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新 型 智 能 手 杖 设 计 策 划 书 课题名称新型智能手杖的设计 课题申请人 韩旭 所在院（部） 机械工程学院 课题指导教师 张新伟 职称讲师（硕士） 新型智能手杖策划书 手杖自从人类能够步行就开始使用， 当今已成为许多老年人 “助走” 的晚年外出 的必带之物。它既可稳身健步，又可增强体力，除此之外，手杖还有颇多妙用， 人们通常称它是老年人的“第三条腿” 。中国已经进入了老龄化社会，意味着手 杖具有更大的消费群体。 现在市场上的手杖基本都只是单一支撑功能， 不具备各 种新环境下应具有的智能功能。 我们此次设计的是一种新型的、 智能化的、 多功 能的、更便捷的手杖， 手杖由 GPS定位系统，距离传感器， 指南针，小型手电筒、 收音机等构成。 1. 设计构思的提出 中国乃至世界的很多国家都已经进入老年化社会， 对于老年人的日常生活质量 应当有所提高， 而我们的智能手杖的刚好能达到这个目的， 让老年人摆脱种种出 行的困扰。 在科技发展的今天， 年轻人的产品到处可见， 我们也想让老人们赶上潮流， 让 老人们的晚年更加幸福。 现在越来越多的年轻人选择和父母分开住， 许多老年人 在退休后特别的孤独， 有的都已经构成心理上的疾病了， 在世界老龄化这一现实 的条件下， 老年人作为社会上的一个为数不少的群体， 更应该引起我们更多人的 关注。老年人在生理上许多功能都在退化，老年人的触觉在 55 岁之后有急剧迟 钝的可能性， 管理平衡的机能构造衰退导致姿势和步态不稳， 也就加大了摔跤的 可能性。 这个智能手杖的提出就是鼓励老年人多外出行走，好好享受阳光，享受生活， 也是提高老年人晚年幸福生活的产物之一。 2. 手杖设计项目 （1） GPS定位系统 如何实现 GPS与手杖结合呢？把手杖把手第一节内中空， 安装 GPS电子设备， GPS接收机主要由接收天线、主机和电源组成。进行相关匹配然后由于卫星运行 轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，使得民用 GPS 定位精度只有 100 米。为提高定位精度，普遍采用差分 GPS(DGP）S 技术，建立 基准站（差分台）进行 GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比 较，从而得出数据，并对外发布。接收机收到该数据后，与自身的观测值进行比 较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。 实验表明，利用差分 GP（SDGPS）， 定位精度可提高到 5 米。导航系统主要由导航主机和导航显示终端两部分构成。 内置的 GPS天线会接收到来自环绕地球的 24 颗 GPS卫星中的至少 3 颗所传递的 数据信息，由此测定使用者当前所处的位置。 导航主机通过 GPS卫星信号确定的 位置坐标与电子地图数据相匹配，便可确定使用者在电子地图中的准确位置。 把手杖把手的第 1 节内中空,安装 GPS电子设备，GPS接收机主要由接收天线、 主机和电源组成。 因为拐杖细长和重量轻 ,其内部电路集成度高 ,因此,选择伽明公 司的 GPS25-LVSOEM板作为主机。GPS25-LVS接收模块定位速度快 ,工作稳定 ,耐电 压冲击,具有很好的抗干扰性 ,是目前应用最广泛的 GPS接收处理板 ,能满足各种导 航和授时领域的需求。 GPS25-LVS输入输出的语句采用串行通信协议 ,符合 NMEA-0183标准;输出的周期信号 ,主要由帧头、帧尾和帧内数据组成。由它接收 来自天线的信号 ,通过变频、放大、滤波等一系列处理过程 ,实现对 GPS卫星信号 的跟踪、锁定、测量 ,从而产生计算位置的数据信息 (包括:纬度、经度、高度、速 度、日期、时间、航向、卫星状况等。在处理 GPS数据时还要进行经纬度坐标和 平面直角坐标系相互转换。函数 MaptoReal()可实现直角坐标到经纬度的坐标转 换,这样经过处理后的 GPS定位数据信息就存放在内存中 ,接下来是等待状态切换 , 将这些信息通过电子地图的匹配 ,查表得出相应坐标的地理位置名称数据。 通过单片机输出的定位信息只是单一的数据信息 ,由于盲人视觉上无法识别 ,只 能依靠听觉感知 ,所以需要将电子地图的地名坐标数据与定位数据进行相关匹配 , 矢量化后的电子地图数据与存储器里的表项数据对比程序查表 ,由于盲人视觉上 无法识别 ,只能依靠听觉感知 ,所以需要将电子地图的地名坐标数据与定位数据通 过串口发送给语音芯片进行语音读出。 （2） 距离传感器 如何实现距离传感器与手杖的结合？盲人使用拐杖时 ,无法准确的探明前方 是否有障碍物 ,特别是悬挂在前方的障碍物 ,如果在拐杖把手的头部安装超声波测 障器,可以很好地帮助盲人辨别障碍物方位。结合 GPS定位功能,可以较好地辅助 盲人生活出行。 超声波发送模块包括超声波产生和发射两个部分构成。 超声波的 产生方法有两种 ,一种是硬