CN109431018A - 一种基于嵌入式的多功能拐杖 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于嵌入式的多功能拐杖。本发明包括手柄、支撑杆和底座,支撑杆的上端和下端分别与手柄和底座固定连接，且支撑杆的底部与底座中心螺纹孔螺纹连接；手柄前设置有微型摄像头记录仪，底座下底面中心位置设置有红外线传感器，手柄上设置有LED闪光警报灯和按键；所述支撑杆内设置有控制器、GPS模块、GSM/GPRS模块、陀螺姿态角度测量模块、可拆卸电池、蜂鸣器、上端超声波传感器、下端红外线数字避障传感器以及RFID电子标签。本发明结构简单，设计了微型摄像头功能，可以实时记录老人前方的情况。RFID电子标签功能，在适当的场合布置读卡器，可以帮助快速获知老人室内位置。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，具体为一种基于嵌入式的多功能拐杖。
背景技术
我国已经成为世界上老年人口最多的国家，也是老龄化速度发展最快的国家之一，而因为社会原因，对于如何保障老年人的出行安全成为我们现实生活中的一大难题，子女无法守在身边，请专人陪伴老人往往不能尽人意且成本较高，一般家庭的经济状况无法承担其巨大的开销。
目前市面上存在的拐杖大多数还是传统的木制或金属制的手杖，其作用仅限于辅助行走，而市面上已经存在一些具有多功能的智能手杖也并不能很好的为老年人的出行安全提供保障。
随着科技的发展，RFID、传感器应用和GPS定位技术越来越成熟以及APP的普遍应用，让我们通过手机便能关注老人的情况成为现实。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于嵌入式的多功能拐杖，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明包括手柄、支撑杆(1)和底座,其特征在于支撑杆(1)的上端和下端分别与手柄和底座固定连接，且支撑杆(1)的底部与底座中心螺纹孔螺纹连接；所述手柄前设置有微型摄像头记录仪(2)，底座下底面中心位置设置有红外线传感器(3)，所述手柄上设置有LED闪光警报灯(4)和按键(5)；所述支撑杆(1)内设置有控制器(6)、GPS模块(7)、GSM/GPRS模块(8)、陀螺姿态角度测量模块(9)、可拆卸电池(10)、蜂鸣器(11)、上端超声波传感器(12)、下端红外线数字避障传感器(13)以及RFID电子标签(14)；
其中，控制器(6)用于控制GPS模块(7)、GSM/GPRS模块(8)、陀螺姿态角度测量模块(9)、可拆卸电池(10)、蜂鸣器(11)、上端超声波传感器(12)、下端红外线数字避障传感器(13)；
GPS模块(7)为主控制芯6片提供经纬度信息；
陀螺姿态角度测量模块(9)用于将角速度、角度转换为数字信号输出给控制器；
LED闪光警报灯(4)、控制器(6)、GPS模块(7)、GSM/GPRS模块(8)、陀螺姿态角度测量模块(9)、可拆卸电池(10)、蜂鸣器(11)、上端超声波传感器(12)、下端红外线数字避障传感器(13)供电；
蜂鸣器(11)用于发出警报声音；
上端超声波传感器(12)和下端红外线数字避障传感器(13)均用于避障；
RFID电子标签(14)用于室内定位使用者的所在位置。
所述的上端超声波传感器(12)和下端红外线数字避障传感器(13)均水平向下倾斜30°安装可基本满足不同身高段的使用者要求，上端超声波传感器(12)应设置在距手柄5cm左右的位置，下端红外线数字避障传感器(13)应设置在距离底座5cm以上的位置，防止行走过程中前方有障碍物。
本发明工作过程如下：
