CN205018436U - 一种基于物联网的智能拐杖 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于物联网的智能拐杖，智能拐杖上设有智能拐杖终端，其特征在于：所述智能拐杖终端包括微控制器(5)、三维加速度传感器(1)、GPS定位装置(8)、体温检测装置(3)、心率监测装置(2)和无线通信装置(6)，三维加速度传感器(1)、GPS定位装置(8)、体温检测装置(3)、心率监测装置(2)和无线通信装置(6)分别与微控制器(5)连接。本实用新型所提供智能拐杖的终端结构设计完善，提供GPS定位装置、无线通信装置和多种传感装置，利于维护老人生命安全。
Description
技术领域
本实用新型属于无线传感器网络（WSN）的应用设备技术领域，特别涉及一种基于物联网的智能拐杖。
背景技术
随着全球智能化工具的发展，出现了一系列可穿戴设备，他们的功能涉及人们日常生活的方方面面。智能拐杖便是面向老人们特别推出的一款智能化产品。通过在拐杖上添加相应的智能设备设计，能够对使用拐杖的老人实现定位、测试健康状况、报警并通知家人、照明以及收音机等娱乐功能，保障老人安全，方便老人生活。
当下市面上智能拐杖的定位功能主要是基于GPS实现，利用加速度传感器进行判断老人行走状态。但是，从现行的产品来看，依然存在以下问题：
（1）现行产品基于GPS定位，其准确性存在较大误差。
（2）没有有效运用传感器技术，实时监测老年人行走状态，只能手动报警。
故而，开发实用、准确、便携的老人行走状况及位置的准确检测设备对老年人的安全出行意义重大。通过对老年人位置进行实时监测，以及对老年人的行走状况进检测，便能够防止老人迷路走失，并支持判断老年人是否摔倒，是否需要启动自动报警模式，进而实现老年人的安全出行，减少不必要的悲剧发生。
实用新型内容
对于背景技术提出的问题，本实用新型提供一种基于物联网的实现自动报警的智能拐杖设计解决方案，通过此方案可以实现实时检测老年人位置信息，实时监测健康信息如体温、心率，以及运动的加速度信息，利用加速度信息计算老人与地面倾角，分析老年人运动趋势，进而得出老年人的行走状况，即是否摔倒，判断需要进行自动报警。
本实用新型采用的技术方案提供一种基于物联网的智能拐杖，智能拐杖上设有智能拐杖终端，所述智能拐杖终端包括微控制器5、三维加速度传感器1、GPS定位装置8、体温检测装置3、心率监测装置2和无线通信装置6，三维加速度传感器1、GPS定位装置8、体温检测装置3、心率监测装置2和无线通信装置6分别与微控制器5连接。
而且，所述智能拐杖终端还包括按键装置9、显示装置4和摄像头图像采集装置7，按键装置9、显示装置4和摄像头图像采集装置7分别与微控制器5连接。
而且，所述按键装置9包括摇杆按键和独立报警按键。
而且，其特征在于：所述GPS定位装置8和无线通信装置6集成设置。
而且，所述微控制器5选用单片机STM32F103Cx，所述三维加速度传感器1选用三维数字加速度传感器ADXL345，所述体温检测装置3采用DS18B20数字温度传感器；所述心率监测装置2采用PulseSensor心率传感器。
而且，所述微控制器5选用单片机STM32F103Cx，所述三维加速度传感器1选用三维数字加速度传感器ADXL345，所述体温检测装置3采用DS18B20数字温度传感器；所述心率监测装置2采用PulseSensor心率传感器；所述显示装置4采用LM6059BCW的128×64点阵液晶显示模块，所述摄像头图像采集装置7选用CMOSVGA图像传感器OV7670。
而且，所述微控制器5选用单片机STM32F103Cx，所述三维加速度传感器1选用三维数字加速度传感器ADXL345，所述体温检测装置3采用DS18B20数字温度传感器；所述心率监测装置2采用PulseSensor心率传感器；所述显示装置4采用LM6059BCW的128×64点阵液晶显示模块，所述摄像头图像采集装置7选用CMOSVGA图像传感器OV7670；所述摇杆控制按键采用摇杆五向按键。
而且，所述微控制器5选用单片机STM32F103Cx，所述三维加速度传感器1选用三维数字加速度传感器ADXL345，所述体温检测装置3采用DS18B20数字温度传感器；所述心率监测装置2采用PulseSensor心率传感器；所述显示装置4采用LM6059BCW的128×64点阵液晶显示模块，所述摄像头图像采集装置7选用CMOSVGA图像传感器OV7670；所述摇杆控制按键采用摇杆五向按键；所述无线通信装置6采用SIM908模块，GPS定位装置8集成于无线通信装置6内部，采用GPRS无线方式通讯。
