新型智能手杖策劃書(shū)

1、新型智能手杖設(shè)計(jì)策劃書(shū)課 題 名 稱(chēng) 新型智能手杖的設(shè)計(jì) 課 題 申 請(qǐng) 人 韓 旭 所 在 院（部）機(jī)械工程學(xué)院 課題指導(dǎo)教師張新偉 職稱(chēng) 講師（碩士） 新型智能手杖策劃書(shū) 手杖自從人類(lèi)能夠步行就開(kāi)始使用，當(dāng)今已成為許多老年人“助走”的晚年外出的必帶之物。它既可穩(wěn)身健步，又可增強(qiáng)體力，除此之外，手杖還有頗多妙用，人們通常稱(chēng)它是老年人的“第三條腿”。中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了老齡化社會(huì)，意味著手杖具有更大的消費(fèi)群體。現(xiàn)在市場(chǎng)上的手杖基本都只是單一支撐功能，不具備各種新環(huán)境下應(yīng)具有的智能功能。我們此次設(shè)計(jì)的是一種新型的、智能化的、多功能的、更便捷的手杖，手杖由GPS定位系統(tǒng)，距離傳感器，指南針，小型手電筒、

2、收音機(jī)等構(gòu)成。1. 設(shè)計(jì)構(gòu)思的提出中國(guó)乃至世界的很多國(guó)家都已經(jīng)進(jìn)入老年化社會(huì)，對(duì)于老年人的日常生活質(zhì)量應(yīng)當(dāng)有所提高，而我們的智能手杖的剛好能達(dá)到這個(gè)目的，讓老年人擺脫種種出行的困擾 。在科技發(fā)展的今天，年輕人的產(chǎn)品到處可見(jiàn)，我們也想讓老人們趕上潮流，讓老人們的晚年更加幸福?，F(xiàn)在越來(lái)越多的年輕人選擇和父母分開(kāi)住，許多老年人在退休后特別的孤獨(dú)，有的都已經(jīng)構(gòu)成心理上的疾病了，在世界老齡化這一現(xiàn)實(shí)的條件下，老年人作為社會(huì)上的一個(gè)為數(shù)不少的群體，更應(yīng)該引起我們更多人的關(guān)注。老年人在生理上許多功能都在退化，老年人的觸覺(jué)在55歲之后有急劇遲鈍的可能性，管理平衡的機(jī)能構(gòu)造衰退導(dǎo)致姿勢(shì)和步態(tài)不穩(wěn)，也就加大了摔跤

3、的可能性。這個(gè)智能手杖的提出就是鼓勵(lì)老年人多外出行走，好好享受陽(yáng)光，享受生活，也是提高老年人晚年幸福生活的產(chǎn)物之一。2. 手杖設(shè)計(jì)項(xiàng)目（1） GPS定位系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)GPS與手杖結(jié)合呢？把手杖把手第一節(jié)內(nèi)中空，安裝GPS電子設(shè)備，GPS接收機(jī)主要由接收天線(xiàn)、主機(jī)和電源組成。進(jìn)行相關(guān)匹配然后由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對(duì)流層、電離層對(duì)信號(hào)的影響，使得民用GPS定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS）技術(shù)，建立基準(zhǔn)站（差分臺(tái)）進(jìn)行GPS觀(guān)測(cè)，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀(guān)測(cè)值進(jìn)行比較，從而得出數(shù)據(jù)，并對(duì)外發(fā)布。接收機(jī)收到該數(shù)據(jù)后，與自身的觀(guān)測(cè)值進(jìn)行比較，消去大

4、部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分GPS（DGPS），定位精度可提高到5米。導(dǎo)航系統(tǒng)主要由導(dǎo)航主機(jī)和導(dǎo)航顯示終端兩部分構(gòu)成。內(nèi)置的GPS天線(xiàn)會(huì)接收到來(lái)自環(huán)繞地球的24顆GPS衛(wèi)星中的至少3顆所傳遞的數(shù)據(jù)信息，由此測(cè)定使用者當(dāng)前所處的位置。導(dǎo)航主機(jī)通過(guò)GPS衛(wèi)星信號(hào)確定的位置坐標(biāo)與電子地圖數(shù)據(jù)相匹配，便可確定使用者在電子地圖中的準(zhǔn)確位置。把手杖把手的第1節(jié)內(nèi)中空,安裝GPS電子設(shè)備，GPS接收機(jī)主要由接收天線(xiàn)、主機(jī)和電源組成。因?yàn)楣照燃?xì)長(zhǎng)和重量輕,其內(nèi)部電路集成度高,因此,選擇伽明公司的GPS25-LVSOEM板作為主機(jī)。GPS25-LVS接收模塊定位速度快,工作穩(wěn)定,耐電壓沖