当一键开关开启系统后，微型摄像头记录仪(2)、底部红外线传感器3、控制器(6)、GPS模块(7)、GSM/GPRS模块(8)、陀螺姿态角度测量模块(9)、蜂鸣器(11)、上端超声波传感器(12)、下端红外线数字避障传感器(13)以及RFID电子标签(14)均同时打开，进入工作状态；微型摄像头记录仪(2)用来记录使用者前方的情况状态；陀螺姿态角度测量模块(9)处于不断自我检测状态，检测拐杖旋转的角度和角速度，并将角度和角速度转换为数字信号送入控制器(6)内，控制器(6)通过输入的数字信号判断拐杖此时是否异常，如果没有异常则判断下一时刻从陀螺姿态角度测量模块(9)输入的数字信号，否则进入异常状态：GPS模块将当前的位置信息传入到控制器(6)中，控制器(6)通过GSM/GPRS模块(8)向预设的亲人手机发短信，并上传数据到界面显示拐杖的当前位置信息，同时控制LED闪光警报灯(4)开启；底部红外线传感器3不断采集拐杖底部到地面的距离信号，并将距离信号传入到控制器(6)中，控制器(6)判断传入的信号是否偏离规定的数值范围，如果检测到距离信号偏离规定的数值范围，控制器(6)立即向蜂鸣器(11)发出启动信号，蜂鸣器(11)随即就会警报，否则继续判断下一时刻的距离信号；上端超声波传感器(12)以及下端红外线数字避障传感器(13)将不断采集前方物体的距离信号，并将信号传入到控制器(6)中，控制器(6)判断传入的信号是否低于规定的数值，如果检测到低于规定的数值范围，控制器(6)立即向蜂鸣器(11)发出启动信号，蜂鸣器(11)随即就会警报，否则继续判断下一时刻的距离信号；RFID电子标签为无源的电子标签，设置在室内位置，当读写器识别到RFID电子标签的信息后，通过读卡器的位置信息获知拐杖的信息；一键报警能够直接启动LED闪光警报灯(4)和蜂鸣器(11)；一键取消报警可以直接关闭LED闪光警报灯(4)和蜂鸣器(11)；一键开关可以打开和关闭整个系统。
控制器(6)采用的是正点原子的STM32F103ZET6最小系统板；底部红外线传感器(3)采用的是天士凯公司的红外线数字避障传感器；GPS模块(7)采用的型号为NEO-6M；GSM/GPRS模块(8)采用的是天士凯公司的SIM800C开发板；陀螺姿态角度测量模块(9)采用的是天士凯公司的JY901倾角仪串口(9)轴加速度计传感器陀螺姿态角度测量模块；上端超声波传感器(12)采用的是天士凯公司的HC-SR04超声波模块；下端红外线数字避障传感器(13)采用的是天士凯公司的红外线数字避障传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明结构简单，由于老人机体能力下降，视力减弱，反应能力下降，本发明设计了微型摄像头功能，可以实时记录老人前方的情况。当老人遇到障碍物的时候，超声波避障功能，可以和蜂鸣器紧密结合，提醒老人前方有障碍物。或者在平时走路或上下楼,拐杖下方有异常路面时，拐杖底部的红外线测距功能，通过蜂鸣器，提醒到老人注意脚下安全。在遇到意外时可以通过安全报警功能提醒周围人群并告知子女或监护人自己的位置。另外RFID电子标签功能，在适当的场合布置读卡器，可以帮助快速获知老人室内位置。
附图说明
图1为本发明内部结构示意图；
图2为本发明工作流程图；
图中：1-支撑杆；2-微型摄像头；3-底部红外线传感器；4-LED闪光报警灯；5-按键；6-控制器；7-GPS模块；8-GSM/GPRS模块；9-陀螺姿态角度测量模块；10-可拆卸电池；11-蜂鸣器；12-上端超声波传感器；13-下端红外线数字避障传感器；14-RFID电子标签。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明提供一种技术方案：一种基于嵌入式的多功能拐杖，包括手柄、支撑杆1和底座,支撑杆1的上端和下端分别与手柄和底座固定连接，且支撑杆1的底部与底座中心螺纹孔螺纹连接；所述手柄前设置有微型摄像头记录仪2，底座下底面中心位置设置有红外线传感器3，所述手柄上设置有LED闪光警报灯4和按键5；所述支撑杆1内设置有控制器6、GPS模块7、GSM/GPRS模块8、陀螺姿态角度测量模块9、可拆卸电池10、蜂鸣器11、上端超声波传感器12、下端红外线数字避障传感器13以及RFID电子标签14；