综上所述，本实用新型智能拐杖对比市面上同类产品具有如下优点：
（1）提供GPS定位装置，支持基于GPS数据实现定位功能，进一步可设置摄像头图像采集装置，以支持结合摄像头捕获的街道图像与地图进行比对，可进一步提高定位精度。
（2）提供多种传感装置，支持有效运用传感器技术，实时监测老人行走状态以及老人健康状态，支持进而判断老人是否摔倒，实现自动报警，同时结合摄像头捕获的图像以及体温、心率监测传感器获取老人的体温、心率数据，并可支持判断是否异常，进一步确认老人行走状态，避免误报警。
本实用新型结构设计完善，利用维护老人生命安全，适于市场推广使用。
附图说明
图1是本实用新型实施例智能拐杖终端的结构框图。
图2是本实用新型实施例智能拐杖终端各芯片的连接图。
图3是本实用新型实施例无线通信模块各芯片的连接图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
参见图1，本实用新型实施例提供一种基于物联网的智能拐杖，包括拐杖杖身和智能拐杖终端，所述智能拐杖终端包括微控制器5以及与之分别相连的三维加速度传感器1，GPS定位装置8、体温检测装置3、心率监测装置2、无线通信装置6。具体实施时，体温检测装置3可采用体温传感器，心率监测装置2可采用心率传感器；GPS定位装置8可集成在无线通信装置6内部，采用GPRS无线通信协议进行数据传输，也可另行设置。
所述智能拐杖终端还包括与微控制器5分别连接的按键装置9、显示装置4和摄像头图像采集装置7。具体实施时，显示装置4可采用LCD液晶显示屏。
具体实施时，各部分可采用市场上所售的现有芯片产品，具体连接可参考所用产品说明书。例如，实施例中所述微控制器5选用单片机STM32F103Cx，所述三维加速度传感器1选用三维数字加速度传感器ADXL345，所述按键装置9选用摇杆式五向按键和独立按键，所述无线通信装置6采用SIM908模块，该模块可以放置SIM，GPS定位装置8内置于无线通信装置6中，采用GPRS无线方式通讯；所述摄像头图像采集装置7选用CMOSVGA图像传感器OV7670，所述体温检测装置3采用DS18B20数字温度传感器；所述心率监测装置2采用PulseSensor心率传感器；所述显示装置4采用LM6059BCW的128×64点阵液晶显示模块。
本实用新型实施例中各芯片的连接关系如图2所示，下面对图中的各部分作详细说明：
1、三维加速度传感器：三维加速度传感器检测人体运动加速度。本实施例应用三维数字加速度传感器ADXL345，通过IIC总线与微控制器相连。所述IIC总线为集成电路总线。
2、心率传感器：心率传感器检测人体心率。本实施例应用心率传感器PulseSensorV2,该传感器是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器，通过DQ总线与微控制器相连。所述DQ总线为传感器中单总线数据的输入输出总线。
3、体温传感器：体温传感器检测人体体温。本实施例应用体温传感器DS18B20，该传感器支持全数字温度转换及输出，先进的单总线数据通信，通过DQ总线与微控制器相连。
4、摄像头采集图像装置：摄像头用来采集图像数据。本实施例应用CMOSVGA图像传感器OV7670。该传感器体积小、工作电压低，提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能，采用标准的SCCB接口，兼容IIC接口。
5、微控制器：微控制器是整个终端系统的中央处理单元。本实施例应用STM32微控制器，具体为选用单片机STM32F103Cx，该微控制器基于嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M内核。具有高性能、低成本、低功耗等特点。
6、按键装置：按键实现简单的菜单选项功能。本实施例应用摇杆控制按键和独立报警按键，其中摇杆控制按键采用摇杆五向按键JOYSTICK，有五个方向控制，分别为上、下、左、右、中心，可对应开启/关闭相机键、开启/关闭GPS键、取消报警键、复位按键、启动按键。另外配置一个用于手动的独立报警按键。液晶显示器采用LCD1602，可显示时间。
7、显示装置：显示装置用来显示体温、心率数据、电池电量。本实施例应用128*64点阵液晶显示模块LM6059BCW，LM6059系列显示模块采用128×64点阵，白色超亮LED背光，白底黑字效果，单3.3V供电，低功耗，标准8位并行或SPI串口通讯方式。
