智慧轮椅系统

｜　…　责任编辑：王金旺　智慧轮椅系统冰　Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｓｍａｒｔ　ｗｈｅｅｌｃｈａｉｒ　马忠超　哈尔滨工业大学中电５４所通信网信息传输与分发技术重点实验室（黑龙江哈尔滨１　５０００１）　摘要：茶套智慧轮椅系统主要解决行动不便者的自由出行和安全出行问题　系统可以通过脑电波结合头部轻微动作控制运　动，且融合了遥控和跟随移动功能　系统还具有自动避障功能，以防止用户的误操作导致碰撞等危险发生　在移动过程　中，系统会实时上传当前位置、兴奋度以及心率等信息到服务器保存，用户亲幅可以通过手机微信、ＡＰＰ或网站访问这些　数据，从而辅助用户的健康护理工作本系统还包括危险自动报警功能，在用户摔倒时及时地通过短信向其亲属报警　关键词：轮椅；老人；脑电　皮；联网；报警；定位　ＤｏＩ：１　Ｏ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１　００５—５５１　７．２０１　６．１　１．Ｏ１　２　基金项目：通信网信息传输与分发技术重点实验室课题（编号：　Ｅ×１５６４１００４６）　引言　前仍处于早期的研发阶段，距离批量生产还有很长的路要走。　截止２Ｏ１　４年底　中国６０岁及以上的老年人占中国人口　１系统设计　总数１　５．５％、达到了２　１　２亿：６５岁及以上老年人占人口总数　１　０　１％，达到了１．３７亿　失能及半失能老年人近４０００万。根　１．１　体　案　据联合国预测，从１　９９９年至２０２０年，世界老龄人口的平均　本系统的整体功能如图１所示。使用者在轮椅上通过脑电　增速约为２　５％，而我国人口的老龄化速度远高于世界平均水　波结合轻微动作、适控或者跟随的方式控制轮椅移动，轮椅上　平、约为３　３％。任某些大城市，例如北京、上海等，老年人　的通信模块在后台自动上传使用者的地理位置、心率信息以及　的比例已经接近五分之一另外，中国还有近６０００万的肢体　其脑电波反映出来的情绪状态．．当检测到用户摔倒时，通过短　残疾人，其中很大一部分不得不借助轮椅才能够正常生活．．随　信通知其家人迅速赶到当前地点，后退时，遇到障碍物停止运　着社会的发展，老年人和残疾人的生活受到了越来越多的关　动　云服务器保存用户的出行轨迹、运动过程中的情绪以及心　注近年来　我国轮椅市场保持高速稳定的发展，但是产品结　率状态、使用者家属可以随时随地上网查询　构单一，绝大部分产品是价格较低的普通轮椅，高端轮椅主要　系统主要分为三个模块，分别是轮椅、云服务器和手机／　依靠进口：我国在智能轮椅的研发方面较西方发达国家晚　目　ＰＣ各个模块的介绍如下：　垦固雪墨　琶　甲　浏览器／微信　遮　遥　摈　ＳＭ　审ｌ　　跟　＼　蓬　＿　塞　凰２系统方案　ＷＷＷ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃａ　２０１　６．１　２　４　２　消费电子Ｃｏｎｓｕｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　＆　罩　’　情绪　情绪　图表　信息　■　团圆　轮椅：轮椅由一个检测脑电波和捕捉动作的帽子以及智　能轮椅组成，智能轮椅可以选择使用头控、运控或者跟随的方　式来控制轮椅在出行过程中会分析用户的脑电波情绪状态，　ＴｈｉｎｋＧｅａ　ｒ１＇￣感器：该传感器使用干电极检测脑电信号，　因而佩戴方便．．