其中，控制器6用于控制GPS模块7、GSM/GPRS模块8、陀螺姿态角度测量模块9、可拆卸电池10、蜂鸣器11、上端超声波传感器12、下端红外线数字避障传感器13；
GPS模块7为主控制芯6片提供经纬度信息；
GSM/GPRS模块8用于拨打电话和通知家人；
陀螺姿态角度测量模块9用于将角速度、角度转换为数字信号输出给控制器；
可拆卸电池10用于给微型摄像头记录仪2、红外线传感器3、LED闪光警报灯4、控制器6、GPS模块7、GSM/GPRS模块8、陀螺姿态角度测量模块9、可拆卸电池10、蜂鸣器11、上端超声波传感器12、下端红外线数字避障传感器13供电；
蜂鸣器11用于发出警报声音；
上端超声波传感器12和下端红外线数字避障传感器13均用于避障；
RFID电子标签14用于室内定位使用者的所在位置；
本发明工作过程如下：
当系统开启后，微型摄像头记录仪2、底部红外线传感器3、控制器6、GPS模块7、GSM/GPRS模块8、陀螺姿态角度测量模块9、蜂鸣器11、上端超声波传感器12、下端红外线数字避障传感器13以及RFID电子标签14均同时打开，进入工作状态。微型摄像头记录仪2用来记录使用者前方的情况状态；陀螺姿态角度测量模块9的处于不断自我检测状态，检测拐杖旋转的角度和角速度，并将角度和角速度转换为数字信号送入控制器6内，控制器6通过输入的信号判断拐杖此时是否异常，如果没有异常则判断下一时刻的从陀螺姿态角度测量模块9输入的数字信号，否则进入异常状态，GPS模块将此时的位置信息传入到控制器6中，控制器6进行相应的处理通过GSM/GPRS模块8向亲人的手机上发短信和上传数据到软件上显示拐杖的位置信息，同时控制LED闪光警报灯4开启；底部红外线传感器3不断采集拐杖底部到地面的距离信号，并将信号传入到控制器6中，控制器6判断传入的信号是否偏离规定的数值范围，如果检测到偏离规定的数值范围，控制器6立即向蜂鸣器11发出启动信号，蜂鸣器11随即就会警报，否则继续判断下一时刻的距离信号；上端超声波传感器12以及下端红外线数字避障传感器13将不断采集前方物体的距离信号，并将信号传入到控制器6中，控制器6判断传入的信号是否低于规定的数值，如果检测到低于规定的数值范围，控制器6立即向蜂鸣器11发出启动信号，蜂鸣器11随即就会警报，否则继续判断下一时刻的距离信号；RFID电子标签为无源的电子标签，在家庭的某些主要的地方设置读写器，当读写器识别到电子标签的信息后，获取读卡器的位置信息即为拐杖的大致信息。一键报警可以直接启动LED闪光警报灯4和蜂鸣器11。而一键取消报警可以直接关闭LED闪光警报灯4和蜂鸣器11。一键开关可以打开和关闭整个系统。
所述红外线传感器3置于拐杖底部，利用红外线传感器检测拐杖到地面的距离。当道路前下方有小坑或者是路面不平整时，利用红外线传感器检测出路面的不平整，系统会通过蜂鸣器提示注意脚下安全；LED闪光警报灯4用于老人摔倒或者是出现意外时，提醒周围人群注意老人帮助老人。
超声波红外线避障：超声波传感器包括上端超声波传感器12和下端红外线数字避障传感器13，分别探测成年人在实际环境中腰部以下的障碍和膝盖以下前方的障碍。拐杖在实际使用中为倾斜使用，经过测量数据结果得知上端超声波传感器12和下端红外线数字避障传感器13均水平向下倾斜30°安装可基本满足不同身高段的使用者要求，上端超声波传感器12应设置在距手柄5cm左右的位置，下端红外线数字避障传感器13应设置在距离底座5cm以上的位置，防止行走过程中前方有障碍物。当前方周围80厘米范围内有障碍物时，会通过蜂鸣器提示报警。
进一步的，所述微型摄像头记录仪，实时记录拐杖前方的影像，并且储存影像记录，防止老人出现意外无法明确责任人和事件经过。
