助步车智能电子服务功能的研发

2018-11-14广东技术师范学院天河学院邓保青王宇枢

电子世界 2018年20期

广东技术师范学院天河学院邓保青王宇枢

对于老年人和行动不便的人群而言，助步车是其方便出行所依赖工具。随着科技的发展及社会的和谐进步，市场上急须推出一款功能齐全、舒适便捷、安防完善，能为所需人群安全出行保驾护航的智能助步车。为了满足使用者的需求，该课题对助步车在智能电子服务方面做了深入的研究与探讨。

1.系统总体设计

本设计是基于STM32F103C8T6微控制器为主控件，对血压和心率测量模块、GPS定位模块、GPRS通话模块、LED照明模块、报警模块以及语音等模块，进行自动控制而开发的助步车的智能电子服务系统。系统模块结构框图如图1所示。

2.系统硬件设计

该系统由以下模块组成：CPU（STM32F103C8T6微控制器）控制模块、血压和心率测量模块、GPS/GPRS模块、光照采集模块、语音模块、OLED显示模块电路和按键模块。由STM32F-103C8T6微控制器构成的核心电路原理图，如图2所示。

2.1 控制模块电路

STM32F103C8T6微控制器作为CPU控制模块。

图1 系统模块结构框图

2.2 心率测量模块(Pulse Sensor)

心率测量采用的是Pulse Sensor，使用的测量方法是脉搏容积法，原理是利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏测量。光源采用对动脉血中氧和血红蛋白有选择性的一定波长（500nm～700nm）的发光二极管，由于脉动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电转换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大输出。由于脉搏是随心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也呈周期性变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。心率测量电路框图如图3所示。

图2 核心电路原理图

图3 心率测量电路框图

2.3 血压测量模块

血压测量采用XGZP6847型压力传感器作为敏感元件，并集成了数字调理芯片，对传感器的偏移、灵敏度、温飘和非线性进行数字补偿，并以供电电压为参考，能自动产生一个经过校准、温度补偿后的标准电压信号。

单位换算关系：100KPa=1bar≈14.5PSI≈750mmHg

图4 压力传感器特性图

压力传感器的压力与电压换算关系，如表1所示。

表1 压力与电压转换关系图表

2.4 GPS/GPRS模块电路

GPRS/GPS A7模块是整个系统的GPS定位、GPRS无线通话和短信息的核心，可实现在突发情况下的紧急通话以及实时查询位置信息。使用"AT系列指令”配置GPRS应用，可通过"ATD+手机号码+;"设定呼叫号码。在挂断电话时，只需要通过程序向GPRS模块输入"ATH"指令,便可挂断电话。进行GPS定位时应该提前配置相关指令，数据以9600bps的波特率输出，发送"GETGPS"指令可实时查询位置。A7模块收到命令后便会进行短信息的发送和主动呼叫被设定的号码，短信息发送的内容为GPS实时获得的经纬度位置信息。

2.5 语音、OLED显示模块电路

ISD1820芯片构成语音模块，先通过STM32存储相关的歌曲，也可通过MP3进行播放。系统OLED显示模块采用自发光材料的主动式驱动(有源驱动)，驱动电压低，能够及时接收显示STM32系统的数据。

2.6 按键模块

本设计中使用了轻触按键，按键共有4个引脚，对脚连通，以便手动控制设备工作。为了避免静电的干扰，5个手动控制按键均采用对地按键类型，按键模块直接与微控器相连，通过微控器发送数据信号，分别用于控制灯泡的亮灭、语音模块的语音录入、播放、清除重置功能、主动呼叫和发送位置信息并接听来电。

3.系统软件设计

助步车软件系统的程序构架分主程序、各个模块的子程序和数据对接处理子程序。软件流程图如下图5所示。

图5 程序流程图

主系统软件设计采用C语言实现，主系统分主程序与子程序，子程序中又主要包括心率、血压控制程序、LED控制程序、GPS/GPRS控制程序等几个子程序模块。GPRS通讯软件设计是通讯系统的核心部分。

4.系统调试

4.1 硬件调试

当硬件设备焊接好之后，就对整个系统的硬件部分进行测试。观察硬件系统运行是否正常，是否能够实现预定功能，确保整个硬件部分准确无误。

4.2 软件调试

程序的整体结构设计流程和软件调试步骤都与使用的调试软件有关。本系统利用MDK软件进行软件编程与代码调试，软件调试步骤可分为两大部分，即为串口调试和MDK软件调试。调试程序采用独立模块程序设计技术，将每个模块的代码单独调试，实现相应的功能，当所有模块都调试成功之后，再将所有功能模块组合为一整体，进行总体系统构架调试。当所有功能都实现之后，还可以对程序进行优化，并且还可以根据硬件情况，再增加一些其他功能。