5、擊,具有很好的抗干擾性,是目前應(yīng)用最廣泛的GPS接收處理板,能滿(mǎn)足各種導(dǎo)航和授時(shí)領(lǐng)域的需求。GPS25-LVS輸入輸出的語(yǔ)句采用串行通信協(xié)議,符合NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn);輸出的周期信號(hào),主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。由它接收來(lái)自天線(xiàn)的信號(hào),通過(guò)變頻、放大、濾波等一系列處理過(guò)程,實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤、鎖定、測(cè)量,從而產(chǎn)生計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息(包括:緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向、衛(wèi)星狀況等。在處理GPS數(shù)據(jù)時(shí)還要進(jìn)行經(jīng)緯度坐標(biāo)和平面直角坐標(biāo)系相互轉(zhuǎn)換。函數(shù)MaptoReal()可實(shí)現(xiàn)直角坐標(biāo)到經(jīng)緯度的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,這樣經(jīng)過(guò)處理后的GPS定位數(shù)據(jù)信息就存放在內(nèi)存中,接下來(lái)是等待狀態(tài)切換

6、,將這些信息通過(guò)電子地圖的匹配,查表得出相應(yīng)坐標(biāo)的地理位置名稱(chēng)數(shù)據(jù)。通過(guò)單片機(jī)輸出的定位信息只是單一的數(shù)據(jù)信息,由于盲人視覺(jué)上無(wú)法識(shí)別,只能依靠聽(tīng)覺(jué)感知,所以需要將電子地圖的地名坐標(biāo)數(shù)據(jù)與定位數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)匹配,矢量化后的電子地圖數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)器里的表項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比程序查表,由于盲人視覺(jué)上無(wú)法識(shí)別,只能依靠聽(tīng)覺(jué)感知,所以需要將電子地圖的地名坐標(biāo)數(shù)據(jù)與定位數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送給語(yǔ)音芯片進(jìn)行語(yǔ)音讀出。（2） 距離傳感器如何實(shí)現(xiàn)距離傳感器與手杖的結(jié)合？盲人使用拐杖時(shí),無(wú)法準(zhǔn)確的探明前方是否有障礙物,特別是懸掛在前方的障礙物,如果在拐杖把手的頭部安裝超聲波測(cè)障器,可以很好地幫助盲人辨別障礙物方位。結(jié)合GPS定位功能

7、,可以較好地輔助盲人生活出行。超聲波發(fā)送模塊包括超聲波產(chǎn)生和發(fā)射兩個(gè)部分構(gòu)成。超聲波的產(chǎn)生方法有兩種,一種是硬件產(chǎn)生法,另一種是軟件產(chǎn)生法。本設(shè)計(jì)采用硬件產(chǎn)生法超聲波產(chǎn)生發(fā)射電路的作用是將振蕩電路振蕩產(chǎn)生40kHz的脈沖信號(hào),由于產(chǎn)生的震蕩信號(hào)非常的微弱,并且超聲波在空氣中傳播時(shí),能量隨距離的增加而減小,回波的信號(hào)就更弱了,通過(guò)一個(gè)振蕩達(dá)林頓管進(jìn)行功率放大,來(lái)驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器的發(fā)射器發(fā)射超聲波信號(hào)。整個(gè)震蕩電路的啟震是通過(guò)單片機(jī)出口發(fā)出的低電平脈沖觸發(fā)。其中幾個(gè)非門(mén)并接,可供較大的輸出電流,從而提高電路的驅(qū)動(dòng)能力,使得超聲波器獲的發(fā)射到足夠的能量,產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的信號(hào)。超聲波經(jīng)發(fā)射后受障礙物反射