采集到脑电波后进行数字化，并通过串口输　出采样的频率为５１　２Ｈｚ　实时上传用户的情绪、心率和当前位置信息，如果发现用户摔　倒则自动报警在轮椅的后侧安装有自动避障的装置，防止用　ＳｌＭ９００Ａ模块：该模块可以通过ＡＴ指令进行配置，不但　可以收发短信，拨打电话，还可以使用ＨＴＴＰ协议连接网络　ＡＴＫ—ＮＥＯ　６Ｍ模块：该模块使用ｕ—ｃｅｎｔｅ　ｒ软件配置，配　置后的数据保存在ＥＥＰＲｏＭ，因而掉电后无需重新配置。　新浪云服务器（ＳＡＥ）：ＳＡＥ支持多种语言，包括本系统使　用￣￣ｊＰＨＰ、还具有ＭｖＳＱＬ数据库以Ｄ．Ｓｔｏｒａｇｅ等功能　户的错误操作造成碰撞　云服务器：云服务器主要用于用户数据的存储和管理。　亲属可以查询用户当前以及历史出行状态，包括位置、心率和　情绪信息　客户喘：手机或电脑可用于浏览服务器保存数据。另外　当用户摔倒时会收到报警短信　本系统的主控芯片采用ＴＩ的ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８芯片，使用　８Ｍ晶振即可满足系统的要求　ＧＰＲＳ模块采用ＳｌＭ９００Ａ，　２系统实现及外观　２．１轮椅　轮椅由两个部分组成：轮椅及其配套的帽子　其功能和　外观如图３所示其中帽子用于脑电波的采集、分析以及动作　不但可以发送短信、还可以进行网络通信：ＧＰＳ模块用于实　时检测用户的出行位置，使用ＡＴＫ—ＮＥＯ一６Ｍ模块实现，定　位精度３米：脑电传感器采用Ｎｅｕ　ｒｏＳｋｙ公司的ＴｈｉｎｋＧｅａ　ｒ芯　的捕捉．　帽子与轮椅之间通过蓝牙传送数据　轮椅有跟随、遥　片　可以精确地捕捉到脑电波，并转化为数字信号：心率传　感器采用ＰｕｌｓｅｓｅｎＳＯ　ｒ模块，使用光电容积法测量脉搏，具　有方法简单、佩戴方便、可靠性高等特点：超声波测距模　块使用ＨＣ—ＳＲ０４，性能稳定，测距精度为３毫米：遥控采用　ＰＴ２２６２／２２７２无线发射接收模块．该模块常用于无线遥控开　控、头控、避障、自动报警、心率检测、自动定位、情绪分析　和数据上传等功能。　轮椅在启动运行过程中可以随时选择头控、跟随、遥控　三种控制方式之一　头控模式主要适用于双腿和双手都不太灵　活的用户，或者出行过程中希望解放双手的用户　遥控模式主　要适用于需要精确操纵轮椅的场合，例如进出电梯等　当用户　有亲属在身边，则可以选择跟随模式，轮椅会自动地跟随周围　的亲属进行运动。当选择头控模式时，用户必须戴上配套的帽　子才能让轮椅工作　并且只有脑电波信号质量达到一定程度后　才可以控制轮椅　如果出行过程中帽子掉落则轮椅会自动锁　定，防止发生危险　、　关、车库门等：服务器端使用云服务器，不但稳定性好，而且　可以减少维护的成本；使用者的亲属可以通过浏览器、微信公　众号以及手机ＡＰＰ￥￣Ｉ、司服务器中的数据；轮椅与服务器的通信　采用ＨＴＴＰｆ￣］、议　、具体框图如图２所示。　１．２　分功能模块简介　ＭＳＰ４３０处理器：该处理器是由美国德州仪器推出的起低　功耗、具有精简指令集的处理器、本系统中使用［￣９４３０Ｆ５ｘｘ系　列具有Ｉ　Ｃ、ＵＡＲＴ、ＳＰＩ、ＤＭＡ、ＴＩＭＥＲ等外设。　２．２服务器　本系统的服务器湍采用ＳＡＥ服务器、通过ＨＴＭＬ＋ＰＨＰ　＋ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ＋ＭｙＳＱＬ构建、保存轮椅上传的各Ｉ页信息，并提　４３　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴＷＯＲＬＤ　２０１６．１　２　责任编辑：王金旺　２．３模拟　什　轮椅的控制用到脑电波，因此　帽子　“　…测　　用户前期需要进行训ｌ练，否则可能　ｏ一◎　导致错误的控制操作。