淺析智能安全手杖的設計

韓雨杭 劉莉

摘要：在當今人口老齡化社會中，為了有效提高老年人出行的安全，必須設計一款科學智能的手杖，協助老年人外出。在市場上，適合老年人和盲人等殘障人群出門且具備安全需求的智能手杖仍然比較缺乏。因此，為了防止老年人摔倒受傷，盲人進入飯店和公共汽車等公共場所屢屢受阻的現象再次發生，本文將從安全防范和救援兩個方面對智能手杖的設計思路和方法進行研究和探討。

關鍵詞：人口老齡化、及時救援、紅外測距、實景導航

一、研究背景

在今天的全球人口老齡化社會中，老年人面臨著許多問題，如記憶力衰減、神智失常、容易摔倒受傷等嚴重威脅到老年人的生理健康安全和心里健康，子女的負擔也在逐漸增加。此外，在目前的殘疾人中，盲人的行動一直是個問題，在盲人的道路上，沒有放置歸位的井蓋、停放的各種車輛、損壞的或者缺少的石板等問題始終威脅著盲人的移動安全和生命安全。同時在智能化的今天，幾乎一切的日用品都在走向信息化、集成化、智能化，只依托于幫助出行的普通拐杖并不能完全滿足現在以及將來的老年人和殘疾人的需求，拐杖必須向簡易化、多功能化、智能化發展。

二、主要功能

經過對老年人和盲人的心理、生理的深度測量，我們發現如需滿足他們的身心健康需求以及精神需求，可以通過云平臺移動數據終端技術與智能控制系統，在確保產品的使用性能和必要功能齊備的條件下，創作出一款可伸縮調節長度、防摔危險監測、3D實景導航指南、紅外距離檢測、LED照明、GPS定位精確化、活動圍欄設定區域化、道路條件監控實時化、手機手杖集成化、身體健康參數檢測日常化及智能分析、歷史運動跟蹤查詢、智能終端數據應用等多功能集成一體化的智能手杖。有利于減輕子女及社會和政府的負擔，為老年人和殘障人士提供生活中的便利條件，實時確保老年人和殘障人士的生命健康安全，即使發出警報以增加搶救時間，提高救治效率。

該手杖主要以實時定位和發送救援信號為主，道路狀況檢測、3D實景導航指引、紅外距離感應、語音提示為輔。如果是腿腳不便的老年人，兒女可以使用手機APP實時查看老人的具體位置和基本圣體健康狀況，老人也可以在有緊急情況的時候按下手杖上的緊急求救按鈕向與手杖綁定的手機發送信號一遍子女及時發現，如若手杖檢測到自身激素摔倒且長時間沒有被人拿起，也將會以上述方式向子女發送警報信號。

如果是殘障盲人出行時，可以一鍵啟動3D實景導航指引功能，通過實景指引與紅外距離感應，全程指引使用者如何躲避障礙、如何行進前往目標點。如果摔倒手杖也會與上述功能一樣發出警報和通知家人。

“智能安全手杖”將會通過后臺系統實時監測和采集使用者血壓、心率、血樣飽和度等人體基本參數，通過大數據整理分析，及時發現威脅危害身心健康的因素，并實時通知到與手杖綁定的app上。并且會將使用者的身體指標數據記錄并整理，形成“有價值的數據“，便可向第三方提供整理好的信息，推進了”智慧醫療“快速發展。

三、設計特點

1.方便攜帶

智能手仗基于普通手杖增加了各種嵌入式傳感器。它的尺寸和重量與一般的手杖類似，因此使用者可以像攜帶普通手杖一樣方便，沒有任何額外的負擔。2.易用性

在本設計中，所有的手杖傳感器都由單片機自動控制，無需用戶進行任何設置。你可以打開開關來使用它。求助時，可直接按求救按鈕向家人發出求救信號。外出使用導航指南時，只需按下導航按鈕，使用語音和導航通信即可安全出行。

3.功能多樣

與市場上現有的智能手杖相比，本項目的設計不僅兼顧了可伸縮調節長度、防摔危險監測、LED照明、GPS定位精確化等功能。還利用強大的監控技術實時檢測和感知路況，引導和幫助老年人或盲人出行。并通過互聯網信息技術支撐體系和數據平臺以及移動智能終端，對老年人的身體參數基本指標、活動軌跡、活動圍欄設置等進行查詢。通過后臺系統實時監測和采集使用者血壓、心率、血樣飽和度等人體基本參數和移動軌跡，再經后臺發送到與該手杖綁定的手機app上，即使同時兒女和醫護人員隨時隨地都可關注老人的實時動態。

