队伍编号

182405

产品名称

安心智能拐杖

申报单位名称

（此处加盖学校公章）

参赛队员

陈臻彦、张哲、赵康

指导教师

袁博、陈淑花、张涛

联系方式

联系人

张涛

电话

手机

18607135616

邮箱

3090819026@qq.com

产品简介

项目背景

现阶段，我国已经进入老龄化社会，按照国家规定，65周岁以上的人确定为老年，2016年，中国将有超过5亿人口超过60岁，数字超过美国总人口，80岁以上的接近2400万，占比11%。预计未来20年我国老年人口将进入快速增长期，到2050年老年人口将达到全国人口的三分之一。老龄化问题不仅给每个家庭带来了困惑，也给予社会极大压力。老年人随着年龄增长，记忆力、视力不断下降，腿脚也越来越不灵活，反应逐渐迟钝等，出行不便，最近几年老人走失情况越来越严重，在网络和微博上经常会看到寻找走失老人的新闻。据调查，65岁以上老人中至少有30%的人曾经摔倒。世界卫生组织估计全世界有低视力及盲人约1.4亿人，而中国有近900万视力障碍者，专业导盲犬由于训练周期比较长，而且需要花费大量的人力和物力，而传统的导盲手杖局限性又很大， 随着社会文明程度的提高，老年人、盲人、智障人士的一些特殊需求值得进一步的关注。经常发现，老年人由于年事已高，记忆力下降，记不住自己家的位置，也记不住和子女家之间的路，不敢外出，不能来回走动；盲人离开监护人(亲人、养老院、监护中心等)后不知去向，很难寻找；盲人在去单位或者出行时，经常偏离预定路线等等，

所以我们迫切需要一种新型的导盲手杖能同时满足不同人群的需求。目前原始拐杖功能单一的问题亟需改进。我们设计了一款智能出行拐杖，与普通拐杖不同的是，我们在手杖上加了各种感应装置。

盲杖由四节长度约为25cm的杖体拼接而成，杖体内部可折叠；杖体内主要包括：

GPS导航定位系统；

雷达系统；

语音识别和语音输出软件；

自动报警；

心率/血压测量等；

MP3/FM调频收音机；

除此之外配有耳机蓝牙装置，用于确认拐杖位置和语音输入，必要时可拨打求救电话。

 (1)拐杖设计有铝合金伸缩杆，高度可从65cm-98cm进行调节，重量为320g，适合更多人群。

用法：用手压下铝合金杆上的按钮，上下移动较细的铝合金低杆，将按钮扣入到较粗铝合金杆对应的孔位中，以满足不同身高人群的使用需求，高度调节好了后，将锁环锁紧固定。

(2)照明、闪光

用法：手柄顶部推钮开关操作模式：开关一档，白光LED灯照明;第二挡，白光LED照明+红光LED灯闪光警示;第三档，关。

(3)MP3功能

用法：用手指轻按手柄侧面中间MP3控制按钮，MP3即处于工作状态。此时用手指轻按左右按键，即可实现选中音乐。用手指轻按MP3上下音量控制按键，即可调节声音大小，以适合的音量大小进行音乐的收听。

(4)充电

用法：将充电一端插入产品DC口，另一端接入标准5V输出USB母座，即可对产品内部充电电池充电。此时充电红色指示灯亮，充满电后指示灯熄灭。

产品设计：

结构安排合理；从产品的可制造性考虑，使用可拆卸的模块化设计便于降低产品的制造成本，也方便客户定制，由客户配置，以提高不同能力，同时可拆卸的拐杖，便于实现产品部件标准化，并应用不同产品。那么这种标准化使得企业能大批量生产该组块，从而降低成本，提高质量。在开发后续产品时，模块化、标准化体系能使制造商用最小的“实体”改动获得功能改变。便于产品在日后的最短时间段内快速满足市场需求。

