基于GPS/GSM的智能拐杖系統設計

　　隨著(zhù)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，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(lái)回走動(dòng);智障人士離開(kāi)監護人(親人、養老院、監護中心等)后不知去向，很難尋找;盲人在去單位或者出行時(shí)，經(jīng)常偏離預定路線(xiàn)等等。為了解決上述問(wèn)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的衛星定位功能，隨時(shí)確定使用者的位置，將當前的經(jīng)緯度信息和預先存儲在拐杖里的路徑信息進(jìn)行比較，如果超出預定范圍則給出提示信息，幫助使用者回到預定范圍;如果超出一定范圍，向監護人發(fā)送GSM短信息報警、求助，信息內容包括當前的定位信息、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(guò)一定時(shí)間，向監護人發(fā)送GSM短信息報警、求助;監護人可以隨時(shí)向智能拐杖發(fā)短信查詢(xún)當前位置;監護人可以通過(guò)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，監控使用者的活動(dòng)范圍，幫助監護人盡快找到使用者。

　　1 系統硬件組成

　　智能拐杖系統的硬件分為智能拐杖終端和監控終端兩部分。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單片機控制電路組成。監控終端主要有普通手機、PDA、微機等。系統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)穩定性高、高效能、低耗電的智能型衛星接收模塊，它采用聯(lián)發(fā)科技公司所設計的32通道定位接收芯片，是一個(gè)完整的衛星定位接收器具備全方位功能，廣泛應用在嵌入式系統中，性能非常穩定，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(shí)間信息。

　　1.1.2 角度傳感器

　　采用MEC原裝傾斜開(kāi)關(guān)SW-460D，靈敏度高，比較器采用LM393芯片，工作穩定，在常溫及正常使用下開(kāi)關(guān)壽命可達10萬(wàn)次，數字量輸出接口可以與單片機IO口直接相連，靈敏度可調。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、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(xiàn)簡(jiǎn)單，僅僅需要兩根線(xiàn)就可以正常通信。傳輸模塊負責在智能拐杖終端和監控終端之間進(jìn)行語(yǔ)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(jìn)行有序協(xié)調的工作。單片機選用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。在預置活動(dòng)路線(xiàn)時(shí)，單片機記錄路線(xiàn)上各點(diǎn)的GPS信息并存儲在系統中，以用于判定實(shí)際活動(dòng)路線(xiàn)是否超出該范圍。原理圖如圖3所示。

　　1.2 監控終端

　　監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(shí)，需要接入CMWAP、CMNET、CMCARD等無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)服務(wù)，主要實(shí)現與智能拐杖終端的語(yǔ)音通信、定位信息收發(fā)等功能。

　　使用微機可以實(shí)現實(shí)時(shí)定位，顯示活動(dòng)軌跡等，軟件上結合數據庫技術(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)供應商提供的公網(wǎng)IP地址，如果是局域網(wǎng)用戶(hù)，需要設置端口映射。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 系統軟件功能

　　智能拐杖終端軟件主要完成初始化設置、路徑預置、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。微機端軟件主要設置Internet連接參數、MAPX地圖顯示等功能。微機實(shí)時(shí)監控界面如圖5所示。

　　3 結束語(yǔ)

　　根據以上設計，制作了智能拐杖樣機。通過(guò)對樣機的測試，主要實(shí)現了如下功能：

　　1)衛星定位功能，監護人可隨時(shí)確定使用者的具體位置;

　　2)偏離提示和求助功能，在使用者偏離預定路線(xiàn)時(shí)給予主動(dòng)提示，必要時(shí)呼叫監護人，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(guò)一定時(shí)間，主動(dòng)向監護人發(fā)送求救信息;

　　4)監護人可以通過(guò)微機監控使用者的活動(dòng)軌跡，實(shí)現連續實(shí)時(shí)定位。

　　本項目推廣應用后，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)，給使用者和監護人等提供有效幫助，幫助監護人迅速找到使用者，避免進(jìn)一步的意外發(fā)生。隨著(zhù)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，該項目有廣闊的應用前景，具有很好的經(jīng)濟意義和社會(huì )意義。