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老年助行车

专家
2014-03-07 20:20:43    评分

作者:德州学院 刘瑞艳 丰雨 石凯

指导教师:张福安 张素真


  作品简介


  一、开发背景

  社会上一些年老体衰的人们,在外出时还得有家人的陪伴,出行极其不方便,而目前市场上的助行车,功能单一,驾乘不便,安全性差,极大地限制了他们的日常出行。为解决这个问题,我们设计并制作了智能老年助行车,它能真正的帮助一些年老体衰的人们,成为他们真正的伴侣。

  二、结构说明、功能及使用说明

  本作品由IAP15F2K61S2控制器模块、指家针模块、磁场模块、NRF24L01无线传输模块、电机驱动模块、GSM模块、智能避障模块、显示模块、电源模块、温度采集模块等构成。

  实现自动跟人、可调速推行、自动绕转、一键求救、指家针、液晶显示、夜间照明等功能。

  此小车不仅可以由老人推着它前进,而且可以通过按车把上的左右按钮,轻松自动向左向右拐弯;当老人推行累时,按无线遥控器向后拐弯按键可以自动拐180度自动跑到老人的身后,以供老人休息;当使用者想继续推行时,按无线遥控器向前拐弯按键,它将再跑到老人身前,以供老人推行:当老人不愿意推行时,只需要按无线遥控器的跟人按键,它将与老人保持着50cm的距离自动跟着老人行走。当晚上时,只需按无线遥控器上的照明按钮,它将由12v逆变升成220v的电压来供灯使用,实现照明效果。夏天时还可以带动风扇给老人送来丝丝凉意。由12864液晶显示日期、时间、温度、家人电话号码,供使用者来观看;电机驱动,直接由8个N型mos管组成半桥驱动,通过调节pwm波来控制速度,PID来控制正反转。除此之外,考虑到家人对老人的关心,我们设计了远程监控,家人可通过电脑,移动手机随时查看老人的行驶路况,老人位置,小车的行驶数据,这样老人外出安心,家人放心。

  三、创新点

  老年助行车与其他小车相比,有以下创新点:

  1.可以简单方便的实现让使用者推行,休息,跟人行走;

  2.逆变器把低电压生成高电压来供电;

  3.电机驱动全用的N型的大功率的mos管;

  4.由无线遥控器控制,更加便捷;

  5.显示时间、温度、家庭号码当老人迷路时路人可根据电话联系其家人。


  平台选型说明

  本作品使用STC公司的IAP15F2K61S2单片机实现(IAP15F2K61S2单片机是全球第一款真正意义上的单片机,一个芯片就是一个仿真器,是一款不需外部晶振,不需外部复位的单片机,安全可靠。


  设计说明

  一、老年助行车系统方案:

  智能小车自动跟人系统:利用磁场传感器、NRF24L01无线传输模块,利用测距模块检测老人与小车的距离,单片机作出判断,实现跟人的功能。

  推行系统:老人正常情况下可以推着小车行走,需要拐弯时,老人可以按着车把上的左右按钮来实现小车的左右拐弯,它是由于没按下按钮时,其中单片机相应的IO口就会变成低电平,利用中断来实现电机的左右拐弯。

  小车自动转到人身后和身前:用无线遥控器控制,当按下遥控器向后拐弯按键后,其中一个IO口变成低电平,单片机会自动控制小车拐弯最终是小车跑道人身后供人休息;当按下向前拐弯按钮时,单片机另一个IO端口会变成低电平,小车会自动从人身后跑到人身前,让人休息。

  指家针模块:为了有效防老人止外出时走失或迷路,我们设计了电子指家针。电子指家针功能由GY-26罗盘模块、GPS以及单片机共同实现。使老人外出时,始终指向家的方向。

  求救模块: 为了解决老人外出时遇到身体不适或紧急情况,我们利用手机模块及GPS模块,对老人时时跟踪,让家人时时刻刻了解老人的位置,到老人按下按键时,系统会及时的通知家人。

  液晶显示模块:时间显示,温度显示,家人电话号码显示,用温度传感器18b20检测温度由液晶屏输出,让老人出行时穿衣适度。

  电机驱动是由8个N型3207mos管和驱动N型mos管的芯片IR2104芯片组成。


  1.1.1控制模块

  采用IAP15F2K61S2作为控制核心,加密性强,超强抗干扰,超低功耗,成本低,I/0驱动能力更强,内部集成高可靠复位电路,外部复位电路可完全省掉,当然可以继续用外部复位电路。

  1.1.2磁场模块

  HMC5883L 是一种表面贴装的高集成模块,并带有数字接口的弱磁传感器芯片,应用于低成本罗盘和磁场检测领域。HMC5883L 包括最先进的高分辨率HMC118X 系列磁阻传感器,并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘精度控制在1°~2°的12 位模数转换器.简易的I2C 系列总线接口。HMC5883L 是采用无铅表面封装技术,带有16 引脚,尺寸为

  3.0X3.0X0.9mm。HMC5883L的所应用领域有手机、笔记本电脑、消费类电子、汽车导航系统和个人导航系统。

  HMC5883L 采用霍尼韦尔各向异性磁阻(AMR)技术,该技术的优点是其他磁传感器技术所无法企及。这些各向异性传感器具有在轴向高灵敏度和线性高精度的特点.传感器带有的对于正交轴低敏感行的固相结构能用于测量地球磁场的方向和大小,其测量范围从毫高斯到 8 高斯(gauss)。 霍尼尔的磁传感器在低磁场传感器行业中是灵敏度最高和可靠性最好的传感器。磁场检测电路图如图2所示.