8、无线通信装置：无线通信装置主要用来发送GPS定位数据、图像数据，通知家人，是整个终端系统的通讯部分。本实施例应用SIM908模块装置，集成GPS和四频GSM/GPRS模块，支持短信收发功能、语音拨打电话功能、GPRS数据发送功能。通过无线通信装置，可将定位数据、图像数据以GPRS方式发送至家人手机端及PC端，并可根据其回复确定是否继续发送数据。若无线通信装置收到微控制器发来的报警请求信号，拨打预先的关联电话，实现自主报警。
其中无线通信装置包括SIM908模块和以下模块组成：
1）MIC、SPK装置：分别是耳麦和话筒，实现语音通话。
2）GPRS模块：语音、短信、图片、GPS、健康数据通过SIM卡以GPRS无线通信方式传输。
3）GPS模块：GPS模块提供实时定位数据。实现实时定位，轨迹跟踪，因为集成到无线通信装置中，可以经SIM908模块和微控制器建立连接。
SIM908模块和MIC装置、SPK装置、GPRS模块、GPS模块、微控制器分别连接。
具体连接关系如下：
1、三维加速度传感器ADXL345的信号线SDA（13脚）、SCL（14脚）分别接微控制器STM32F103Cx的引脚PA5（15脚）、PA1（11脚）。
2、心率传感器PulseSensorV2的信号线U1RX（1脚）接微控制器STM32F103Cx的引脚PA3（13脚）。
3、体温传感器DS18B20的信号线U1RX（2脚）接微控制器STM32F103Cx的引脚PB11（22脚）。
4、CMOSVGA图像传感器OV7670的信号线SCL、SDA、OE、WEN、VSYNC、RCLK、RRST、WRST分别接微控制器STM32F103Cx的引脚PA4（14脚）、PA6（16脚）、PB8（45脚）、PB9（46脚）、PA7（17脚）、PB1（19脚）、PB4（40脚）、PB0（18脚）。
5、按键装置设置了2个按键，分别为：
摇杆五向按键JOYSTICK，其引脚KEY_LEVEL、KEY_MOVE分别接微控制器STM32F103Cx的PB6（42脚）、PA8（29脚）；
独立报警按键采用操作按键BUTTON1，接微控制器的PB5（41脚）；
JOYSTICK为菜单选项按键，BUTTON1为手动报警按键。
6、液晶显示器LM6059BCW有串行工作模式和并行工作模式，实施例设定为串行工作模式，其信号线L_CS1（1脚）、L_RESET（2脚）、L_RS（3脚）、L_CLK（6脚）、L_SDA（7脚）、L_BLA（8脚）信号线分别接微控制器STM32F103Cx的引脚PA15（38脚）、PB2（20脚）、PA13（34脚）、PA1（11脚）、PB7（43脚）、PB12（25脚）。L_R/W（4脚）、L_E（5脚）未连接。
7、无线通信装置，集成了GPS和四频GSM/GPRS，支持短信收发功能、语音拨打电话功能、GPRS数据发送功能。其中SIM908模块的信号线RTS（66脚）、CTS（67脚）、RX（68脚）、TX（71脚）分别接微控制器STM32F103Cx的引脚PA12（33脚）、PA11（32脚）、PA10（31脚）、PA9（30脚）。信号线MIC1P（23脚）、MIC1N（24脚）分别接MIC模块的引脚MICP1、MICIP1N。信号线SPK1P（21脚）、SPK1N（22脚）分别接SPK模块的引脚EPP1、EPN1。信号线SIM-DATA（17脚）、SIM-RST（18脚）、SIM-CLK（19脚）、SIM-VDD（20脚）分别接SIM卡模块的引脚SIM-DATA、SIM-RST、SIM-CLK、SIM-VCC。信号线GPS-TXD（15脚）、GPS-RXD（16脚）分别接GPS模块的引脚GTXD、GRXD。
具体实施时，本实用新型所提供智能拐杖终端可配合远程的客户端10使用，例如计算机或手机。
为便于实施参考，提供使用本实用新型所提供智能拐杖的工作过程如下：
智能拐杖终端同时进行多种采集，基础的是通过GPS定位装置实时采集终端GPS数据，并通过GPRS无线通讯方式传给客户端（手机端/计算机端），实现对老人位置的实时监测。
另外，通过体温传感器与心率传感器实时采集老人体温、心率，并通过GPRS无线通讯方式传给监护人（手机端/计算机端），实现对老人健康状态的实时监测。当检测到老人体温、心率异常时，立即拨打预先关联电话号码实现自动报警。
