新型智能手杖策划书.doc

新
型
智
能
手
杖
设
计
策
划
书
课 题 名 称 新型智能手杖设计
课 题 申 请 人　　　　 　 韩 旭 　　　
所 在 院（部）　　　　　机械工程学院　　 　
课题指导老师　　张新伟　　 职称 讲师（硕士）

新型智能手杖策划书
手杖自从人类能够步行就开始使用, 当今已成为很多老年人“助走”晚年外出必带之物。它既可稳身健步, 又可增强体力, 除此之外, 手杖还有颇多妙用, 大家通常称它是老年人“第三条腿”。中国已经进入了老龄化社会, 意味着手杖含有更大消费群体。现在市场上手杖基础都只是单一支撑功效, 不含有多种新环境下应含有智能功效。我们此次设计是一个新型、 智能化、 多功效、 更便捷手杖, 手杖由GPS定位系统, 距离传感器, 指南针, 小型手电筒、 收音机等组成。
1. 设计构思提出
中国乃至世界很多国家都已经进入老年化社会, 对于老年人日常生活质量应该有所提升, 而我们智能手杖刚好能达成这个目, 让老年人摆脱种种出行困扰 。
在科技发展今天, 年轻人产品四处可见, 我们也想让老大家赶上时尚, 让老大家晚年愈加幸福。现在越来越多年轻人选择和父母分开住, 很多老年人在退休后尤其孤独, 有都已经组成心理上疾病了, 在世界老龄化这一现实条件下, 老年人作为社会上一个为数不少群体, 更应该引发我们更多人关注。老年人在生理上很多功效都在退化, 老年人触觉在55岁以后有急剧迟钝可能性, 管理平衡机能结构衰退造成姿势和步态不稳, 也就加大了摔跤可能性。
这个智能手杖提出就是激励老年人多外出行走, 好好享受阳光, 享受生活, 也是提升老年人晚年幸福生活产物之一。
2. 手杖设计项目
（1） GPS定位系统
怎样实现GPS与手杖结合呢？把手杖把手第一节内中空, 安装GPS电子设备, GPS接收机关键由接收天线、 主机和电源组成。进行相关匹配然后因为卫星运行轨道、 卫星时钟存在误差, 大气对流层、 电离层对信号影响, 使得民用GPS定位精度只有100米。为提升定位精度, 普遍采取差分GPS(DGPS）技术, 建立基准站（差分台）进行GPS观察, 利用已知基准站正确坐标, 与观察值进行比较, 从而得出数据, 并对外公布。接收机收到该数据后, 与本身观察值进行比较, 消去大部分误差, 得到一个比较正确位置。试验表明, 利用差分GPS（DGPS）, 定位精度可提升到5米。导航系统关键由导航主机和导航显示终端两部分组成。内置GPS天线会接收到来自围绕地球24颗GPS卫星中最少3颗所传输数据信息, 由此测定使用者目前所处位置。导航主机经过GPS卫星信号确定位置坐标与电子地图数据相匹配, 便可确定使用者在电子地图中正确位置。
把手杖把手第1节内中空,安装GPS电子设备, GPS接收机关键由接收天线、 主机和电源组成。因为拐杖细长和重量轻,其内部电路集成度高,所以,选择伽明企业GPS25-LVSOEM板作为主机。GPS25-LVS接收模块定位速度快,工作稳定,耐电压冲击,含有很好抗干扰性,是现在应用最广泛GPS接收处理板,能满足多种导航和授时领域需求。GPS25-LVS输入输出语句采取串行通信协议,符合NMEA-0183标准;输出周期信号,关键由帧头、 帧尾和帧内数据组成。由它接收来自天线信号,经过变频、 放大、 滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星信号跟踪、 锁定、 测量,从而产生计算位置数据信息(包含:纬度、 经度、 高度、 速度、 日期、 时间、 航向、 卫星情况等。在处理GPS数据时还要进行经纬度坐标和平面直角坐标系相互转换。函数MaptoReal()可实现直角坐标到经纬度坐标转换,这么经过处理后GPS定位数据信息就存放在内存中,接下来是等候状态切换,将这些信息经过电子地图匹配,查表得出对应坐标地理位置名称数据。
经过单片机输出定位信息只是单一数据信息,因为盲人视觉上无法识别,只能依靠听觉感知,所以需要将电子地图地名坐标数据与定位数据进行相关匹配,矢量化后电子地图数据与存放器里表项数据对比程序查表,因为盲人视觉上无法识别,只能依靠听觉感知,所以需要将电子地图地名坐标数据与定位数据经过串口发送给语音芯片进行语音读出。
（2） 距离传感器
怎样实现距离传感器与手杖结合？盲人使用拐杖时,无法正确探明前方是否有障碍物,尤其是悬挂在前方障碍物,假如在拐杖把手头部安装超声波测障器,能够很好地帮助盲人分辨障碍物方位。结合GPS定位功效,能够很好地辅助盲人生活出行。超声波发送模块包含超声波产生和发射两个部分组成。超声波产生方法有两种,一个是硬件产生法,另一个是软件产生法。本设计采取硬件产生法超声波产生发射电路作用是将振荡电路振荡产生40kHz脉冲信号,因为产生震荡信号非常微弱,而且超声波在空气中传输时,能量随距离增加而减小,回波信号就更弱了,经过一个振荡达林顿管进行功率放大,来驱动超声波传感器发射器发射超声波信号。整个震荡电路启震是经过单片机出口发出低电平脉冲触发。其中多个非门并接,可供较大输出电流,从而提升电路驱动能力,使得超声波器获发射到足够能量,产生稳定可靠信号。超声波经发射后受障碍物反射返回,超声波接收器接收反射信号,并转换成电信号,经过放大、 滤波、 整形等处理后,立即回波信号转换成单片机中止信号,当超出安全距离界限以后,蜂鸣器报警电路被开启,并发声报警。当拐杖超声波检测电路检测到障碍物已经抵达安全距离之内,单片机出口会形成一个高电平使晶体管导通,触发开启蜂鸣器报警,或者在碰到过马路以及需提醒周围行人注意时也能够手动开启蜂鸣器报警。超声波测障报警系统组成,系统总体采取单片机专业语言KeilC51编写软件分别调用子程序进行对应串行通讯接口控制、 波特率自适应控制等。GPS定位子系统软件由初始化模块、 数据处理模块和人机(中止)模块组成。其原理图以下图所表示。