8、返回,超聲波接收器接收反射信號(hào),并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)過(guò)放大、濾波、整形等處理后,即將回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的中斷信號(hào),當(dāng)超過(guò)安全距離界限以后,蜂鳴器報(bào)警電路被啟動(dòng),并發(fā)聲報(bào)警。當(dāng)拐杖的超聲波檢測(cè)電路檢測(cè)到障礙物已經(jīng)到達(dá)安全距離之內(nèi),單片機(jī)出口會(huì)形成一個(gè)高電平使晶體管導(dǎo)通,觸發(fā)啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警,或者在遇到過(guò)馬路以及需提醒周?chē)腥俗⒁鈺r(shí)也可以手動(dòng)啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。超聲波測(cè)障報(bào)警系統(tǒng)組成,系統(tǒng)總體采用單片機(jī)專(zhuān)業(yè)語(yǔ)言KeilC51編寫(xiě)軟件分別調(diào)用子程序進(jìn)行相應(yīng)的串行通訊接口控制、波特率自適應(yīng)控制等。GPS定位子系統(tǒng)軟件由初始化模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和人機(jī)(中斷)模塊組成。其原理圖如下圖所示。將上述電路裝入手杖的低

9、端一節(jié)便可實(shí)現(xiàn)傳感器系統(tǒng)與手杖的完美結(jié)合。（3） 其他還裝有指南針、小型手電筒、收音機(jī)等，以滿(mǎn)足不同的需求者。3. 手杖功能及優(yōu)勢(shì)（1）GPS定位系統(tǒng)，據(jù)研究很多老人經(jīng)常忘記回家的路，通過(guò)GPS定位系統(tǒng)，家人可以準(zhǔn)確的，快速的知道老人的具體位置。（2）距離傳感器，這項(xiàng)功能主要是為盲人設(shè)計(jì)的，當(dāng)盲人遇到前方有障礙物時(shí)，手杖手柄處會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)以提示盲人使用者前方存在障礙物。以及其他的輔助功能。（3）手柄：堅(jiān)固、耐用，使用起來(lái)更舒適，防滑設(shè)計(jì),增加尼龍軟質(zhì)把手,輕松抓握更舒適.杖尖為鎢錳鋼杖尖很耐用，如果戳到石頭縫隙或冰里，不容易打滑。尖端凹進(jìn)去的，通?？梢源恋酶喂獭Ｌ峁┱燃庀鹉z防護(hù)套，這樣在比較松

10、軟的地上行走，也不會(huì)因?yàn)椴迦胩疃尾怀觯?）可調(diào)節(jié)杖桿：杖桿四節(jié)，長(zhǎng)度可自由調(diào)節(jié)，當(dāng)不用的時(shí)候，可以收縮的更短，能方便的帶在身上。最長(zhǎng)可拉到1.2米，最短可縮至0.54米，使用非常方便。4. 創(chuàng)新點(diǎn)經(jīng)過(guò)我們小組查閱相關(guān)資料，現(xiàn)在市場(chǎng)上的拐杖功能都是比較單一的，有的帶有手電筒，收音機(jī)等，卻也稱(chēng)不上智能，只能說(shuō)是多功能化的，而我們所設(shè)計(jì)的包含1）GPS定位系統(tǒng)，文中基于方便老年人、盲人、智障人士等特殊人群出行，便于監(jiān)護(hù)人監(jiān)控和尋找，綜合應(yīng)用 MCU 控制、GPS 定位、GSM/GPRS 傳輸、角度測(cè)量等技術(shù)，制作了一種智能定位報(bào)警拐杖。 樣機(jī)測(cè)試證明，當(dāng)使用者的實(shí)際位置超出設(shè)定的范圍或路徑，可以給出提示信息，幫助使用者回到設(shè)定的范圍或路徑；在拐杖歪倒超過(guò)一定時(shí)間時(shí)，自動(dòng)向監(jiān)護(hù)人發(fā)送求救及定位信息，或者自動(dòng)撥打相應(yīng)的電話(huà)求救，對(duì)特殊人群的出行能夠提供切實(shí)有效的幫助。據(jù)研究很多老人經(jīng)常忘記回家的路，通過(guò)GPS定位系統(tǒng)，家人可以準(zhǔn)確的，快速的知道老人的具體位置。2）距離傳感器，這項(xiàng)功能主要是為盲人設(shè)計(jì)的，當(dāng)盲人遇到前方有障礙物時(shí)，手杖手柄處會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)以提示盲人使用者前方存在障礙物。已經(jīng)其他的輔助功能，這都是我們的創(chuàng)新點(diǎn)。5. 結(jié)論中國(guó)乃至世界的很多國(guó)家都已經(jīng)進(jìn)入老年化社會(huì)，對(duì)于老年人的日常生活質(zhì)量應(yīng)當(dāng)有所提高，而