盲人多功能智能拐杖的設(shè)計(jì)

豈萊+王玲

（遼寧科技大學(xué)）

摘要：社會(huì)不斷的在進(jìn)步與的發(fā)展，同老年人 、盲人 、殘障人士等特殊人群出行卻變得越來(lái)越不方便，為了方便這些特殊人群，文中介紹了一種綜合GPS定位、物聯(lián)網(wǎng)和傾角儀結(jié)合的智能化定位報(bào)警拐杖，GPS可以幫助這些特殊人群對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)語(yǔ)音是這些人避免危險(xiǎn)和障礙；物聯(lián)網(wǎng)和傾角儀結(jié)合功能，可以在拐杖傾倒規(guī)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)發(fā)送求救信息監(jiān)護(hù)熱可以通過(guò)手機(jī)或電腦等進(jìn)行查看拐杖角度變化以及位置信息確認(rèn)時(shí)都處于安全狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：智能拐杖；GPS；物聯(lián)網(wǎng)；水平感應(yīng)器

0引言

隨著社會(huì)人文素質(zhì)的普遍提高，像老年人、盲人、殘疾人也受到了更多的關(guān)注，起初，在交通不是很便利的時(shí)期，對(duì)于殘障人群來(lái)說(shuō)，僅憑一個(gè)木棍就可以安全出行，但是由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通方式也越來(lái)越發(fā)達(dá)，這對(duì)于這些殘障人群所造成的安全隱患也是非常巨大的，那么如何解決這些安全隱患也變得尤為重要與迫切。

目前市場(chǎng)上的拐杖大多數(shù)就是普通拐杖，，雖然結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，價(jià)格低，但是卻存在很大的安全隱患，例如對(duì)于盲人、老年人和殘障人來(lái)說(shuō)普通的拐杖并沒(méi)有辦法可以幫助他們快速安全的到達(dá)目的地，不能為他選擇最安全的道路，走失時(shí)也不能準(zhǔn)確的定位，就算是在路上出現(xiàn)什么意外，或者遇到換人不能及時(shí)的得到幫助，雖然對(duì)于盲人來(lái)說(shuō)可以依靠導(dǎo)盲犬，但是成本高、壽命短。所以這樣一款幫助特殊人群提高安全性的拐杖是非常有必要的。

1新型拐杖的設(shè)計(jì)與原理

這種新型的智能化拐杖應(yīng)用了，GPS語(yǔ)音導(dǎo)航定位、物聯(lián)網(wǎng)和傾角儀結(jié)合的智能化報(bào)警的原理。

GPS的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息用戶接收到這些信息后經(jīng)過(guò)計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。基于ARM的GSP定位系統(tǒng)，將其數(shù)據(jù)接收裝置安裝在待跟蹤的物體上，數(shù)據(jù)接收裝置通過(guò)接收GPS信號(hào)解析待跟蹤物體的定位信息，數(shù)據(jù)接收裝置再通過(guò)無(wú)線射頻向數(shù)據(jù)處理裝置發(fā)送待跟蹤物體的定位信息，數(shù)據(jù)處理裝置處理接收到的定位信息，實(shí)現(xiàn)物體遠(yuǎn)距離定位的目的。[4] 也就是說(shuō)，GPS定位是在被定位的物體或是設(shè)備上提前安裝GPS裝置，通過(guò)衛(wèi)星去獲取GPS裝置的位置信息，然后將位置信息傳遞給控制端的一個(gè)過(guò)程。被定位端要預(yù)先安裝GPS裝置才可以定位，否則是定位不到的，而且裝置必須得處于工作狀態(tài)。

相對(duì)于經(jīng)典的測(cè)量技術(shù)來(lái)說(shuō)，GPS技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：

1.1觀察站之間無(wú)需通視

既要保持良好的通視條件，又要保障測(cè)量控制網(wǎng)的良好結(jié)構(gòu)，這一直是經(jīng)典測(cè)量技術(shù)在實(shí)踐方面的問(wèn)題之一。而GPS測(cè)量不需要測(cè)站之間相互通視，因而不在于要建造覘標(biāo)。這優(yōu)點(diǎn)既可以大大的減少測(cè)量工作的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，同時(shí)也使點(diǎn)位的選擇變得更加靈活。

1.2定位精度高

大量實(shí)驗(yàn)表明，目前在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)1×10-6～2×10-，而在100～500km的基線上可達(dá)10-6～10-7。

1.3測(cè)量時(shí)間短

目前利用經(jīng)典的靜態(tài)定位方法，完成一條基線的相對(duì)定位所需的的觀測(cè)時(shí)間，根據(jù)要求精度不同。一般約為1～3h。

1.4提供三維坐標(biāo)

測(cè)量中，，在精確測(cè)定觀測(cè)張平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高度。

1.5操作簡(jiǎn)便

1.6全天候作業(yè)

GPS測(cè)量工作，可以在任何地、任何時(shí)間連續(xù)的進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。

物聯(lián)網(wǎng)基本原理：物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無(wú)線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬(wàn)事萬(wàn)物的“Internet of Things”。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物品（商品）能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無(wú)需人的干預(yù)。其實(shí)質(zhì)是利用射頻自動(dòng)識(shí)別（RFID）技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品（商品）的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。

和傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)有其鮮明的特征：

（1）首先它是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

（2）它是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛型網(wǎng)絡(luò)。

（3）物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的鏈接，其本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制。

物聯(lián)網(wǎng)用途廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、路燈照明管控、景觀照明管控、樓宇照明管控、廣場(chǎng)照明管控、老人護(hù)理、個(gè)人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測(cè)、食品溯源、敵情偵查和情報(bào)搜集等多個(gè)領(lǐng)域。