能够很好的实现各个功能；

使用过程中每个部位互不干扰但又紧密配合；

要方便携带；

装配时要注意每部分之间的配合；

适合于老年人、盲人、智障人士等使用；在产品设计中，用户实上实际上是个连续的群体，包括不同的身体能力以及心理状态。如何体现设计对于用户的人文关怀，对于产品的通用性进行评价，一直是设计领域的要点，通用设计思想的基本目标就是实现同一产品所有人都能用，但是要实现这样的目标，完全适用于任何情况下的产品几乎是没有的，也几乎不可能的。所以，在我们进行通用设计中，首先必须分析产品特性和用户可能遇到的障碍特性，进而确定产品最需要具有什么样的特性来提高通用性。即对产品通用特征和用户障碍特性进行优先级排序，通过这样的优先级排序，能使设计师比较明确的界定问题和要实现的目标，在提高设计的方向性和效率的同时，减少不必要的设计成本，优化产品设计，从而在整体上提高通用性，安心智能拐杖就是通过合理的优化设计，使其能满足不同用户的使用需求，提高了产品的通用性，让拐杖不仅仅是拐杖。

达到IP67级防水，无惧水花，生活更有火花；毫无疑问，智能设备已经成为人们生活中不可或缺的一部分，不管是通信设备还是其他各种智能家居，智能出行设备已经离不开人类的生活，随时携带，也正因为我们时时刻刻离不开它，也有了相应的烦恼：外出突然遭遇大雨，雨水飞溅到设备上，设备进水，电子元件损坏，设备不能正常工作；洗手后残留的水渍、汗液，入侵到设备内部，设备损坏；大雨过后，积水溅到设备上，设备进水损坏。因此智能设备不具备防水功能，简直就是灾难。防水，从实际使用角度出发，

设计说明

在我们生活中会遇到很多被水侵袭的情况，如洗手、雨天等等，虽然将拐杖拿开只是一个简单的动作，但影响了用户对产品的使用，这似乎显得不太友好，将防水功能加入到拐杖内，既保证了内部电器元件可以平稳高效的运行，也让用户在使用智能拐杖设备时，无须顾虑太多，而从使用的角度来看，这无疑增加了产品与用户的粘性，令消费者更加喜欢使用。此外，在日常运动的时候，身体分泌的汗液，对惧水的电子设备来说也是种威胁，而与手掌皮肤紧密贴合的安心智能拐杖，显然在设计时，需要更多的考虑防水特征。

智能拐杖由硬件系统和软件系统组成

硬件系统:

盲杖由四节长度约为25cm的杖体拼接而成，杖体内部可折叠，杖头是由可拆卸的防滑塑胶软体制作，便于老年人、盲人、智障人士舒适持握，使用方便；杖头处有一个电源开关和充电头，盲人可以通过电源开关启动拐杖内部系统。杖头端装有LED夜灯设计，方便夜间出行，同时也便于其他交通参与者在夜间能及时发现自己，使用者可以调节灯光的远近，方便夜间出行。

杖体内主要包括：

（1）GPS导航定位系统：利用GPS的卫星定位功能，随时确定使用者的位置，将当前的经纬度信息和预先存储在拐杖里的路径信息进行比较，如果超出预定范围则给出提示信息，帮助使用者回到预定范围；如果超出一定范围，向监护人发送GSM短信息报警、求助，信息内容包括当前的定位信息、时间等；利用角度传感器感知拐杖是否歪倒，如果拐杖随老人一起摔到超过一定时间，向监护人发送GSM短信息报警、求助；监护人可以随时通过APP查询智能拐杖查询位置；监护人可以使用APP通过GPRS与智能拐杖建立网络连接，在地图上显示实时位置和行走轨迹，监控使用者的活动范围，帮助监护人尽快找到使用者。

（2）雷达系统：利用雷达中的电磁波探测装置，在盲杖中使用这种装置可以对障碍物的方向、距离和高度等进行探测。提醒使用者注意前方障碍物，及时避让。

杖体中采用智能交通系统和GPS导航定位系统相结合的方式为盲人出行提供便捷安全的路线；智能交通系统是一种道路主动感知监控系统，理解图像内容，将系统内部分

析的图像的内容传递给盲人，识别准确率在90%以上，另该系统与雷达系统结合，监控动态危险因素，保障盲人出行；（如行进中的车辆在靠近盲人时，不同车距，震动强度不同）GPS导航定位系统，一来导航，二来定位。主要用于帮助盲人实时选择最佳出行路线，另外家人可通过手机APP定位确定盲人位置，以及帮助盲人规划出行路线，提升安全性，降低家人对盲人独自出行的顾虑。

