多功能服务型智能老人轮椅

2020-06-28李家栋邹存芝孙园奥邓小兵杨金宇哈尔滨石油学院黑龙江哈尔滨150027

科学技术创新 2020年16期

李家栋邹存芝孙园奥邓小兵杨金宇（哈尔滨石油学院，黑龙江哈尔滨150027）

随着我国老年人和残疾人人数的逐年增加以及社会所面临的越来越严重的用工荒问题和快节奏生活方式，给社会和家庭养老造成了巨大的压力。随之家庭对老年人和残疾人陪伴看护时间和次数逐渐减少，老年人和残疾人出行还不方便，使老年人和残疾人或多或少产生孤独寂寞等负面情绪。轮椅是这些人的出行方式也是他们日常生活的必需品。多功能服务型智能老人轮椅系统主要实现老年人和残疾人的出行方便、位移记录、实时监控等一系列人性化设计，使老年人在无人陪伴时也可以放心出门散心。

1 多功能服务型智能老人轮椅的整体框架

模块化设计是由一个相对复杂的系统分解成若干个可以单独管理的模块，模块之间便能通过特定的方式进行交互协作，为各个子模块分配相对应的职责和功能，并且能顺利实现系统的整体功能。本论文研究的多功能服务型智能老人轮椅根据平衡车体感设计思维方式，在现有的电动轮椅的基础上增加了智能检测模块以及轮椅驱动模块。其中有稳定的底盘、环境感知、超声波避障、轮椅驱动方式等多个子模块相互合作完成。还有无线通讯块模块，在接收到人机交互接口所传达的的指令，从而能做出智能决策，并控制轮椅平稳安全到达目的地，完成一系列智能行驶任务。整体框架图如图1。

图1

2 硬件系统

2.1 轮椅驱动模块

本设计采用两个直流电机直接驱动轮椅的两个前轮，通过继电器的作用将5V 的电压来驱动两个电机。四个按钮分别为前进按钮，后退按钮，左转按钮，右转按钮。两个前轮的驱动引导整个多功能服务型智能老人轮椅的运动，两个后轮在前轮的引导下随之运动，为整个多功能服务型智能老人轮椅提供更加稳固的平衡性。直流电机通过程序向用户提供控制行驶的方向和行驶的速度。老年人能通过这几个按钮来控制行驶的方向以及前后。

2.2 超声波避障模块

避障的功能是通过超声波传感器实现的，超声波传感器的空连、触发输入、回波输出，传感器采集的数据传给单片机，通过单片机对数据进行处理后反馈给用户，最远可以测得轮椅周围五米左右的障碍物，如果障碍物的距离过近会通过喇叭提醒用户及时避让，并且通过指示灯对用户提醒。环境感知模块和电机模块的结合，如果接近障碍物时会停止电机的运动，保障老人的行驶安全。

2.3 环境感知模块

采用了温湿度传感器DHT11 实现了环境感知的能力，DHT11 的数据传输端，将测的的数据进行反馈给单片机，DHT11 温湿度传感器通过内部取值, 将反馈传给警示模块，将所传达的警示功能传达给用户。直接进行取值和运算的功能,因此性能稳定、可靠。将采集到的温湿度模拟量转换成数据量,DHT11 传感器内含了温湿度数据校准功能, 可以将校准后的温湿度数字送入自带的缓存中, 进行存储, 待和单片机建立通讯后, 可以将这些数据送入芯片中进行通讯。DHT11 的信号传输的距离远，抗干扰能力强，响应快, 性价比高。温湿度传感器将检测的信息通过单片机的处理将数据传给面板显示，为用户提供了所需的环境信息。周围的环境因素会直接导致老年人的各种决定乃至老年人的安全驾驶。老年人可以通过温湿度传感器提供的信息在人机交互界面查看信息，并作出自己的决定，进一步保障了老年人的安全行驶。

3 系统实现

多功能服务型智能老人轮椅内部还设计了定位功能，构造了基于线性调频扩频信号测距的多功能服务型智能老人轮椅无线定位硬件平台，完成多功能服务型智能老人轮椅定位算法设计并通过实验验证了定位模块的可行性。在多功能服务型智能老人轮椅控制方面主要实现了触摸屏和遥感双重控制轮椅行为以及通过超声波传感器实现有效避障的功能。其次在多功能服务型智能老人轮椅的监控方面主要实现图像的采集与显示。本系统通过OV7670 图像传感器实现了对多功能服务型智能老人轮椅后方环境的实时监控。还有轮椅跌倒远程警报功能。利用兰轴加速度陀螺仪的特性实现了在轮椅跌倒的情况下通过智能手机联网实现客户端与微处理器的通信进行远程警报。现已经运用CAD 技术，完成对多功能服务型智能老人轮椅机械结构的设计，并通过模拟完成了对所设计的多功能服务型智能老人轮椅的功能验证。流程图如图2。