傾角儀原理：基體中的軸往一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)增加，轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變時(shí)，計(jì)數(shù)減少。計(jì)數(shù)與傾角儀的初始位置有關(guān)。當(dāng)初始化傾角儀時(shí)，它的計(jì)數(shù)值被設(shè)置為0。通過(guò)計(jì)算旋轉(zhuǎn)的角度，可以很容易的測(cè)出位置和速度。

傾角儀的特點(diǎn)：

（1）4個(gè)方向360度完全測(cè)量

（2）當(dāng)傾角儀倒置，液晶顯示的角度讀數(shù)會(huì)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)朝上便于閱

（3）精密的不銹鋼測(cè)量結(jié)構(gòu)

（4）可以不需要任何特別的和設(shè)備進(jìn)行重新校正

（5）可選測(cè)量面：a、普通量面b、帶磁量面c、加寬量面d、加寬量面帶磁

目前，很多重要的測(cè)控儀器，如陀螺轉(zhuǎn)臺(tái)、慣導(dǎo)平臺(tái)、經(jīng)緯儀、星體跟蹤器、雷達(dá)、導(dǎo)彈發(fā)射架、空間望遠(yuǎn)鏡、高精度數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等系統(tǒng)中一般都需要角度傳感器，用于測(cè)量被測(cè)物體相對(duì)于某基準(zhǔn)方位的絕對(duì)轉(zhuǎn)角或相對(duì)于自身在不同時(shí)刻的相對(duì)轉(zhuǎn)角。隨著測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)要求的測(cè)控精度越來(lái)越高。

2設(shè)計(jì)舉例

2.1左圖為一個(gè)現(xiàn)有智能拐杖的設(shè)計(jì)

（1）硬件分析

手柄材質(zhì)： 橡膠

支桿材質(zhì)： 鋁合金

杖尖材質(zhì)： 橡膠

在功能方面結(jié)合了傳統(tǒng)拐杖、收音機(jī)、手電筒、和警報(bào)的多方面功能。

顏色為黑色

可根據(jù)使用者高度不同改變拐杖高度，底部設(shè)計(jì)減震防滑腳墊

（2）軟件

手柄的設(shè)計(jì)方便人手的使用，磨砂的材質(zhì)避免手滑脫落；整個(gè)拐杖的材質(zhì)大多耐磨，有很好的電絕緣性，且無(wú)毒，適合長(zhǎng)期使用，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠

在顏色方面選擇了黑色，黑色彰顯出一種樸實(shí)的高貴、低調(diào)的華麗。同時(shí)也給人沉著、穩(wěn)重的感覺(jué)，體現(xiàn)出老年人特有的成熟氣質(zhì)。這種拐杖有腕帶，一切都出于對(duì)人安全的考慮；收音機(jī)的功能也是考慮到老年人外出時(shí)候會(huì)感到無(wú)聊，可以愉悅老人的心情。

2.2現(xiàn)有的自能拐杖設(shè)計(jì)

（1）硬件

拐杖的拐尖采用碳鎢鋼材質(zhì)，HRC>=60，能夠穩(wěn)步抓地，牢釘巖石

拐杖內(nèi)置緩沖彈簧，有效減震

采用PC+ABS，鋁合金/aluminum alloy材質(zhì)，厚度0.8MM，拋光，氧化，過(guò)光油工藝，彰顯高貴，高雅質(zhì)感，壽命更長(zhǎng)久

通過(guò)旋轉(zhuǎn)海綿副把手在72cm～115cm間自由調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，適合不同身高體型人士使用

海綿副手柄

內(nèi)置緩沖彈簧

強(qiáng)光手電筒，夜間照射距離達(dá)（10）米，并植入閃爍呼救功能

FM芯片，靈敏度高，音質(zhì)清晰，搭載MP3播放功能，并支持SD卡安插

語(yǔ)音整點(diǎn)報(bào)時(shí)，APP實(shí)時(shí)查詢拐杖電量，并具有鬧鐘定時(shí)提醒功能，實(shí)用性更強(qiáng)

（2）軟件

實(shí)施三重精準(zhǔn)定位

配套專(zhuān)屬APP，植入GPS+LBS+AGPS定位，配置精準(zhǔn)電子圍欄，一鍵導(dǎo)航功能，每60秒刷新定位信息。保障使用者精確位置.

搭載一鍵SOS緊急呼救系統(tǒng)，自我保護(hù)更安全

遠(yuǎn)程聆聽(tīng)親情撥號(hào)功能

App發(fā)送指令，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)聆聽(tīng)

用戶周?chē)曇魻顟B(tài)

親情號(hào)一鍵直達(dá)功能，隨時(shí)隨地

與最親近的人保持通話

更親近 更安全

3總結(jié)

綜上所述需要制作的智能拐杖主要實(shí)現(xiàn)以下功能 ：

（1） GPS定位功能 ，監(jiān)護(hù)人可隨時(shí)確定使用者的具體位置，使用者也可以準(zhǔn)確的確定位置 ；

（2）拐杖傾倒 自動(dòng)呼救 功能 ，在使用者摔倒 ，拐杖隨之傾

倒超過(guò)一定時(shí)間 ，主動(dòng)向監(jiān)護(hù)人發(fā)送求救信息 ；

（3）監(jiān)護(hù)人可以通過(guò)微機(jī)監(jiān)控使用者的活動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)定位 。

本項(xiàng)目推廣應(yīng)用后，可以解決老年人、殘疾人和智障人在迷路、走失時(shí).給使用者和監(jiān)護(hù)人等提供有效幫助，幫助監(jiān)護(hù)人迅速找到使用者，避免進(jìn)一步的意外發(fā)生。隨著社會(huì)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(shì)所趨，該項(xiàng)目有廣闊的。