基于GPS/GSM的智能拐杖系統(tǒng)設計

　　隨著社會文明程度的提高，老年人、盲人、智障人士的一些特殊需求值得進一步的關注。

　　經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，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，不能來回走動;智障人士離開監(jiān)護人(親人、養(yǎng)老院、監(jiān)護中心等)后不知去向，很難尋找;盲人在去單位或者出行時，經(jīng)常偏離預定路線等等。為了解決上述問題，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(wèi)星定位功能，隨時確定使用者的位置，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(jiān)護人發(fā)送GSM短信息報警、求助，信息內(nèi)容包括當前的定位信息、時間等;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一定時間，向監(jiān)護人發(fā)送GSM短信息報警、求助;監(jiān)護人可以隨時向智能拐杖發(fā)短信查詢當前位置;監(jiān)護人可以通過GPRS與智能拐杖建立網(wǎng)絡連接，在地圖上顯示實時位置和行走軌跡，監(jiān)控使用者的活動范圍，幫助監(jiān)護人盡快找到使用者。

　　1 系統(tǒng)硬件組成

　　智能拐杖系統(tǒng)的硬件分為智能拐杖終端和監(jiān)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(jiān)控終端主要有普通手機、PDA、微機等。系統(tǒng)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是一個穩(wěn)定性高、高效能、低耗電的智能型衛(wèi)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，是一個完整的衛(wèi)星定位接收器具備全方位功能，廣泛應用在嵌入式系統(tǒng)中，性能非常穩(wěn)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)緯度和時間信息。

　　1.1.2 角度傳感器

　　采用MEC原裝傾斜開關SW-460D，靈敏度高，比較器采用LM393芯片，工作穩(wěn)定，在常溫及正常使用下開關壽命可達10萬次，數(shù)字量輸出接口可以與單片機IO口直接相連，靈敏度可調(diào)。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、1800兩個頻帶，工作在GSM、GPRS兩種模式，體積小、功耗低，可進行GSM、GPRS通信。與主控器件連線簡單，僅僅需要兩根線就可以正常通信。傳輸模塊負責在智能拐杖終端和監(jiān)控終端之間進行語音通信、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傳輸模塊進行有序協(xié)調(diào)的工作。單片機選用W77E58，可以提供兩個串口，分別與GS-89m-J定位模塊、EM310傳輸模塊通信。在預置活動路線時，單片機記錄路線上各點的GPS信息并存儲在系統(tǒng)中，以用于判定實際活動路線是否超出該范圍。原理圖如圖3所示。

　　1.2 監(jiān)控終端

　　監(jiān)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，需要接入CMWAP、CMNET、CMCARD等無線上網(wǎng)服務，主要實現(xiàn)與智能拐杖終端的語音通信、定位信息收發(fā)等功能。

　　使用微機可以實現(xiàn)實時定位，顯示活動軌跡等，軟件上結合數(shù)據(jù)庫技術、地理信息技術、網(wǎng)絡協(xié)議技術等，硬件上需要接入Internet，寬帶網(wǎng)絡或者ADSL均可，但是要求有網(wǎng)絡服務供應商提供的公網(wǎng)IP地址，如果是局域網(wǎng)用戶，需要設置端口映射。IP地址動態(tài)或靜態(tài)均可，但是動態(tài)IP需要申請動態(tài)域名解析服務。

　　2 系統(tǒng)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(shù)、MAPX地圖顯示等功能。微機實時監(jiān)控界面如圖5所示。

　　3 結束語

　　根據(jù)以上設計，制作了智能拐杖樣機。通過對樣機的測試，主要實現(xiàn)了如下功能：

　　1)衛(wèi)星定位功能，監(jiān)護人可隨時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時給予主動提示，必要時呼叫監(jiān)護人，發(fā)出求助信息;

　　3)拐杖傾倒自動呼救功能，在使用者摔倒，拐杖隨之傾倒超過一定時間，主動向監(jiān)護人發(fā)送求救信息;

　　4)監(jiān)護人可以通過微機監(jiān)控使用者的活動軌跡，實現(xiàn)連續(xù)實時定位。

　　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，給使用者和監(jiān)護人等提供有效幫助，幫助監(jiān)護人迅速找到使用者，避免進一步的意外發(fā)生。隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高，關心和改善老年人、殘疾人和智障人士的生活質量是大勢所趨，該項目有廣闊的應用前景，具有很好的經(jīng)濟意義和社會意義。