服務殘障群體的一鍵式無線信息傳輸系統

胡敏 王宇俊 方燦 易民

關鍵詞： 殘障人群; 無線信息傳輸; 云平臺; 遠程控制; 文字信息; 通信設備

中圖分類號： TN926?34; TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）02?0058?04

One?click wireless information transmission system for serving disabled people

HU Min， WANG Yujun， FANG Can， YI Min

（School of Computer and Information Science， Southwest University， Chongqing 400700， China）

Abstract： A simple touch?tone wireless communication device integrating functions of simplified character information transmission and remote control is designed to solve the problem that it is inconvenient for disabled people to use modern communication equipment. The device is installed in an appropriate position of a wheelchair， blind crutch or hospital bed. The very simple button operation is adopted to send demand information. Signals enter the Internet by means of the WiFi to achieve transmission of character information and control signals. The character demand information is displayed on the designated receiving terminal， and the feedback information is displayed on the displayer of the key panel in real time. The remote control of the device is realized by means of control signals and cloud platform server. The results of the actual test show that the system is simple in overall operation， and has a good stability and real?time performance.

Keywords： disabled people; wireless information transmission; cloud platform; remote control; character information; communication device

0 ?引 ?言

隨著通信技術的快速發展，特別是WiFi技術的出現，使近距離的通信方式普遍地應用于人們的生活之中。在大部分人都快樂地享受著最前沿的科技成果的時候，大家卻忽略了一些沒有語言能力的老人和一些不能正常使用電子設備的殘障人士。

在我國很多的城市里，如辦公樓、圖書館、學校等大眾場所，以及咖啡館、酒店等服務行業，都有WiFi信號的廣泛覆蓋[1]。在這些WiFi覆蓋區，隨身帶著一個支持WiFi功能的設備就可以輕松接入Internet。隨著越來越多的區域被覆蓋上WiFi網絡，各大生產制造公司也加快生產各具特色的裝有WiFi功能模塊的手持式終端[2]。而我國也提出建設以全城WiFi為基礎的智慧城市，這為使用WiFi的無線通信設備提供了極大的便利[3]。

目前市面上流行的傳輸設備大致分為兩種：一種使用的是有線傳呼器，該方式不便于攜帶，且接收方單一，無信息處理能力，例如醫院病床上的傳呼器;另外一種方式是采用ZigBee無線通信技術進行數據傳輸，采用拓撲結構的無線節點傳輸網絡，這種方式使得設備的制作成本居高不下[4]。

因此本文設計的設備主要安裝在輪椅、盲人拐杖或病床上合適的位置，采用極為簡單的按鍵操作發送需求信息，信號通過WiFi進入互聯網，實現文字信息和控制信號的傳輸。該設備除購買時的一次性投資外，使用過程無需其他任何費用，并且可以根據個人日常需要設置文字信息，滿足每個使用者的個性需求。

1 ?系統總體設計

針對目前通信設備廣泛使用的現狀，為提高老年人和殘疾人的生活質量，保證社會的和諧穩定，設計了一個簡單，廉價且實用的數據信號無線傳輸系統。本系統由硬件和服務器兩部分組成，硬件部分采用FPGA作為主控芯片，通過WiFi連接到服務器后端傳輸數據，服務器后端將數據存入數據庫，服務器前端讀取顯示，同樣的服務器前端也可以將回復的信息先發送給后端存入數據庫，后端再返回給硬件。其總體結構圖如圖1所示。

1.1 ?系統硬件設計

本設計硬件系統除FPGA主控模塊之外，還包括WiFi模塊、顯示模塊、按鍵模塊、數據處理模塊。根據硬件的驅動要求使用Quartus Ⅱ編寫硬件設備的驅動程序。程序完成后連接好各硬件模塊，將程序下載到FPGA芯片上，運行硬件設備，測試能否實現預定功能。系統的硬件框圖如圖2所示。

