浅析智能安全手杖的设计

韩雨杭 刘莉

摘要：在当今人口老龄化社会中，为了有效提高老年人出行的安全，必须设计一款科学智能的手杖，协助老年人外出。在市场上，适合老年人和盲人等残障人群出门且具备安全需求的智能手杖仍然比较缺乏。因此，为了防止老年人摔倒受伤，盲人进入饭店和公共汽车等公共场所屡屡受阻的现象再次发生，本文将从安全防范和救援两个方面对智能手杖的设计思路和方法进行研究和探讨。

关键词：人口老龄化、及时救援、红外测距、实景导航

一、研究背景

在今天的全球人口老龄化社会中，老年人面临着许多问题，如记忆力衰减、神智失常、容易摔倒受伤等严重威胁到老年人的生理健康安全和心里健康，子女的负担也在逐渐增加。此外，在目前的残疾人中，盲人的行动一直是个问题，在盲人的道路上，没有放置归位的井盖、停放的各种车辆、损坏的或者缺少的石板等问题始终威胁着盲人的移动安全和生命安全。同时在智能化的今天，几乎一切的日用品都在走向信息化、集成化、智能化，只依托于帮助出行的普通拐杖并不能完全满足现在以及将来的老年人和残疾人的需求，拐杖必须向简易化、多功能化、智能化发展。

二、主要功能

经过对老年人和盲人的心理、生理的深度测量，我们发现如需满足他们的身心健康需求以及精神需求，可以通过云平台移动数据终端技术与智能控制系统，在确保产品的使用性能和必要功能齐备的条件下，创作出一款可伸缩调节长度、防摔危险监测、3D实景导航指南、红外距离检测、LED照明、GPS定位精确化、活动围栏设定区域化、道路条件监控实时化、手机手杖集成化、身体健康参数检测日常化及智能分析、历史运动跟踪查询、智能终端数据应用等多功能集成一體化的智能手杖。有利于减轻子女及社会和政府的负担，为老年人和残障人士提供生活中的便利条件，实时确保老年人和残障人士的生命健康安全，即使发出警报以增加抢救时间，提高救治效率。

该手杖主要以实时定位和发送救援信号为主，道路状况检测、3D实景导航指引、红外距离感应、语音提示为辅。如果是腿脚不便的老年人，儿女可以使用手机APP实时查看老人的具体位置和基本圣体健康状况，老人也可以在有紧急情况的时候按下手杖上的紧急求救按钮向与手杖绑定的手机发送信号一遍子女及时发现，如若手杖检测到自身激素摔倒且长时间没有被人拿起，也将会以上述方式向子女发送警报信号。

如果是残障盲人出行时，可以一键启动3D实景导航指引功能，通过实景指引与红外距离感应，全程指引使用者如何躲避障碍、如何行进前往目标点。如果摔倒手杖也会与上述功能一样发出警报和通知家人。

“智能安全手杖”将会通过后台系统实时监测和采集使用者血压、心率、血样饱和度等人体基本参数，通过大数据整理分析，及时发现威胁危害身心健康的因素，并实时通知到与手杖绑定的app上。并且会将使用者的身体指标数据记录并整理，形成“有价值的数据“，便可向第三方提供整理好的信息，推进了”智慧医疗“快速发展。

三、设计特点

1.方便携带

智能手仗基于普通手杖增加了各种嵌入式传感器。它的尺寸和重量与一般的手杖类似，因此使用者可以像携带普通手杖一样方便，没有任何额外的负担。2.易用性

在本设计中，所有的手杖传感器都由单片机自动控制，无需用户进行任何设置。你可以打开开关来使用它。求助时，可直接按求救按钮向家人发出求救信号。外出使用导航指南时，只需按下导航按钮，使用语音和导航通信即可安全出行。

3.功能多样

与市场上现有的智能手杖相比，本项目的设计不仅兼顾了可伸缩调节长度、防摔危险监测、LED照明、GPS定位精确化等功能。还利用强大的监控技术实时检测和感知路况，引导和帮助老年人或盲人出行。并通过互联网信息技术支撑体系和数据平台以及移动智能终端，对老年人的身体参数基本指标、活动轨迹、活动围栏设置等进行查询。通过后台系统实时监测和采集使用者血压、心率、血样饱和度等人体基本参数和移动轨迹，再经后台发送到与该手杖绑定的手机app上，即使同时儿女和医护人员随时随地都可关注老人的实时动态。

