基于MCU的智能定位報(bào)警拐杖研究

摘要：文中基于方便老年人、盲人、智障人士等特殊人群出行，便于監(jiān)護(hù)人監(jiān)控和尋找，綜合應(yīng)用MC控制、GPS定位、GSM／GPRS傳輸、角度測量等技術(shù)，制作了一種智能定位報(bào)警拐杖。樣機(jī)測試證明，當(dāng)使用者的實(shí)際位置超出設(shè)定的范圍或路徑，可以給出提示信息，幫助使用者回到設(shè)定的范圍或路徑；在拐杖歪倒超過一定時(shí)間時(shí)，自動(dòng)向監(jiān)護(hù)人發(fā)送求救及定位信息，或者自動(dòng)撥打相應(yīng)的電話求救，對(duì)特殊人群的出行能夠提供切實(shí)有效的幫助。

關(guān)鍵詞：拐杖；智能；GPS；GSM／GPRS

隨著社會(huì)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(jìn)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(dòng)；智障人士離開監(jiān)護(hù)人(親人、養(yǎng)老院、監(jiān)護(hù)中心等)后不知去向，很難尋找；盲人在去單位或者出行時(shí)，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。

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(shí)確定使用者的位置，將當(dāng)前的經(jīng)緯度信息和預(yù)先存儲(chǔ)在拐杖里的路徑信息進(jìn)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(hù)人發(fā)送GSM短信息報(bào)警、求助，信息內(nèi)容包括當(dāng)前的定位信息、時(shí)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(shí)間，向監(jiān)護(hù)人發(fā)送GSM短信息報(bào)警、求助；監(jiān)護(hù)人可以隨時(shí)向智能拐杖發(fā)短信查詢當(dāng)前位置；監(jiān)護(hù)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(shí)時(shí)位置和行走軌跡，監(jiān)控使用者的活動(dòng)范圍，幫助監(jiān)護(hù)人盡快找到使用者。

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、W77 E58單片機(jī)控制電路組成。監(jiān)控終端主要有普通手機(jī)、PDA、微機(jī)等。系統(tǒng)硬件組成示意圖如圖1所示。

1．1 智能拐杖終端

1．1．1 GS-89m-J定位模塊

GS-89m-J是一個(gè)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(jì)的32通道定位接收芯片，是一個(gè)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(dá)到3 m，采用4 800波特率與單片機(jī)串口1通信，提供具體的經(jīng)緯度和時(shí)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(dá)10萬次，數(shù)字量輸出接口可以與單片機(jī)IO口直接相連，靈敏度可調(diào)。用于檢測拐杖的歪倒?fàn)顟B(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、1800兩個(gè)頻帶，工作在GSM、GPRS兩種模式，體積小、功耗低，可進(jìn)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(fù)責(zé)在智能拐杖終端和監(jiān)控終端之間進(jìn)行語音通信、短信收發(fā)和建立GPRS連接。原理圖如圖2所示。

1. 1．4 單片機(jī)控制電路

單片機(jī)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(jìn)行有序協(xié)調(diào)的工作。單片機(jī)選用W77E58，可以提供兩個(gè)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(dòng)路線時(shí)，單片機(jī)記錄路線上各點(diǎn)的GPS信息并存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，以用于判定實(shí)際活動(dòng)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(jī)，也可以使用PDA、微機(jī)。

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

使用微機(jī)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位，顯示活動(dòng)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(dòng)態(tài)或靜態(tài)均可，但是動(dòng)態(tài)IP需要申請動(dòng)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(jī)端軟件主要設(shè)置Internet連接參數(shù)、MAPX地圖顯示等功能。微機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面如圖5所示。

3 結(jié)束語

根據(jù)以上設(shè)計(jì)，制作了智能拐杖樣機(jī)。通過對(duì)樣機(jī)的測試，主要實(shí)現(xiàn)了如下功能：

1)衛(wèi)星定位功能，監(jiān)護(hù)人可隨時(shí)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(shí)給予主動(dòng)提示，必要時(shí)呼叫監(jiān)護(hù)人，發(fā)出求助信息；

3)拐杖傾倒自動(dòng)呼救功能，在使用者摔倒，拐杖隨之傾倒超過一定時(shí)間，主動(dòng)向監(jiān)護(hù)人發(fā)送求救信息；

4)監(jiān)護(hù)人可以通過微機(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、殘疾人和智障人士因種種原因在迷路、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)量是大勢所趨，該項(xiàng)目有廣闊的應(yīng)用前景，具有很好的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。