进一步的，所述陀螺姿态角度测量模块9为九轴加速度计传感器，感应拐杖的角度和旋转的加速度，所述陀螺姿态角度测量模块9与GPS模块相连可以获取所处位置的经纬度，并将相应的信息转换为数字信号输入至控制器。控制器通过判断拐杖现在所处的状态。当拐杖的倾斜角度过大或旋转加速度超过正常值时，拐杖进入异常状态，拐杖会自动给绑定的亲人手机上发短信和上传数据到显示拐杖所处位置信息。蜂鸣器和LED闪光警报灯会发出警报提醒周围人群帮助老人。
进一步的，所述按键5包括一键呼救5a、取消呼救5b、一键开关5c，一键开关5c控制整个系统的开启和关闭
进一步的，所述RFID电子标签，利用频率信号将信息由RFID电子标签传送至RFID电子标签读卡器，由于室内的GPS并不是很准确，我们在拐杖上安装了RFID电子标签，读写器读取信息后，会记录大致的老人在室内的范围。家人可以为老人人在家里不同房间的门或者家具上贴一个RFID电子标签读卡器，当老人移动时，会获取老人在室内的位置信息。
本发明的拐杖投入使用时：当老人到达任何一个地方的时候监护人均可以获取老人的实时位置。
当老人在道路上行走遇到障碍物的时候，上端超声波传感器12和下端红外线数字避障传感器13会感知并提醒提示老人前方有障碍物；红外线传感器3检测到道路平整是否具有摔倒的危险。
当老人不慎摔倒或有紧急情况发生时，拐杖上还具有在异常状态下向亲人发短信，上传异常信息，如果并非发生意外，老人可以在规定的时间内按下取消呼救5b。
老人外出出行时，拐杖上的微型摄像头记录仪自动打开，这个主要用于实时记录的老人的出行状况。
拐杖的RFID电子标签14还能够在室内实现位置识别的功能，家人可以为老人在家里不同房间的门或者家具上设置RFID电子标签读卡器，当老人移动时，会获取老人在室内的位置信息。这个功能也可以应用在敬老院等公共场所，防止老人自行外出。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
本发明控制器6采用的是正点原子的STM32F103ZET6最小系统板；底部红外线传感器3采用的是天士凯公司的红外线数字避障传感器；GPS模块7采用的型号为NEO-6M；GSM/GPRS模块8采用的是天士凯公司的SIM800C开发板；陀螺姿态角度测量模块9采用的是天士凯公司的JY901倾角仪串口9轴加速度计传感器陀螺姿态角度测量模块；上端超声波传感器12采用的是天士凯公司的HC-SR04超声波模块；下端红外线数字避障传感器13采用的是天士凯公司的红外线数字避障传感器。
Claims (4)
1.一种基于嵌入式的多功能拐杖，包括手柄、支撑杆(1)和底座,其特征在于支撑杆(1)的上端和下端分别与手柄和底座固定连接，且支撑杆(1)的底部与底座中心螺纹孔螺纹连接；所述手柄前设置有微型摄像头记录仪(2)，底座下底面中心位置设置有红外线传感器(3)，所述手柄上设置有LED闪光警报灯(4)和按键(5)；所述支撑杆(1)内设置有控制器(6)、GPS模块(7)、GSM/GPRS模块(8)、陀螺姿态角度测量模块(9)、可拆卸电池(10)、蜂鸣器(11)、上端超声波传感器(12)、下端红外线数字避障传感器(13)以及RFID电子标签(14)；
其中，控制器(6)用于控制GPS模块(7)、GSM/GPRS模块(8)、陀螺姿态角度测量模块(9)、可拆卸电池(10)、蜂鸣器(11)、上端超声波传感器(12)、下端红外线数字避障传感器(13)；
GPS模块(7)为主控制芯6片提供经纬度信息；
陀螺姿态角度测量模块(9)用于将角速度、角度转换为数字信号输出给控制器；
LED闪光警报灯(4)、控制器(6)、GPS模块(7)、GSM/GPRS模块(8)、陀螺姿态角度测量模块(9)、可拆卸电池(10)、蜂鸣器(11)、上端超声波传感器(12)、下端红外线数字避障传感器(13)供电；
蜂鸣器(11)用于发出警报声音；
上端超声波传感器(12)和下端红外线数字避障传感器(13)均用于避障；