四、设计技术

1.智能控制

智能控制部分分为五个部分：GPRS信息发射系统、信息监测系统、供电系统、信息采集处理系统、数据库系统和移动终端APP。

2.理论概括

项目研发依据人工智能理论，大数据分析技术。

设备研制依据无线通信理论，嵌入式开发技术。

系统设计依据生物信息理论，人体工程学技术。

真正实现寄检测于无创、集监控于无形、存信息于云端。掘规律于数据，养长寿于老年，遗大爱于人间。

3.硬件设计

该系统的采用stm32f103vet6模块，还有ATK-NEO-6MGPS模块、SIM900AGSM模块、GP2Y0A02YK距离红外检测模块和MPU6050陀螺仪模块。

4. 软件设计

（1）GPS模块

使用串行端口读取GPS数据，包括经纬度、移动速度等在内的数据，如果数据接收端接收到的数据过于繁杂，则会影响易用性。于是，我们对数据进行过滤，用户生成的数据只有纬度和经度信息，以此达到我们需要的实时定位并进行照看的目的。

（2）红外检测模块

本模块化方案主要用于障碍物判断，红外传感器通过发射端发出红外信号，信号照射到障碍物并反射给接收端，接收端接收信号并传给计算系统，通过计算红外线发出到接收到的时间和传播速度计算出距离。

五、市场分析

1.分析背景

20世纪80年代，我国对视力残疾人做了调查。结果显示，中国有1300多万视力残疾患者，其中约550万为盲人，约750万为低视力者。14岁以下儿童失明和低视力的主要疾病是先天性遗传性眼病，常见的先天性眼病有先天性小眼球、先天性视网膜脱离、先天性夜盲和先天性白内障等。造成老年人失明或视力低下的主要原因有白内障、老年黄斑变行和青光眼。

我国每年新增盲人数约45万人，低视力者135万人，即约1分钟1名盲人、3名低视力患者。我国是全球盲人数最多的国家，国家政府也对盲人倍加关注。其实，国人对残疾盲人的不理解和相关知识的宣传不够等多种因素，各大城市建设的盲人道并没有给盲人带来帮助，反而有一些不该出现的东西挡住了盲人道。

2.市场产能

根据我国的相关数据，截至2015年底，中国60岁以上人口总数已超过两亿，其中近百分之五十是空巢老人，还有许多患心脑血管疾病和糖尿病的。治疗这些疾病所需的医疗费用很高且要要不断吃药以及目前独生子女数量很多，这些中老年群体将形成巨大的市場。按照现今老龄化社会的增长的趋势，安全手杖将有很好的市场。

3.优化方向

内置可穿戴设备的功能增加了生命体征检测。当手杖离开用户时，不同的情况将提供不同的响应。实时采集使用者的基本健康数据，达到早期报警的目的。现缺少关键技术使多功能集于一体，使手杖能够更容易携带且功能更多。要加强与人之间的交互关系，让老年人更容易操作。

六、结语

中国以及世界许多国家人口老龄化严重，残疾人的数量也在增加。我们需要提高老年人和残疾人士的日常生活质量。而我们的智能安全手杖就达到了这样的目的，为他们解决了各种各样的出行问题。让老年人出行更方便，让盲人不再困难，让子女更加安心。

现如今，研究智能手杖的人也越来越多，因此可以看出这是一个非常有前景的设计。虽然仍有许多技术瓶颈难题影响着成品的生产，但智能安全手杖的研究与发展是一种未来必要的趋向。

参考文献：

[1]唐孟盈。高级人物多功能甘蔗的设计[J]。艺术与设计（理论），2018，2（07）：104-106。

[2]圣雪。让智力真正成为老年人的“甘蔗”[n]。中国消费者新闻2017-10-26（003）。

[3]胡梦蒙，川红，宋杰。堕落老年人的危险因素及预防进展[J]。护理管理期刊，2015，15（10）：714-716。

作者简介：韩雨杭，男，山东协和学院，网络工程19-01班学生。

刘莉，女，山东协和学院，副教授。

依托项目：2021年国家级大学生创新训练项目《医养结合智能安全手杖》，项目编号：202113324239。