1.1.1 ?主控模塊

本設計采用Storm開發板對主控模塊進行設計，用到開發板的FPGA，KEY，LED及時鐘晶振等硬件資源[5?7]。

1.1.2 ?WiFi模塊

本設計中信息通過WiFi進行收發，WiFi功能選用安信可公司設計的ESP8266?01模塊實現。模塊Pin腳定義如表1 所示。

1.1.3 ?顯示模塊

本設計中信息通過LCD顯示屏進行顯示，LCD顯示屏選用LCD0602?A液晶屏模塊實現。

1.1.4 ?數據處理模塊

本模塊是整個硬件系統的核心模塊，承擔了全部的數據信息的處理和模塊控制功能。

本模塊的核心問題是WiFi模塊的數據處理和控制。當系統復位時自動初始化模塊，即初始化寄存器。在系統時鐘的作用下，先向WiFi模塊發送AT+CWJAP？指令，檢查是否連接上WiFi，如果沒有連接上WiFi，則向WiFi模塊發送AT+CWJAP指令，讓WiFi模塊連接指定WiFi，如果還是沒有連接成功，則繼續等待重新連接，如果連接WiFi成功則等待發送信息按鍵的操作，如果按下了發送信息的按鍵，則向WiFi模塊發送AT+CIPSTART指令連接服務器，當連接服務器成功后，向WiFi模塊發送AT+CIPSTART指令設置發送的數據長度，并發送相應數據，為了確保數據成功發送。除非已接收到確認信息或已按下停止按鍵需等待下一次信息按鍵的操作之外，一直反復連接服務器并發送數據。

為了更加清晰地梳理模塊工作過程，指令發送情況如表2所示，工作流程如圖3所示。

1.2 ?云服務器的設計

本設計服務器采用騰訊云服務器，服務器操作系統為Microsoft（微軟）公司的Windows Server，開發運行環境為Apache+PHP+MySQL，使用Notepad++開發工具[8?10]，利用PHP編寫服務器后臺程序，利用HTML編寫服務器前臺界面。設計完成后掛載在服務器上，聯合硬件設備測試是否實現預定功能。

2 ?軟件設計

軟件設計采用騰訊云服務器，系統為Windows Server 2012 R2，運行環境為Apache + PHP 7.0.12+MySQL 5.5.53。服務器按照前后端的設計思想進行設計，其中前端負責顯示，后端負責數據交互處理。

2.1 ?前端設計

秉承簡潔、清晰、易用的原則，Web前端界面借助Bootstrap框架設計布局，通過Ajax方式從后端獲取數據并實時刷新。前端顯示器如圖4所示。

2.2 ?服務器后臺設計

后端主要負責數據的交互工作，如與前端的交互、與硬件的交互、與數據庫的交互。后端與硬件的通信采用Socket方式UDP協議通過Internet傳輸，前端的數據采用表單的形式通過POST方式提交給后端，前端通過Ajax方式獲取后端的數據。由于信息都存儲在數據庫中，所以數據庫的設計尤為重要，按照系統的設計要求將數據庫分為五個字段，分別為設備編號，硬件發送的信息內容和時間，Web回復的內容和時間。數據庫的數據表信息如表3所示。

啟動服務器服務后，后端等待硬件傳輸數據，接收到數據時，查詢數據庫，查看是否已回復當前信息，如已回復，則硬件端回復“Ok”，沒有回復，則回復“No”。同時等待前端發起數據請求，當Web端發起數據請求時查詢數據庫，并將硬件端發送的數據和時間等信息返回給Web端，并顯示出來。服務器全天候保持工作狀態，數據可實時傳輸顯示。其工作流程如圖5所示。

3 ?系統測試

3.1 ?實驗平臺

本設計是根據經濟決策方案設計的一個簡單、廉價的系統。將設備安裝在輪椅或病床上合適的位置，采用極為簡單的按鍵操作即可發送信息，并得到回復，實驗測試結果表明，該設計能夠完成預期的目的，其實物圖見圖6。

3.2 ?功能測試

根據前面的分析，圖7顯示屏上面顯示的是按鍵之后的信息，表示當前設備已經發送給云端服務器的文字信息，其中R表示接收的信息，T代表的是已發送的信息，與此同時，在前端的界面會顯示收到的信息，如圖8所示。

當按下統一回復之后該信息就會通過WiFi傳輸到設備當中，此時使用該設備的人員將會知道信息已回復，如圖9，圖10所示。

同時為了使得該設備更加具有實用性和可操作性，在前端界面，該系統可接收多條不同的信息，并可統一回復或單個回復，如圖11所示。

4 ?結 ?語

本系統的硬件端安裝在輪椅、盲人拐杖或病床上合適的位置，采用簡潔有效的按鍵操作發送需求信息。當老年人和殘疾人需要特定服務時，通過按鍵操作與WiFi實時傳輸信息到遠程服務器，管理人員可通過Web界面實時查看相應信息，并及時處理解決相應問題。本系統的優點主要在于其能夠根據個人日常需要設置文字信息，滿足每個使用者的個性需求，并且整套設備的使用操作簡單、功耗低，信息傳輸延時較低。簡易裝置完成后，經測試達到滿意的效果。該系統節能、方便，性價比高，易于產品化和市場化。該設備還可擴展智能家居的控制功能，通過按鍵發送控制信號，控制物聯網中的家電，也可進一步的開發，支持微信，APP等查看信息，實現系統的進一步完善。

參考文獻

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