RFID电子标签(14)用于室内定位使用者的所在位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的多功能拐杖，其特征在于上端超声波传感器(12)和下端红外线数字避障传感器(13)均水平向下倾斜30°安装可基本满足不同身高段的使用者要求，上端超声波传感器(12)应设置在距手柄5cm左右的位置，下端红外线数字避障传感器(13)应设置在距离底座5cm以上的位置，防止行走过程中前方有障碍物。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于嵌入式的多功能拐杖，其特征在于该多功能拐杖工作过程如下：
当一键开关开启系统后，微型摄像头记录仪(2)、底部红外线传感器3、控制器(6)、GPS模块(7)、GSM/GPRS模块(8)、陀螺姿态角度测量模块(9)、蜂鸣器(11)、上端超声波传感器(12)、下端红外线数字避障传感器(13)以及RFID电子标签(14)均同时打开，进入工作状态；微型摄像头记录仪(2)用来记录使用者前方的情况状态；陀螺姿态角度测量模块(9)处于不断自我检测状态，检测拐杖旋转的角度和角速度，并将角度和角速度转换为数字信号送入控制器(6)内，控制器(6)通过输入的数字信号判断拐杖此时是否异常，如果没有异常则判断下一时刻从陀螺姿态角度测量模块(9)输入的数字信号，否则进入异常状态：GPS模块将当前的位置信息传入到控制器(6)中，控制器(6)通过GSM/GPRS模块(8)向预设的亲人手机发短信，并上传数据到界面显示拐杖的当前位置信息，同时控制LED闪光警报灯(4)开启；底部红外线传感器3不断采集拐杖底部到地面的距离信号，并将距离信号传入到控制器(6)中，控制器(6)判断传入的信号是否偏离规定的数值范围，如果检测到距离信号偏离规定的数值范围，控制器(6)立即向蜂鸣器(11)发出启动信号，蜂鸣器(11)随即就会警报，否则继续判断下一时刻的距离信号；上端超声波传感器(12)以及下端红外线数字避障传感器(13)将不断采集前方物体的距离信号，并将信号传入到控制器(6)中，控制器(6)判断传入的信号是否低于规定的数值，如果检测到低于规定的数值范围，控制器(6)立即向蜂鸣器(11)发出启动信号，蜂鸣器(11)随即就会警报，否则继续判断下一时刻的距离信号；RFID电子标签为无源的电子标签，设置在室内位置，当读写器识别到RFID电子标签的信息后，通过读卡器的位置信息获知拐杖的信息；一键报警能够直接启动LED闪光警报灯(4)和蜂鸣器(11)；一键取消报警可以直接关闭LED闪光警报灯(4)和蜂鸣器(11)；一键开关可以打开和关闭整个系统。
4.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式的多功能拐杖，其特征在于控制器(6)采用的是正点原子的STM32F103ZET6最小系统板；底部红外线传感器(3)采用的是天士凯公司的红外线数字避障传感器；GPS模块(7)采用的型号为NEO-6M；GSM/GPRS模块(8)采用的是天士凯公司的SIM800C开发板；陀螺姿态角度测量模块(9)采用的是天士凯公司的JY901倾角仪串口(9)轴加速度计传感器陀螺姿态角度测量模块；上端超声波传感器(12)采用的是天士凯公司的HC-SR04超声波模块；下端红外线数字避障传感器(13)采用的是天士凯公司的红外线数字避障传感器。
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| CN201811571284.4A CN109431018A (zh) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 一种基于嵌入式的多功能拐杖 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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