为此我们开　发了辅助产品及其对应的软件、用　模拟练习软件　模拟设备　于辅助新用户的训练。该产品可以　完全模拟对轮椅的控制功能，其功　供浏览器接口、ＡＰＰ接口和微信公众号接口。　能框图和外观如图５所示。　通过浏览器访问数据需要登录，然后可以以图表和地图　２．４最终产Ｉ１　的形式查看该用户出行的各项信息　网站默认显示用户最新　最终产品外观如图６所示　定位的２Ｏ个地点，用于绘制用户的出行轨迹，也可以选择查　看历史信息．．微信公众号￣Ｉ］ＡＰＰ提供了更加方便快捷的查询方　３后续开发　式　微信公众号可以通过发送“位置”指令查看用户的位置　后续将继续增强系统的稳定性、优化网页　信息，但是由于微信限制只能发送２Ｏ个数据点的信息，当亲　界面，增加便于集体用户集中管理轮椅的云端　属想要寻找用户时，可以通过发送“地图”查看用户的当前位　服务　置，并显示到达该处的最短路径　发送“情绪”可以查看用　户的情绪信息，另外还可以通过微信公众号获取轮椅的使用帮　参考文献　助手机ＡＰＰ功能与网站类似，不再赘述　以上三种方式查询　１】田志寰　臂建光刘秀红趋声波传　器在电动轮椅车上的应用研究【Ｊ】传感技术掌握．２００７　２０（３１　７１９　７２２　２］薛强．求贤仲，张建国多功能轮椅车设计臣舅有限元分析　机械设计与制造．２００９／７￣：２４—２６　的界面如图４所示　３ｌ单新颖列电动轮椅车标准栩荚内密的探讨　中国康复理　仑与凳践　２０１３（１０）　４ｊ鲍怡怜电动轮椅车电磷兼窖项目测试方法和总结ｌＪ中国医疗嚣械信息．２０１６　２２（１１）：６０　６２　５】嚣精　王健电动轮椅车的硬件电路设计　计算机与数字工程　２０１３，４１　２）：２０１　６　２Ｏ１９　（上接第４１页）输注完成后，系统会记录输注值，作为下次输　输注结束后计数器不需清零，计数器中保留一定数据作为下次　注的起始参考值　输注的起始伯　例如电机需转动１　ＯＯ圈，每次转到１　ＯＯ圈后计　复位过程通过单片机控制电机反向转动，单片机监控编　数器从零开始重新计数，每次由于惯性原因多转５圈，计数器　码器数据，当数据异常时，跳入报警程序　当数据正确完成复　最后数据为５，则实际转动了１　０５圈，造成５％的精度误差．．但　输注结束后保留计数器中的数据５，下次从６开始计数、计到　豪１输入输蹴濯辑关舔　１　００后电机停止，惯性原因电机会继续转动５圈，则实际转动　固数为（１　Ｏ０—５）＋５＝１　０Ｏ国　使输注精度更高。　４结语　本文提出基于Ｃ８０５　１　Ｆ０２０单片机与直流电机实现微量药　位时　复位过程结束．　．夜输注的设计方案，经测试可实现微量输注，精度满足要求，　当总药量低于报警设定值时，会进行液晶界面显示提示　达到了预期的设计目的　当药量为零时，系统会提示进行复位操作　当电量低于安全值　时　系统停止工作，并通过发光二极管及蜂呜器进行报警　参考文献：　…陈连坤嵌入式系统的设计与开发［ＭＩ北京北京交通大学出版社　２００５　电机输注过程中，当软件控制电机驱动芯片停止电机工　【２】袁衔新浅谈输液系｝齐的现状与艟攀川临床药物治厅祭志，２００７．５（６）：４３　４５　作过程中，由于电机的惯性，会多转一定固数，造成输注精度　练爱钩单片机高级谱青应用摘程与蜜践［Ｍ］北京：电子工业出版社，２０１３　㈨鸶Ｉ＿培电动机控＆ＩＪ［Ｍｊ北京清华大学出版社，２００３　［５ｊ求学。　医学电子仪器原理与设计　］广州１：华南理工大学出版壮．２００２　降低、但通过试验发现，每、／欠多转的固数基本一致，因此，在　　．篓　鐾享墨竺震　蠹毒盂耍　裂　∞。’　。　仃　仃。　ＷＷＷｅｅｐｗ　ｃｏｒｎ．ｃｎ　２０］６．１２　４４