  1.1.3NRF24L01无线传输模块

  nRF24L01 是一款工作在2.4~2.5GHz 世界通用ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括:频率发生器、增强型SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。极低的电流消耗:当工作在发射模式下发射功率为-6dBm 时电流消耗为9mA,接收模式时为12.3mA。掉电模式和待机式下电流消耗更低。无线传输模块电路如图3所示.

  1.1.4电机驱动模块

  电机驱动是由我们用8个N型3205mos管和驱动N型mos管的芯片l6384d芯片组成,其中l6384d需要的升压电源我们由mc34063做的,另外我们用的74ls02做的保护电路,它能承受大电流过载,最大电流可达到110A,该电机驱动也具有快速刹车功能,制动明显,它属于半桥驱动,直接控制pwm波来控制车速,控制DIR口来控制正反转,操作简单电路图如图4.

  1.1.5电子指家针

      电子指家针电路图如图5所示。指家针功能由GY-26罗盘模块和GPS共同实现。实现原理如图6所示,若A点为家在地球上的位置,B为使用者外出所在的位置,根据GPS获得的A、B两点的数据计算出直线AB与地球正北方向的夹角α的大小,再利用磁传感器计算出使用者与正北方向的夹角β的大小,就得到了AB与BC之间的角度,这样不管使用者的朝向如何,根据这个角度就能控制指针永远指着A点家的方向。

  GY-26罗盘模块利用HMC1052双轴线性磁传感器(如图7),它的每个传感器都有一个由磁阻薄膜合金组成的惠斯通桥。其电路图原理图如图5所示。当桥路加上供电电压时,传感器将磁场强度转化为电压输出,包括环境磁场和测量磁场。HMC1052包括两个敏感组件,它们的敏感轴互相垂直。敏感组件A和B,共存于单硅芯片中,完全正交,且参数匹配。GY-26是款低成本平面数字罗盘模块。输入电压低,功耗小,体积小。该产品精度高,稳定性高。并切具有重新标定的功能,能够在任意位置得到准确的方位角,其输出的波特率是9600bps,有连续输出与询问输出两种方式,具有磁偏角补偿功能,可适应不同的工作环境。

  GPS模块的核心是GPS25LP。电器原理图如图8所示。GPS25LP的DGPS实时差分精度3—5米、支持WAAS功能。体积小巧、结构紧凑、易于应用、接受机信息可方便的显示于显示单元或PC机上。全屏蔽封装、具备优秀抗电磁干扰特性。用户无需初始化、安装完毕,接受机即可自动传送导航数据。1PPS秒脉冲输出精度可达到200ns,脉冲宽度20ms—980ms可调。可从COM1接口上输出二进制载波相位数据。GPS25LP捕获老人所在的地理位置后将信息传送给单片机。


  1.1.6 GSM模块

      带语音增强的GSM通模块如图9所示。GSM它是一个蜂窝网络,也就是说移动电话要连接到它能搜索到的最近的蜂窝单元区域。GSM网络运行在多个不同的无线电频率上。本作品模块采用高性能GSM芯片,支持DB9的RS232、直联式TTL、CMOS等多种接口方式与计算机或CPU系统相联,通过标准的AT指令与本评估板模块进行控制接口,能为系统提供短消息数据通信、CSD数据通信与语音数据通信等多重服务与无线接口方案。单片机通过控制此模块向家人发短信和拨打电话进行求助。

  1.1.7智能避障模块

  红外传感器如图10所示。红外避障电路如图11所示。

  该模块由红外发射管和红外一体化接收管实现。红外发光二极管(红外发射管)内部构造与普通的发光二极管基本相同,材料和普通发光二极管不同,在红外发射管两端施加一定电压时,它发出的是红外线而不是可见光。接收部分的电路被集成在一个组件中后成为一体化红外接收头。内部电路包括红外监测二极管,放大器,限副器,带通滤波器,积分电路,比较器等。红外监测二极管监测到红外信号后把信号送到放大器和限幅器,限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平,而不论红外发射器和接收器的距离远近, 交流信号进入带通滤波器,带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波,通过解调电路和积分电路进入比较器,比较器输出高低电平,根据电平的高低控制蜂鸣器的发声从而进行报警提示。

  1.1.8显示模块

  本系统直接由12864液晶构成,它显示的字体比较大,另外带有背光,比较清晰,方便老年人观看。

  1.1.9电源模块

  本系统采用两个12V的电动车电瓶提供,它储存量比较大,串联起来即可提供24V的电压也可以提供12V电压。另外利用几个7805芯片输出了几个5V端口来供

  给单片机、液晶、12864等模块使用。

  1.1.10温度采集模块

  本系统采用18b20测温,它的程序比较简单易写,而且测得的温度比较准确,分辨率比较高。

  二、软件流程图及程序



  三、技术说明:

  本作品利用IAP15F2K61S2单片机为控制核心,运算速度快,抗干扰能力强能够准确实现跑到使用者身后这一功能,4路pwm波可大大的满足了电机调速的应用,AD的应用可以实现对电信号的精确采集有利于追人更加精确。

  四、系统适用范围:

  本系统为老年人使用的助步锻炼设备,为老年人所配备,可有效地避免老年人安全事故的发生,给老年人送去了温暖与关爱,有很强的可移植性。

  目前市场尚且缺乏专门针对老年人的追人小车装置,该产品成本低,物美价廉、实用、轻便、准确、安全可靠,具有很大的市场潜力。

此文档的视频来自:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/13400




关键词: 无线遥控器     单片机     传感器     助行车    

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