多功能服務型智能老人輪椅

李家棟 鄒存芝 孫園奧 鄧小兵 楊金宇（哈爾濱石油學院，黑龍江 哈爾濱150027）

隨著我國老年人和殘疾人人數的逐年增加以及社會所面臨的越來越嚴重的用工荒問題和快節奏生活方式，給社會和家庭養老造成了巨大的壓力。隨之家庭對老年人和殘疾人陪伴看護時間和次數逐漸減少，老年人和殘疾人出行還不方便，使老年人和殘疾人或多或少產生孤獨寂寞等負面情緒。輪椅是這些人的出行方式也是他們日常生活的必需品。多功能服務型智能老人輪椅系統主要實現老年人和殘疾人的出行方便、位移記錄、實時監控等一系列人性化設計，使老年人在無人陪伴時也可以放心出門散心。

1 多功能服務型智能老人輪椅的整體框架

模塊化設計是由一個相對復雜的系統分解成若干個可以單獨管理的模塊，模塊之間便能通過特定的方式進行交互協作，為各個子模塊分配相對應的職責和功能，并且能順利實現系統的整體功能。本論文研究的多功能服務型智能老人輪椅根據平衡車體感設計思維方式，在現有的電動輪椅的基礎上增加了智能檢測模塊以及輪椅驅動模塊。其中有穩定的底盤、環境感知、超聲波避障、輪椅驅動方式等多個子模塊相互合作完成。還有無線通訊塊模塊，在接收到人機交互接口所傳達的的指令，從而能做出智能決策，并控制輪椅平穩安全到達目的地，完成一系列智能行駛任務。整體框架圖如圖1。

圖1

2 硬件系統

2.1 輪椅驅動模塊

本設計采用兩個直流電機直接驅動輪椅的兩個前輪，通過繼電器的作用將5V 的電壓來驅動兩個電機。四個按鈕分別為前進按鈕，后退按鈕，左轉按鈕，右轉按鈕。兩個前輪的驅動引導整個多功能服務型智能老人輪椅的運動，兩個后輪在前輪的引導下隨之運動，為整個多功能服務型智能老人輪椅提供更加穩固的平衡性。直流電機通過程序向用戶提供控制行駛的方向和行駛的速度。老年人能通過這幾個按鈕來控制行駛的方向以及前后。

2.2 超聲波避障模塊

避障的功能是通過超聲波傳感器實現的，超聲波傳感器的空連、觸發輸入、回波輸出，傳感器采集的數據傳給單片機，通過單片機對數據進行處理后反饋給用戶，最遠可以測得輪椅周圍五米左右的障礙物，如果障礙物的距離過近會通過喇叭提醒用戶及時避讓，并且通過指示燈對用戶提醒。環境感知模塊和電機模塊的結合，如果接近障礙物時會停止電機的運動，保障老人的行駛安全。

2.3 環境感知模塊

采用了溫濕度傳感器DHT11 實現了環境感知的能力，DHT11 的數據傳輸端，將測的的數據進行反饋給單片機，DHT11 溫濕度傳感器通過內部取值, 將反饋傳給警示模塊，將所傳達的警示功能傳達給用戶。直接進行取值和運算的功能,因此性能穩定、可靠。將采集到的溫濕度模擬量轉換成數據量,DHT11 傳感器內含了溫濕度數據校準功能, 可以將校準后的溫濕度數字送入自帶的緩存中, 進行存儲, 待和單片機建立通訊后, 可以將這些數據送入芯片中進行通訊。DHT11 的信號傳輸的距離遠，抗干擾能力強，響應快, 性價比高。溫濕度傳感器將檢測的信息通過單片機的處理將數據傳給面板顯示，為用戶提供了所需的環境信息。周圍的環境因素會直接導致老年人的各種決定乃至老年人的安全駕駛。老年人可以通過溫濕度傳感器提供的信息在人機交互界面查看信息，并作出自己的決定，進一步保障了老年人的安全行駛。

3 系統實現

多功能服務型智能老人輪椅內部還設計了定位功能，構造了基于線性調頻擴頻信號測距的多功能服務型智能老人輪椅無線定位硬件平臺，完成多功能服務型智能老人輪椅定位算法設計并通過實驗驗證了定位模塊的可行性。在多功能服務型智能老人輪椅控制方面主要實現了觸摸屏和遙感雙重控制輪椅行為以及通過超聲波傳感器實現有效避障的功能。其次在多功能服務型智能老人輪椅的監控方面主要實現圖像的采集與顯示。本系統通過OV7670 圖像傳感器實現了對多功能服務型智能老人輪椅后方環境的實時監控。還有輪椅跌倒遠程警報功能。利用蘭軸加速度陀螺儀的特性實現了在輪椅跌倒的情況下通過智能手機聯網實現客戶端與微處理器的通信進行遠程警報。現已經運用CAD 技術，完成對多功能服務型智能老人輪椅機械結構的設計，并通過模擬完成了對所設計的多功能服務型智能老人輪椅的功能驗證。流程圖如圖2。

圖2

4 結論

多功能服務型智能老人輪椅與普通輪椅相比具有如下幾個優勢：

4.1 分析了多功能服務型智能老人輪椅的研究背景、目的和意義，在此基礎上還充分對比了國內外智能輪椅的現狀和主要研究內容并分析了現有研究的不足之處，提出了一種多功能智能老人輪椅的概念。

4.2 多功能服務型智能老人輪椅極大地提高了傳統輪椅的安全性、智能性、便利性，具有良好市場前景和實際應用價值。

4.3 在多功能服務型智能老人輪椅的監控方面主要實現一定距離內有障礙物報警功能，并及時通過電機使得輪椅停止并遠離障礙物。本設計在溫濕度傳感器的監控下能夠完成對多功能服務型智能老人輪椅周圍環境的實時監控及反饋。并且將所采集的信息經過智能處理之后展示給使用者。