遥控智能跟随轮椅的设计与研究

[摘 要]随着我国人口老龄化问题越来越严重以及肢体残疾人数量的逐渐增加，不断庞大的老年人和肢体残障群体对辅助步行工具的需求日益提高。电动轮椅作为先进的代步工具能够有效的帮助他们提高行动自由度及重新融入社会，而后智能轮椅也应运而生。基于此，经过对我国现有的智能轮椅结构和功能的比较分析后，依据人机工程学的相关理论，综合应用计算机辅助设计的方法设计了一种多功能智能轮椅来满足老年人和残障人群的需要。

[关键词]单片机控制系统 智能轮椅 传感器

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0353-01

1 引言

世界范围内，第一台智能轮椅是由英国研制产生的。从1986年第一台智能轮椅研发成功后，其他的很多国家都相继投入大量的资金进行智能轮椅的研发，我国也不例外。但是在医疗器械方面，中国的发展是较晚的.我国智能轮椅现状具有起步晚、价格较高、未形成批量生产等特点。从人们对智能轮椅的思想观念接受程度，中国老龄化的人口结构现状和趋势，智能信息化技术的更新发展等方面进行分析，我国未来智能轮椅具有相当大的市场需求。

2 WIFI遥控智能跟随轮椅的工作原理

WIFI遥控智能跟随轮椅主要控制器为IAP15FK61S2单片机，单片机通过串口通信与路由器相连，使用者可以通过手机WIFI向路由器发送信息进而控制轮椅的运动，也可以通过轮椅上的按键控制轮椅，同时手机端可以看见安放在靠背顶端的摄像头拍摄的实时录像。在轮椅上有红外模块，可以即时测距，当距离障碍物过近是会自动停止轮椅前进，并发出警报。单片机通过器件光电管识别光信号，并通过识别来的光信号进行定位实现跟随功能。

3 WIFI遥控智能跟随轮椅的模块设计

WIFI遥控智能跟随轮椅的模块设计示意图如图1所示。单片机型号为IAP15FK61S2，其中主要包含行进模块，视频模块，智能避障及跟随模块，实用性设计模块以及供电模块。

4 智能轮椅各模块的设计

4.1智能轮椅行进系统的模块设计

行进系统的运行程序框图如图2所示，智能轮椅的行进方向由两种方式控制，一种是由操控台控制，另一种是使用手机或者其他移动设备通过系统中的WIFI模块进行远程控制。

4.1.1由操控台进行控制

操控台开关电路图见总电路图所示，S1～S8分别与IAP15FK61S2单片机P1.0口～P1.7口相连，其中S1～S4控制行进方向，S5控制靠背升上，S6控制靠背下降，S7控制隐藏式桌子摆放，S8控制一键开启智能轮椅的跟随及避障模式。

4.1.2由手机端通过WIFI模块进行控制

智能轮椅中的WIFI模块采用型号为robotLINK-WIFI型号，有效传输距离为30米，输入电压为5V具有传输速度快，可靠性高，抗干扰能力强，传输距离较远等优点。手机连接robotLINK-WIFI型WIFI模块散布的局域网，将控制信号通过WIFI模块传输至单片机，由单片机输出信号至电机驱动，达到控制智能轮椅行进的目的。

4.2智能轮椅视频装置的设计

在现今社会，交通情况极其复杂，很多机动车都有配置倒车影像监控和行车记录仪等视频装置，我们也在智能轮椅的靠背处安装了可调节角度的摄像头，大大提高了使用者的出行安全。摄像头通过两个舵机以及云台的配置可使水平、竖直调节角度均达到170度。如此大的可视角度保证了视频捕捉的面积。

4.3 智能轮椅避障系统的设计

工业级红外线光电开关是一种开关式传感器，可通过某块上的电位器可调整红外线传感距离，经测试可传感10～50cm障碍物，输入电压5v，输入电流100mA工作电流

4.4实用性上的设计

4.4.1光控灯

智能轮椅上配备有两个分别置于左侧和右侧的LED光控灯，在夜晚或者光线暗需要照明时，光控灯会自动打开。有光时电阻小VCC->10k电阻->光敏电阻->GND，引脚P4.4为低电平，无光时，光敏电阻相当于断路，P4.4为高电平。通过两块光敏电阻模块使电路传感更加稳定，单片机通过对光敏电阻状态的采集，控制LED照明灯。

4.4.2可调节靠背、隐藏式餐桌的设计

可调节靠背、隐藏式餐桌采用步进电机作为动力，利用单片机进行驱动，步进电机输入电压为9V，转速为12r/min，扭矩为18kg，具有占用面积小、速度合理、扭矩大等优点。

4.5供电系统的设计

本多功能轮椅采用12V直流锂电池进行供电，对各个用电器通过不同电压等级的稳压模块稳压之后进行供电，例如单片机、电机供给电压为5V，步进电机供给电压为9V等；并且电池的充电系统采用两种充电模式，一是使用充电器直接进行充电，二是使用太阳能充电板进行太阳能充电，不仅符合了当今社会节能环保的理念，同时也防止使用者在使用时出现供电不足的情况，一举多得。

5 单片机系统的设计

IAP15FK61S2单片机额定电压为5V，工作中电压为3.2～5.0V，满足系统要求，单片机电路图、总电路图如图2所示。

6 智能轮椅前景分析

本次设计的WIFI遥控智能跟随轮椅达到了以下功能：

（1）可通过手机控制轮椅行进，不但使用者可以使用从而免去手动推轮子的行进方式的劳 累，也可以让其家人使用手机控制智能轮椅。

（2）智能轮椅上安装了摄像头，可在使用时方便的观测到轮椅后侧的情况。

（3）智能跟随系统，通过光电管实现对光线的识别进而实现跟随效果。

（4）轮椅外观创新，如电动可调节靠背，电动隐藏桌子。

多功能轮椅具备以上诸多功能，并且从制造成本的角度来看，要远低于市面上的智能轮椅，可以看出本智能轮椅的设计是成功的，既方便了使用者，又方便了使用者的家人，相信不久的将来会成为老年人出行的常用品。

参考文献

[1] 李刚民.单片机原理及实用技术.高等教育出版社.科技信息[J].

[2] 张毅刚.新编MCS―51单片机应用设计[M].哈尔滨工业大学出版社.

[3] 徐文尚.计算机控制系统[M].北京大学出版社.

[4] 宗成阁.单片机原理及应用[M].哈尔滨工业大学出版社.