同时，三维加速度传感器将采集的三个轴的加速度值传送给微控制器，根据得到的加速度值估算老人身体与地面倾角，判断老人是否有摔倒的趋势。当判定老人将要摔倒时，立即拨打预先关联电话号码实现自动报警，同时开启摄像头捕获当前环境图像信息并上传至监护人（手机端/pc端），便于确认老人行走状态。
（1）当警报语音接通，能联系上老人时，询问老人的状况，若老人告知身体无恙，则可以解除警报。若确认老人身体不适，询问老人的详细地址，同时立刻派人救助。
（2）当警报语音接通，但老人无法回复时，通过分析图片中老人与智能拐杖的相对位置判断老人是否真的摔倒。当图片显示拐杖正对地面或心率数据监测失败，可以确定老人摔倒，结合GPS定位信息立刻派人前往寻找老人。当图片中包含周围环境景物信息时，通过寻找图片中的位置标志信息比如地标性建筑、街道号牌等，并结合GPS定位信息，派人前往寻找老人。
此外，当独立手动报警按键被按下时，触发微控制器发出报警请求信号，拨打预先的关联电话，以支持老人自助报警或附近其他人帮助报警。
拨打预先关联电话号码、根据加速度值估算老人身体与地面倾角、分析图片中老人与智能拐杖的相对位置等为现有技术，具体实施时，本领域技术人员利用本实用新型所提供装置产品可以自行设置实现，本实用新型仅提供硬件方面的改进方案。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种基于物联网的智能拐杖，智能拐杖上设有智能拐杖终端，其特征在于：所述智能拐杖终端包括微控制器(5)、三维加速度传感器(1)、GPS定位装置(8)、体温检测装置(3)、心率监测装置(2)、摄像头图像采集装置(7)和无线通信装置(6)，三维加速度传感器(1)、GPS定位装置(8)、体温检测装置(3)、心率监测装置(2)、摄像头图像采集装置(7)和无线通信装置(6)分别与微控制器(5)连接；所述三维加速度传感器(1)选用三维数字加速度传感器ADXL345，三维加速度传感器(1)将采集的三个轴的加速度值传送给微控制器(5)，当判定老人将要摔倒时，从无线通信装置(6)将GPS定位装置(8)所得定位数据、摄像头图像采集装置(7)所得图像数据以GPRS方式发送至家人手机端及PC端；无线通信装置(6)接收微控制器发送的报警请求信号，拨出预先的关联电话。
2.根据权利要求1所述基于物联网的智能拐杖，其特征在于：所述智能拐杖终端还包括按键装置(9)和显示装置(4)，按键装置(9)、显示装置(4)分别与微控制器(5)连接。
3.根据权利要求2所述基于物联网的智能拐杖，其特征在于：所述按键装置(9)包括摇杆按键和独立报警按键。
4.根据权利要求3所述基于物联网的智能拐杖，其特征在于：所述GPS定位装置(8)和无线通信装置(6)集成设置。
5.根据权利要求1所述基于物联网的智能拐杖，其特征在于：所述微控制器(5)选用单片机STM32F103Cx，所述体温检测装置(3)采用DS18B20数字温度传感器；所述心率监测装置(2)采用PulseSensor心率传感器。
6.根据权利要求2所述基于物联网的智能拐杖，其特征在于：所述微控制器(5)选用单片机STM32F103Cx，所述体温检测装置(3)采用DS18B20数字温度传感器；所述心率监测装置(2)采用PulseSensor心率传感器；所述显示装置(4)采用LM6059BCW的128×64点阵液晶显示模块，所述摄像头图像采集装置(7)选用CMOSVGA图像传感器OV7670。
7.根据权利要求3所述基于物联网的智能拐杖，其特征在于：所述微控制器(5)选用单片机STM32F103Cx，所述体温检测装置(3)采用DS18B20数字温度传感器；所述心率监测装置(2)采用PulseSensor心率传感器；所述显示装置(4)采用LM6059BCW的128×64点阵液晶显示模块，所述摄像头图像采集装置(7)选用CMOSVGA图像传感器OV7670；所述摇杆按键采用摇杆五向按键。
8.根据权利要求4所述基于物联网的智能拐杖，其特征在于：所述微控制器(5)选用单片机STM32F103Cx，所述体温检测装置(3)采用DS18B20数字温度传感器；所述心率监测装置(2)采用PulseSensor心率传感器；所述显示装置(4)采用LM6059BCW的128×64点阵液晶显示模块，所述摄像头图像采集装置(7)选用CMOSVGA图像传感器OV7670；所述摇杆按键采用摇杆五向按键；所述无线通信装置(6)采用SIM908模块，GPS定位装置(8)集成于无线通信装置(6)内部，采用GPRS无线方式通讯。
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