(3)语音系统：通过人工智能的语音助手，可以进行呼叫，或规划出行，呼叫系统，该装置首先得在手机APP上进行号码设置，最多可设置4个号码，用户可以根据自己的需求设置号码，SOS按键可设置紧急呼叫。呼叫设置界面如图所示。

智能语音助手帮助盲人与拐杖杖内部的导航系统沟通，说出目的地，人工智能可以规划出最便捷的出行方案，盲人也可以询问所处的环境中周围的便利店，医院，交通枢纽的

场所的位置，当有呼叫或出行需求只需唤醒语音助手（可通过按钮或语音唤醒助手），说出需求，就可以将出行便捷化，智能化。语音助手智能提醒，喝水提醒，吃药提醒，时间播报，对于视觉与听觉下降的使用者更多关爱，让使用无障碍

(4)倾倒自动报警：采用MEC原装倾斜开关SW-460D，灵敏度高，比较器采用LM393芯片，工作稳定，在常温及正常使用下开关寿命可达10万次，数字量输出接口可以与单片机IO口直接相连，灵敏度可调。用于检测拐杖的歪倒状态。当拐杖倾倒，超过1分钟，蜂鸣器报警并自动呼叫监护人或开启SOS求救信号，以便得到及时的帮助。

(5)心率/血压测量：心率监测，通过光电容积脉搏波描记法（PhotoPlethysmoGraphy），简称PPG，来监测心率，心率监测仪结合绿色LED光跟感光光电二极管，检测特定时间手腕处流通的血液量，从而获取心率信息。智能呵护使用者的健康，心率血压监测，心率

数据上传手机APP心电图呈现数据，跟踪使用者的心率，血压健康。当血压出现异常，及时报警。

〈二〉软件系统：

　智能拐杖软件部分主要包括：初始化设置、建立GPS定位、在线监控、电子围栏、亲情号设置、求助等功能。

2.1 软件框图设计

　　智能拐杖的功能框如图所示。

监护人可以通过web端或手机APP进入该软件界面，如果是初次使用，首先进行初始化的设置。

根据自身情况填写相关的内容，判断安装在拐杖中的GPS定位功能是否开启，如果开启，可以根据GPS定位得知此时拐杖所在的位置，当拐杖歪倒时，硬件电路中的蜂鸣器开启发出报警;当超过1分钟，通过硬件电路电机自动拨通预先设置好的电话，得到进一步求助。也可以在界面中设置电子围栏，当超出所设定的范围，进行报警提示。

产品特色

现在社会竞争激烈，年轻人对老人的陪伴和关爱自然有所缺乏。大多子女购买智能拐杖作为礼品赠送给老人，收音机MP3可以愉悦身心，SOS求救GPS定位APP导航老人健康多一重保障。即使是三高帕金森，健忘症等人群也是深受其利的。全球老龄化的到来将会有更多需要照顾的老人，社会各层对老人的关爱也逐年上升，可想而知，消费人群是有多庞大。

户外运动一般都配备登山杖，手电筒，播放器，手机，指南针，海拔仪，计步器，GPS等。智能拐杖不仅满足这些需求，而且还有专属APP功能。智能拐杖强大的功能可以为户外运动登山人群减负。这也为智能登山杖的市场指明了方向。

最后一类特殊人群：盲人市场也不可忽视。其实日本就有红外线，超声波的导盲拐杖。这类人群是刚性猛烈需求。加上现在人脸识别，GPS，电磁波测距等技术的运用组合，相信不远的未来，解决盲人出行问题不再是难事！

综上所述，智能拐杖从产品升级换代和客户需求市场，都有理由相信：智能拐杖在细分领域，未来前景还是比较光明的。