将上述电路装入手杖低端一节便可实现传感器系统与手杖完美结合。
（3） 其她
还装有指南针、 小型手电筒、 收音机等, 以满足不一样需求者。

3. 手杖功效及优势
（1）GPS定位系统, 据研究很多老人常常忘记回家路, 经过GPS定位系统, 家人能够正确, 快速知道老人具体位置。
（2）距离传感器, 这项功效关键是为盲人设计, 当盲人碰到前方有障碍物时, 手杖手柄处会产生振动以提醒盲人使用者前方存在障碍物。以及其她辅助功效。
（3）手柄: 坚固、 耐用, 使用起来更舒适, 防滑设计,增加尼龙软质把手,轻松抓握更舒适.
杖尖为钨锰钢杖尖很耐用, 假如戳到石头缝隙或冰里, 不轻易打滑。尖端凹进去, 通常能够戳得更牢靠。提供杖尖橡胶防护套, 这么在比较松软地上行走, 也不会因为插入太深而拔不出
（4）可调整杖杆: 杖杆四节, 长度可自由调整, 当不用时候, 能够收缩更短, 能方便带在身上。最长可拉到1.2米, 最短可缩至0.54米, 使用非常方便。
4. 创新点
经过我们小组查阅相关资料, 现在市场上拐杖功效都是比较单一, 有带有手电筒, 收音机等, 却也称不上智能, 只能说是多功效化, 而我们所设计包含1）GPS定位系统, 文中基于方便老年人、 盲人、 智障人士等特殊人群出行, 便于监护人监控和寻求, 综合应用 MCU 控制、 GPS 定位、 GSM/GPRS 传输、 角度测量等技术, 制作了一个智能定位报警拐杖。 样机测试证实, 当使用者实际位置超出设定范围或路径, 能够给出提醒信息, 帮助使用者回到设定范围或路径; 在拐杖歪倒超出一定时间时, 自动向监护人发送求救及定位信息, 或者自动拨打对应电话求救, 对特殊人群出行能够提供切实有效帮助。据研究很多老人常常忘记回家路, 经过GPS定位系统, 家人能够正确, 快速知道老人具体位置。2）距离传感器, 这项功效关键是为盲人设计, 当盲人碰到前方有障碍物时, 手杖手柄处会产生振动以提醒盲人使用者前方存在障碍物。已经其她辅助功效, 这都是我们创新点。

5. 结论
中国乃至世界很多国家都已经进入老年化社会, 对于老年人日常生活质量应该有所提升, 而我们智能手杖正能达成这么目, 让老年人摆脱种种出行问题困扰。让老年人舒心, 让家人放心。
从研究“智能手杖”人数较多能够看出, 这是一个非常有前景设计, 即使对于成品制作过程和技术手段还存在很多技术瓶颈, 不过智能手杖研发终究是一个不可逆转趋势。