基于MCU的智能定位報警拐杖研究

李娜

（青島黃海學(xué)院 山東 青島 266427）

隨著社會文明程度的提高，老年人、盲人、智障人士的一些特殊需求值得進一步的關(guān)注。

經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，老年人由于年事已高，記憶力下降，記不住自己家的位置，也記不住和子女家之間的路，不敢外出，不能來回走動；智障人士離開監(jiān)護人（親人、養(yǎng)老院、監(jiān)護中心等）后不知去向，很難尋找；盲人在去單位或者出行時，經(jīng)常偏離預(yù)定路線等等。為了解決上述問題，文中提出了研制智能拐杖的課題[1]。

智能拐杖的基本工作原理是：利用GPS的衛(wèi)星定位功能，隨時確定使用者的位置，將當前的經(jīng)緯度信息和預(yù)先存儲在拐杖里的路徑信息進行比較，如果超出預(yù)定范圍則給出提示信息，幫助使用者回到預(yù)定范圍；如果超出一定范圍，向監(jiān)護人發(fā)送GSM短信息報警、求助，信息內(nèi)容包括當前的定位信息、時間等；利用角度傳感器感知拐杖是否歪倒，如果拐杖隨老人一起摔到超過一定時間，向監(jiān)護人發(fā)送GSM短信息報警、求助；監(jiān)護人可以隨時向智能拐杖發(fā)短信查詢當前位置；監(jiān)護人可以通過GPRS與智能拐杖建立網(wǎng)絡(luò)連接，在地圖上顯示實時位置和行走軌跡，監(jiān)控使用者的活動范圍，幫助監(jiān)護人盡快找到使用者[2]。

1 系統(tǒng)硬件組成

智能拐杖系統(tǒng)的硬件分為智能拐杖終端和監(jiān)控終端兩部分。智能拐杖終端主要由GS-89m-J定位模塊、EM310傳輸模塊、角度傳感器、W77E58單片機控制電路組成。監(jiān)控終端主要有普通手機、PDA、微機等。系統(tǒng)硬件組成示意圖如圖1 所示[3]。

圖1 系統(tǒng)硬件組成示意圖Fig.1 System hardware schemes

1.1 智能拐杖終端

1.1.1 GS-89m-J定位模塊

GS-89m-J是一個穩(wěn)定性高、高效能、低耗電的智能型衛(wèi)星接收模塊，它采用聯(lián)發(fā)科技公司所設(shè)計的32通道定位接收芯片，是一個完整的衛(wèi)星定位接收器具備全方位功能，廣泛應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中，性能非常穩(wěn)定，功耗低，工作電流只有40 mA左右，接收精度可以達到3 m，采用4 800波特率與單片機串口1通信，提供具體的經(jīng)緯度和時間信息。

1.1.2 角度傳感器

采用MEC原裝傾斜開關(guān)SW-460D，靈敏度高，比較器采用LM393芯片，工作穩(wěn)定，在常溫及正常使用下開關(guān)壽命可達10萬次，數(shù)字量輸出接口可以與單片機IO口直接相連，靈敏度可調(diào)。用于檢測拐杖的歪倒狀態(tài)。

1.1.3 EM310傳輸模塊

傳輸模塊選用了華為EM310，支持AT指令，可以工作在900、1 800兩個頻帶，工作在GSM、GPRS兩種模式，體積小、功耗低，可進行GSM、GPRS通信。與主控器件連線簡單，僅僅需要兩根線就可以正常通信。傳輸模塊負責(zé)在智能拐杖終端和監(jiān)控終端之間進行語音通信、短信收發(fā)和建立GPRS連接。原理圖如圖2所示[4-7]。

圖2 EM310傳輸模塊原理圖Fig.2 EM310 transmission module schemes

1.1.4 單片機控制電路

單片機控制電路組織和控制GS-89m-J定位模塊、角度傳感器、EM310傳輸模塊進行有序協(xié)調(diào)的工作。單片機選用W77E58，可以提供兩個串口，分別與GS-89m-J定位模塊、EM310傳輸模塊通信。在預(yù)置活動路線時，單片機記錄路線上各點的GPS信息并存儲在系統(tǒng)中，以用于判定實際活動路線是否超出該范圍。原理圖如圖3所示。