四、設計技術

1.智能控制

智能控制部分分為五個部分：GPRS信息發射系統、信息監測系統、供電系統、信息采集處理系統、數據庫系統和移動終端APP。

2.理論概括

項目研發依據人工智能理論，大數據分析技術。

設備研制依據無線通信理論，嵌入式開發技術。

系統設計依據生物信息理論，人體工程學技術。

真正實現寄檢測于無創、集監控于無形、存信息于云端。掘規律于數據，養長壽于老年，遺大愛于人間。

3.硬件設計

該系統的采用stm32f103vet6模塊，還有ATK-NEO-6MGPS模塊、SIM900AGSM模塊、GP2Y0A02YK距離紅外檢測模塊和MPU6050陀螺儀模塊。

4. 軟件設計

（1）GPS模塊

使用串行端口讀取GPS數據，包括經緯度、移動速度等在內的數據，如果數據接收端接收到的數據過于繁雜，則會影響易用性。于是，我們對數據進行過濾，用戶生成的數據只有緯度和經度信息，以此達到我們需要的實時定位并進行照看的目的。

（2）紅外檢測模塊

本模塊化方案主要用于障礙物判斷，紅外傳感器通過發射端發出紅外信號，信號照射到障礙物并反射給接收端，接收端接收信號并傳給計算系統，通過計算紅外線發出到接收到的時間和傳播速度計算出距離。

五、市場分析

1.分析背景

20世紀80年代，我國對視力殘疾人做了調查。結果顯示，中國有1300多萬視力殘疾患者，其中約550萬為盲人，約750萬為低視力者。14歲以下兒童失明和低視力的主要疾病是先天性遺傳性眼病，常見的先天性眼病有先天性小眼球、先天性視網膜脫離、先天性夜盲和先天性白內障等。造成老年人失明或視力低下的主要原因有白內障、老年黃斑變行和青光眼。

我國每年新增盲人數約45萬人，低視力者135萬人，即約1分鐘1名盲人、3名低視力患者。我國是全球盲人數最多的國家，國家政府也對盲人倍加關注。其實，國人對殘疾盲人的不理解和相關知識的宣傳不夠等多種因素，各大城市建設的盲人道并沒有給盲人帶來幫助，反而有一些不該出現的東西擋住了盲人道。

2.市場產能

根據我國的相關數據，截至2015年底，中國60歲以上人口總數已超過兩億，其中近百分之五十是空巢老人，還有許多患心腦血管疾病和糖尿病的。治療這些疾病所需的醫療費用很高且要要不斷吃藥以及目前獨生子女數量很多，這些中老年群體將形成巨大的市場。按照現今老齡化社會的增長的趨勢，安全手杖將有很好的市場。

3.優化方向

內置可穿戴設備的功能增加了生命體征檢測。當手杖離開用戶時，不同的情況將提供不同的響應。實時采集使用者的基本健康數據，達到早期報警的目的。現缺少關鍵技術使多功能集于一體，使手杖能夠更容易攜帶且功能更多。要加強與人之間的交互關系，讓老年人更容易操作。

六、結語

中國以及世界許多國家人口老齡化嚴重，殘疾人的數量也在增加。我們需要提高老年人和殘疾人士的日常生活質量。而我們的智能安全手杖就達到了這樣的目的，為他們解決了各種各樣的出行問題。讓老年人出行更方便，讓盲人不再困難，讓子女更加安心。

現如今，研究智能手杖的人也越來越多，因此可以看出這是一個非常有前景的設計。雖然仍有許多技術瓶頸難題影響著成品的生產，但智能安全手杖的研究與發展是一種未來必要的趨向。

參考文獻：

[1]唐孟盈。高級人物多功能甘蔗的設計[J]。藝術與設計（理論），2018，2（07）：104-106。

[2]圣雪。讓智力真正成為老年人的“甘蔗”[n]。中國消費者新聞2017-10-26（003）。

[3]胡夢蒙，川紅，宋杰。墮落老年人的危險因素及預防進展[J]。護理管理期刊，2015，15（10）：714-716。

作者簡介：韓雨杭，男，山東協和學院，網絡工程19-01班學生。

劉莉，女，山東協和學院，副教授。

依托項目：2021年國家級大學生創新訓練項目《醫養結合智能安全手杖》，項目編號：202113324239。