動(dòng)控制GSM通信模塊，向監(jiān)護(hù)人發(fā)出求救短信；當(dāng)使用者預(yù)感到身體不適，可按下求救鍵，直接向監(jiān)護(hù)人發(fā)送求救信息；若因操作不當(dāng)，誤發(fā)了求救短信，使用者還可按下誤報(bào)鍵，向監(jiān)護(hù)人發(fā)送安全信息，避免引起監(jiān)護(hù)人不必要的擔(dān)心；使用者可以語音控制家用電器的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了家用電器的智能控制。拐杖操作簡(jiǎn)單，功能實(shí)用，能夠滿足老人和盲人的生活需求。系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示。

二、智能拐杖硬件電路設(shè)計(jì)

（1）單片機(jī)控制模塊：該模塊采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片，它具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，速度最快可達(dá)傳統(tǒng)8051單片機(jī)的12倍。該單片機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，可長(zhǎng)時(shí)間在智能拐杖系統(tǒng)中工作，適合在拐杖這種便攜式設(shè)備上使用。

（2）GSM通信模塊：該模塊包括一個(gè)RF天線和一個(gè)接收模塊，可實(shí)現(xiàn)求救短信的發(fā)送，監(jiān)護(hù)人可對(duì)使用者進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。該拐杖選用的是Air208模塊，兼容SIM900A指令、尺寸小、省電，能夠滿足智能拐杖的通信要求。單片機(jī)與GSM模塊之間的通信采用UART串行口通信，GSM模塊直接受單片機(jī)的控制。當(dāng)拐杖檢測(cè)到使用者摔倒后，自動(dòng)向監(jiān)護(hù)人發(fā)送求救短信。

（3）GPS定位模塊：GPS定位主要實(shí)現(xiàn)使用者所在位置的準(zhǔn)確定位，當(dāng)使用者面臨突發(fā)情況時(shí)便于監(jiān)護(hù)人及時(shí)發(fā)現(xiàn)其位置，實(shí)施救援。該拐杖選用的是GT-U7模塊，該模塊啟動(dòng)時(shí)間短、功耗低、體積小，極高的追蹤靈敏度擴(kuò)大了定位的覆蓋面積。當(dāng)使用者摔倒或遇到危險(xiǎn)時(shí)，其位置可通過GSM通信模塊發(fā)送到監(jiān)護(hù)人的手機(jī)上。在復(fù)雜的城市街道可實(shí)現(xiàn)高精度定位，方便監(jiān)護(hù)人第一時(shí)間找到走失老人的位置。

（4）語音識(shí)別模塊：該模塊由語音輸入、語音識(shí)別、無線傳輸?shù)炔糠纸M成。LD3320芯片用于語音識(shí)別，能夠識(shí)別人發(fā)出的非特定語音，語音信號(hào)經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化為電平信號(hào)傳送到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后，來控制家用電器的開關(guān)，如語音控制電燈的開關(guān)，該模塊的控制流程如圖3所示。

（5）障礙物報(bào)警模塊：該模塊使用超聲波測(cè)距，利用發(fā)射器發(fā)射超聲波，同時(shí)單片機(jī)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)超聲波接收器接收到障礙物反射的回波后，單片機(jī)停止計(jì)時(shí)。這段時(shí)間為Δt，將空氣中超聲波的傳播速度設(shè)為v，利用s=v×Δt，就能夠計(jì)算出超聲波模塊發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離s。該模塊可實(shí)時(shí)檢測(cè)距前方障礙物的距離，當(dāng)測(cè)量值小于程序中設(shè)定的安全距離時(shí)，系統(tǒng)會(huì)語音提示使用者。

三、智能拐杖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

多功能智能拐杖的軟件程序包括系統(tǒng)啟動(dòng)、參數(shù)設(shè)置、障礙報(bào)警、語音控制及狀態(tài)檢測(cè)等子程序。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用性能可靠的C語言編寫，具體流程如圖4所示。

結(jié)語

針對(duì)老人和盲人日常出行不便等問題，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的多功能智能拐杖能夠?yàn)槔夏耆颂峁┬凶咧?、?shí)時(shí)監(jiān)控、及時(shí)求救等功能，為盲人提供障礙物提醒、告知盲人當(dāng)前的方位和時(shí)間、緊急情況下向家人求助等功能。符合老年人的需求，使老年人擁有一個(gè)健康安全的晚年。同時(shí)能夠提醒盲人前方路況，幫助他們避開障礙物，告知他們所處位置，有助于盲人出行，降低事故發(fā)生的概率，保證他們的人身安全。本設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)拐杖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能單一、無法實(shí)時(shí)監(jiān)控、及時(shí)求救的弊端，可對(duì)老年人出現(xiàn)意外情況及盲人出行等問題提供一定的幫助。

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