1.2 監(jiān)控終端

監(jiān)控終端可以使用普通手機，也可以使用PDA、微機。

用普通手機和 PDA時，需要接入 CMWAP、CMNET、CMCARD等無線上網(wǎng)服務(wù)，主要實現(xiàn)與智能拐杖終端的語音通信、定位信息收發(fā)等功能。

圖3 單片機控制電路原理圖Fig.3 MCU control circuit schemes

使用微機可以實現(xiàn)實時定位，顯示活動軌跡等，軟件上結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地理信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)等，硬件上需要接入Internet，寬帶網(wǎng)絡(luò)或者ADSL均可，但是要求有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商提供的公網(wǎng)IP地址，如果是局域網(wǎng)用戶，需要設(shè)置端口映射。IP地址動態(tài)或靜態(tài)均可，但是動態(tài)IP需要申請動態(tài)域名解析服務(wù)。

2 系統(tǒng)軟件功能

智能拐杖終端軟件主要完成初始化設(shè)置、路徑預(yù)置、定位、拐杖狀態(tài)判定、提示和求助、建立GPRS連接等功能。智能拐杖終端軟件功能框圖如圖4所示。微機端軟件主要設(shè)置Internet連接參數(shù)、MAPX地圖顯示等功能。微機實時監(jiān)控界面如圖5所示。

圖4 終端軟件功能框圖Fig.4 Terminal software function diagram

圖5 實時監(jiān)控界面Fig.5 Real-time monitoring interface

3 結(jié)束語

根據(jù)以上設(shè)計，制作了智能拐杖樣機。通過對樣機的測試，主要實現(xiàn)了如下功能：1）衛(wèi)星定位功能，監(jiān)護人可隨時確定使用者的具體位置；2）偏離提示和求助功能，在使用者偏離預(yù)定路線時給予主動提示，必要時呼叫監(jiān)護人，發(fā)出求助信息；

3）拐杖傾倒自動呼救功能，在使用者摔倒，拐杖隨之傾倒超過一定時間，主動向監(jiān)護人發(fā)送求救信息；

4）監(jiān)護人可以通過微機監(jiān)控使用者的活動軌跡，實現(xiàn)連續(xù)實時定位。

本項目推廣應(yīng)用后，可以解決老年人、殘疾人和智障人士因種種原因在迷路、走失時，給使用者和監(jiān)護人等提供有效幫助，幫助監(jiān)護人迅速找到使用者，避免進一步的意外發(fā)生。隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高，關(guān)心和改善老年人、殘疾人和智障人士的生活質(zhì)量是大勢所趨，該項目有廣闊的應(yīng)用前景，具有很好的經(jīng)濟意義和社會意義。

[1]陳言.一種多功能智能拐杖的設(shè)計[J].藝術(shù)與設(shè)計（理論），2010（2）：209-210.

CHEN Yan.A multi-function intelligent crutches design[J].Art and Design（Theory），2010（2）：209-210.

[2]方仁杰，朱維兵.基于GPS定位與超聲波導(dǎo)盲拐杖的設(shè)計[J].計算機測量與控制，2011（5）：1154-1157.

FANG Ren-jie，ZHU Wei-bing.Based on the GPS positioning and ultrasonic waveguide blind crutches design[J].Computer Measurement&Control，2011（5）：1154-1157.

[3]林敬學(xué)，劉培學(xué)，田玉芹.基于MCU的工程機械柴油車輛油耗計量系統(tǒng)研究[J].電子設(shè)計工程，2011（18）：106-108.

LINJing-xue，LIUPei-xue，TIANYu-qin.Researchofengineering machinery diesel cars oil consumption measurement system based on MCU[J].Electronic Design Engineering，2011（18）：106-108.

[4]EM310產(chǎn)品描述[S].深圳：華為技術(shù)有限公司，2008.

[5]EM310概述[S].深圳:華為技術(shù)有限公司，2008.

[6]EM310模塊快速開發(fā)指導(dǎo) [S].深圳:華為技術(shù)有限公司，2008.

[7]華為EM310無線模塊 AT命令手冊_081219[S].深圳:華為技術(shù)有限公司，2008.