盲人多功能智能拐杖的设计

岂莱+王玲

（辽宁科技大学）

摘要：社会不断的在进步与的发展，同老年人 、盲人 、残障人士等特殊人群出行却变得越来越不方便，为了方便这些特殊人群，文中介绍了一种综合GPS定位、物联网和倾角仪结合的智能化定位报警拐杖，GPS可以帮助这些特殊人群对周围环境进行识别，通过语音是这些人避免危险和障碍；物联网和倾角仪结合功能，可以在拐杖倾倒规定时间内自动发送求救信息监护热可以通过手机或电脑等进行查看拐杖角度变化以及位置信息确认时都处于安全状态。

关键词：智能拐杖；GPS；物联网；水平感应器

0引言

随着社会人文素质的普遍提高，像老年人、盲人、残疾人也受到了更多的关注，起初，在交通不是很便利的时期，对于残障人群来说，仅凭一个木棍就可以安全出行，但是由于经济的发展，交通方式也越来越发达，这对于这些残障人群所造成的安全隐患也是非常巨大的，那么如何解决这些安全隐患也变得尤为重要与迫切。

目前市场上的拐杖大多数就是普通拐杖，，虽然结构很简单，价格低，但是却存在很大的安全隐患，例如对于盲人、老年人和残障人来说普通的拐杖并没有办法可以帮助他们快速安全的到达目的地，不能为他选择最安全的道路，走失时也不能准确的定位，就算是在路上出现什么意外，或者遇到换人不能及时的得到帮助，虽然对于盲人来说可以依靠导盲犬，但是成本高、寿命短。所以这样一款帮助特殊人群提高安全性的拐杖是非常有必要的。

1新型拐杖的设计与原理

这种新型的智能化拐杖应用了，GPS语音导航定位、物联网和倾角仪结合的智能化报警的原理。

GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息用户接收到这些信息后经过计算求出接收机的三维位置三维方向以及运动速度和时间信息。基于ARM的GSP定位系统，将其数据接收装置安装在待跟踪的物体上，数据接收装置通过接收GPS信号解析待跟踪物体的定位信息，数据接收装置再通过无线射频向数据处理装置发送待跟踪物体的定位信息，数据处理装置处理接收到的定位信息，实现物体远距离定位的目的。[4] 也就是说，GPS定位是在被定位的物体或是设备上提前安装GPS装置，通过卫星去获取GPS装置的位置信息，然后将位置信息传递给控制端的一个过程。被定位端要预先安装GPS装置才可以定位，否则是定位不到的，而且装置必须得处于工作状态。

相对于经典的测量技术来说，GPS技术主要有以下特点：

1.1观察站之间无需通视

既要保持良好的通视条件，又要保障测量控制网的良好结构，这一直是经典测量技术在实践方面的问题之一。而GPS测量不需要测站之间相互通视，因而不在于要建造觇标。这优点既可以大大的减少测量工作的经费和时间，同时也使点位的选择变得更加灵活。

1.2定位精度高

大量实验表明，目前在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10-6～2×10-，而在100～500km的基线上可达10-6～10-7。

1.3测量时间短

目前利用经典的静态定位方法，完成一条基线的相对定位所需的的观测时间，根据要求精度不同。一般约为1～3h。

1.4提供三维坐标

测量中，，在精确测定观测张平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高度。

1.5操作简便

1.6全天候作业

GPS测量工作，可以在任何地、任何时间连续的进行，一般不受天气状况的影响。

物联网基本原理：物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。

和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征：

（1）首先它是各种感知技术的广泛应用。

（2）它是一种建立在互联网上的泛型网络。

（3）物联网不仅仅提供了传感器的链接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。

物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。

倾角仪原理：基体中的轴往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。计数与倾角仪的初始位置有关。当初始化倾角仪时，它的计数值被设置为0。通过计算旋转的角度，可以很容易的测出位置和速度。

倾角仪的特点：

（1）4个方向360度完全测量

（2）当倾角仪倒置，液晶显示的角度读数会自动翻转朝上便于阅

（3）精密的不锈钢测量结构

（4）可以不需要任何特别的和设备进行重新校正

（5）可选测量面：a、普通量面b、带磁量面c、加宽量面d、加宽量面带磁

目前，很多重要的测控仪器，如陀螺转台、惯导平台、经纬仪、星体跟踪器、雷达、导弹发射架、空间望远镜、高精度数控机床、机器人等系统中一般都需要角度传感器，用于测量被测物体相对于某基准方位的绝对转角或相对于自身在不同时刻的相对转角。随着测控技术的发展，系统要求的测控精度越来越高。

2设计举例

2.1左图为一个现有智能拐杖的设计

（1）硬件分析

手柄材质： 橡胶

支杆材质： 铝合金

杖尖材質： 橡胶

在功能方面结合了传统拐杖、收音机、手电筒、和警报的多方面功能。

颜色为黑色

可根据使用者高度不同改变拐杖高度，底部设计减震防滑脚垫

（2）软件

手柄的设计方便人手的使用，磨砂的材质避免手滑脱落；整个拐杖的材质大多耐磨，有很好的电绝缘性，且无毒，适合长期使用，经济实惠

在颜色方面选择了黑色，黑色彰显出一种朴实的高贵、低调的华丽。同时也给人沉着、稳重的感觉，体现出老年人特有的成熟气质。这种拐杖有腕带，一切都出于对人安全的考虑；收音机的功能也是考虑到老年人外出时候会感到无聊，可以愉悦老人的心情。

2.2现有的自能拐杖设计

（1）硬件

拐杖的拐尖采用碳鎢钢材质，HRC>=60，能够稳步抓地，牢钉岩石

拐杖内置缓冲弹簧，有效减震

采用PC+ABS，铝合金/aluminum alloy材质，厚度0.8MM，抛光，氧化，过光油工艺，彰显高贵，高雅质感，寿命更长久

通过旋转海绵副把手在72cm～115cm间自由调节长度，适合不同身高体型人士使用

海绵副手柄

内置缓冲弹簧

强光手电筒，夜间照射距离达（10）米，并植入闪烁呼救功能

FM芯片，灵敏度高，音质清晰，搭载MP3播放功能，并支持SD卡安插

语音整点报时，APP实时查询拐杖电量，并具有闹钟定时提醒功能，实用性更强

（2）软件

实施三重精准定位

配套专属APP，植入GPS+LBS+AGPS定位，配置精准电子围栏，一键导航功能，每60秒刷新定位信息。保障使用者精确位置.

搭载一键SOS紧急呼救系统，自我保护更安全

远程聆听亲情拨号功能

App发送指令，远程实时聆听

用户周围声音状态

亲情号一键直达功能，随时随地

与最亲近的人保持通话

更亲近 更安全

3总结

综上所述需要制作的智能拐杖主要实现以下功能 ：

（1） GPS定位功能 ，监护人可随时确定使用者的具体位置，使用者也可以准确的确定位置 ；

（2）拐杖倾倒 自动呼救 功能 ，在使用者摔倒 ，拐杖随之倾

倒超过一定时间 ，主动向监护人发送求救信息 ；

（3）监护人可以通过微机监控使用者的活动轨迹，实现连续实时定位 。

本项目推广应用后，可以解决老年人、残疾人和智障人在迷路、走失时.给使用者和监护人等提供有效帮助，帮助监护人迅速找到使用者，避免进一步的意外发生。随着社会的发展和生活水平的提高，关心和改善老年人、残疾人和智障人士的生活质量是大势所趋，该项目有广阔的。