基于空間定位的多功能老年人智能鞋

山西省運城中學 梁競文

山西省運城市康杰中學 王 哲

1 引言

目前，老年人在我國人口總量中所占的比重正在逐年的增加[1]。而隨著城市建設力度的不斷加大，在現實生活中，由于道路不熟、記憶力差等原因導致的老年人出行走失的情況時有發生，逐漸成為威脅老年人出行的重要因素之一[2,3]。因此，對于老年人出行的安全問題逐漸引起了全社會廣泛的關注[4]。

為了使得老年人的出行更為安全，通常是通過攜帶手機等通信工具來獲取老年人的出行狀態。這在一定程度上能夠提高出行的安全性[5]。但是，手機等通信工具會為老年人的出行帶來不便，同時忘記帶手機或者無法有效使用較為先進的智能手機的情況的發生，也為出行的安全帶來潛在隱患[6]。為此，本文設計了一種基于空間定位的多功能智能鞋系統。該系統通過智能鞋中GPS北斗雙模定位模塊采集老人的出行信息，通過GPRS模塊發送手機短信實時發送老年人的實時位置。同時，利用鞋內溫濕度的智能調控來提高老年人出行的舒適性。

圖1 系統方案設計

2 智能鞋組成與工作原理

智能鞋系統的結構組成如圖1所示，主要包括STM32主控模塊、GPRS模塊、溫濕度檢測模塊、以及GPS北斗雙模定位模塊等。該系統采用低功耗、高性能的STM32作為控制核心。其工作原理是在出行過程中，通過安裝于鞋子底部的GPS模塊得到實時位置信息，利用GPRS模塊將位置信息以短信的形式發送到手機。利用鞋底中部安裝的溫濕度傳感器來獲取鞋內的溫濕度狀態，通過加熱片和風扇來調整鞋內的溫濕度，當溫濕度低于設定值時，微處理器通過風扇和加熱片的開關，使得穿著更為舒適。

3 主要模塊設計

3.1 GPS北斗雙模定位模塊

考慮到智能鞋的空間不大，本文采用小尺寸的高性能的GPS北斗雙模定位模塊ATGM336H，如圖2(a)所示。該模塊定位精確度高，觀測時間短，測站間無須通視，可提供三維坐標，操作簡便，全天候作業。其基本工作原理是由地面主控站收集各監測站的觀測資料和氣象信息，計算各衛星的星歷表及衛星鐘改數，按規定的格式編輯導航電文，通過地面上的注入站向GPS衛星注入這些信息。GPS自身將所測信息整合，通過串口發送至主控模塊，主控模塊解析串口所發數據，獲得智能鞋所在的位置。與STM32的接口電路如圖2(b)所示。

圖2 GPS北斗雙模定位模塊

3.2 溫濕度檢測模塊

溫濕度檢測采用DHT11數字溫濕度傳感器，它是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。溫度測量范圍：0～50℃，測量精度：±1～2℃；相對濕度測量范圍：20%RH～90%RH，測量精度：±4 %RH～±5%RH。能夠有效地保證測量精度且具有較好的穩定性。采用的是4針單排引腳封裝，體積小，功耗低，應用在鞋底作為本系統的溫濕度傳感器完全滿足性能要求。溫濕度控制部分原理圖如圖3所示。其中，HOT端連接電熱片，MOTOR端連接風扇。在檢測到鞋內溫濕度信息，通過與設定值的比較，采用PID控制方式調控鞋內溫度。

圖3 溫濕度檢測模塊電路圖

3.3 GPRS模塊

GSM通信模塊是數據傳輸的通信核心，選用SMT封裝的雙頻GSM/GPRS模塊SIM900A安全可靠地實現系統方案中的短消息服務。SIM900A模塊通過串口與微處理器進行連接，從而實現對SIM900A模塊的控制。其電路設計如圖4所示。

圖4 GPRS模塊接口設計

4 系統軟件設計

本文所設計的智能鞋系統以STM32f103c8t6單片機作為主控制器，采用PID算法進行鞋內溫度控制。智能鞋通電開啟后，控制程序先進行系統初始化，溫濕度傳感器開始采集鞋子內部的溫濕度信息，然后判斷溫度是否在設定的正常范圍內，如果所檢測溫度低于設定值，就給電熱片供電加熱，如果所檢測溫度高于預設值，打開風扇給鞋子內腔輔助排熱。具體流程如圖5所示。

為了提高老年人出行穿著的舒適性，防止老年人走失，結合現有老年人安全出行存在的問題，本文提出一種基于空間定位的多功能老年人智能鞋。通過將GPS北斗雙模定位模塊嵌入智能鞋底部，實時獲取老年人的精準位置信息，并通過發送短信的形式告知家屬，在一定程度上保證了老年人的出行安全。同時將溫濕度傳感器安置于鞋內部，提高其出行的舒適性。該設計將為老年出行安全提供一定的幫助，具有一定的實用價值和社會價值。

圖5 系統流程圖

[1]張宜.社會支持視角下老年人養老方式的問題研究[D].中央民族大學,2016.

[2]李雅紅,魏卿,張文浩.基于Android的多功能老人智能鞋系統[J].智能計算機與應用,2017,7(3):162-165.

[3]安心.老年人走失家人要防患于未然[J].中國老年,2013(7):33-34.

[4]黃自鑫.基于人體動作識別的可穿戴老年人健康監測系統研究[D].武漢紡織大學,2016.

[5]夏曉敬,關宏志.北京市老年人出行調查與分析[J].城市交通,2013(5):44-52.

[6]田曉劍.為防范老人外出走失支招[J].鄉鎮論壇,2016(23):32-32.