摘要： 隨著我國經濟的發展，越來越多的人過上了幸福的小康生活，然而，我國人口老齡化趨勢愈發嚴重，局部地區甚至呈現人口負增長的趨勢。人進入衰老階段后，器官生理功能逐漸減退，機體代謝變得緩慢，免疫機能下降，應急能力日漸減弱，極易發生摔跤的事故，輕者疼痛不已，重則骨折，甚至有時會有喪命的危險。因此拐杖應運而生，拐棍能幫助老人站立，拐棍能作為助步器幫助老人行走，拐棍還能作為有視力障礙的老人的眼睛為他們的日常生活保駕護航。 因此，在當今社會，拐棍對老人的重要性不可小覷。

為保證老年人出行安全，出現意外能及時求助，通過分析遠程定位系統，根據衛星定位的快速和準確性，設計了以STM32為核心處理器與傳感器有機結合，實現單片機的實時控制及數據處理功能使老人的安全得到保障。

老年人的生理機能隨著年齡的增長開始衰退。如果老年人的出行安全得不到保障，會為家人和社會帶來負擔。

隨著科技的高速發展，老年人的生活用品已越來越豐富。現今，國內外已有很多專門適用于老年人的產品，如：急救藥袋、定時提醒藥盒等。但這些產品大都缺少一些如今老年人急需的功能，使得老年人在無法進行自救時不能得到快速有效的幫助與治療。針對現有老年產品的不足和缺點，依據定位技術、無線傳輸技術、傳感器技術、計算機通訊以及單片機科技，設計了一種新型智能拐杖，該設計實時監控老人的體溫及心律，還具有照明功能方便在暗光條件下使用，同時，在發生意外情況時可以準確定位老人的位置，通過拐杖一鍵救助功能及時得到救助。

看到拐杖，或者你馬上會想到那是老人用的東西；或者你也會想起別具魅力的丘吉爾和幽默大師卓別林深入人心的形象；或者還有其它各種各樣的聯想。不過無論怎樣，當我們追溯拐杖悠久的歷史和文化內涵時，都不得不承認手杖---這一看似“另類”的東西早已融入我們的生活了。

今天，拐杖的種類和制作取材形形色色，其中以竹、木制為最多。中國人喜歡用竹杖，它輕巧而富于彈性。其他拐杖有藤、紫檀、紅木、黃楊、降龍木、牛角、牙、骨、金屬等。據說，陰沉木手杖最為珍稀，陰沉木是木材因地殼變動而埋于土中，一般多為杉木“陰沉”而成，做成的拐杖質堅耐用，但存世寥寥，不易找尋。從功能上也有了細分。精美的材料，巧奪天工的雕刻，卓越工藝的制造，越來越人性化和藝術化的設計更讓手杖在凝聚功能性當中糅合著極具創造性的心思，似乎也不難理解能與歲月同輝，與時代同步怎能不愈被推崇的原因所在。

但目前市場上存在拐杖主要以一般木質、塑料以及不銹鋼為主，由于藤、紫檀、紅木、黃楊、降龍木、牛角、牙、骨等制作的拐杖造價成本較高，普通老年人消費不起，因此，大多數老年人主要以普通木質、塑料以及不銹鋼為主。根據老年人出行需求以及安全，針對拐杖的多功能化和人性化，我小組在原有拐杖的基礎上，結合國內外研究成果，設計了一款集功能于一身的新型多功能拐杖，使老年人生活更加便利。

智能拐杖

              1）當老人手握拐杖時，可實時監測老人的溫度與心律，并可通過無線方式傳送給家人或者醫療機構；

              2）可檢測到老人的地理為止，并將信息發送給家人，防止由于年老智力退化而引起的迷路等一系列問題；

              3）具有手電筒照明功能，方便于在光線較暗的條件下使用；

              4) 它可以自由伸縮，以適應不同身高的使用者。

本作品綜合運用了電子技術、機械技術、傳感器技術、物聯網技術等，設計了一款物聯網技術的智能拐杖。智能拐杖功能，能滿足老年人部分需要比如：聽音樂、廣播、照明、障礙物提示、緊急求救、高低可調，以及實現心率、體溫的測量。

無論是作為子女還是設計人員，我們首先考慮的是安全問題，因此加上安全的警報系統是十分必要的。這樣，老年人如果身體不適或者遭遇困難時，可以及時將信息反饋給子女或者附近愛心服務站來幫助老人；其次，針對老年人智力退化問題而導致經常性的迷路或者忘記回家的路，如果在拐杖上裝上精確的GPS定位裝置和智能提示無疑為老人又多了一層保險。

近兩年市場調研結果顯示:我國老年用品市場存在著這樣的狀況：

一、經營老年產品的企業數量仍然很少，老年人市場供應疲軟；

二、產品個性化發展仍需大力開拓；

三、價格方面定位不合理；

四、產品宣傳力度仍需加強；

五、品種單一，款式單調又不夠新穎，新產品有待開發；

六、老年人用品柜少，太分散；

雖然我國擁有最大的老年人市場，但與發達國家相比，老年產業處于起步階段，老年人專用產品和服務開發不夠。中國老年人用品行業目前只有保健品在服務，市場單一，無差異性。老年產品在開發和引進技術方面無人過問，多為政府以福利形式包辦。

對市場分析現狀表明，智能拐杖的開發將會豐富老年用品行業市場，滿足老年人需求。

本作品在國內尚沒有投放市場，僅在外有類似的產品，但是功能不齊全，價格過高，沒有大規模推廣，競爭力不強，市場集中度很低；本作品新穎輕巧，功能齊全，個性化設計，具有很大的產品差別度；持久性方面，隨著我國老年人口地持續增長，產品需求量也將逐漸增加，具有較強的持久性。總的來說，智能手杖的市場進入障礙小，競爭力強，進入市場后，能夠迅速擴大規模和市場容量，實現規模經濟。

本作品屬于電子設備高端產品，技術新穎，市場針對性強，制造簡單，一物多能，具有傳統單一功能產品無法比擬的優勢。

就中國而言，老年人群體已是不可忽視的大群體，面對日益嚴重的老齡化問題，老年人存在的問題也不可忽視。要解決嚴峻的人口老齡化問題，首先要了解老年人有哪些需求，老年人購買商品講究實用，要求提供良好的服務，在所有需求中老年人對生理和安全健康需求居于首位。本產品設計有脈搏心率傳感器很好的解決的安全健康方面的隱患，同時裝有GPS定位系統以解決因種種原因在迷路、走失時，給使用者和監護人等提供有效幫助，幫助監護人迅速找到使用者，避免進一步的意外發生。隨著社會的發展和生活水平的提高，關心和改善老年人、殘疾人和智障人士的生活質量是大勢所趨，該項目有廣闊的應用前景，具有很好的經濟意義和社會意義。

智能拐杖的基本工作原理是：利用GPS的衛星定位功能，隨時確定使用者的位置，將當前的經緯度信息和預先存儲在拐杖里的路徑信息進行比較，如果超出預定范圍則給出提示信息，幫助使用者回到預定范圍；如果超出一定范圍，向監護人發送GSM短信息報警、求助，信息內容包括當前的定位信息、時間等；監護人可以隨時向智能拐杖發短信查詢當前位置；監護人可以通過GPRS與智能拐杖建立網絡連接，在地圖上顯示實時位置和行走軌跡，監控使用者的活動范圍，幫助監護人盡快找到使用者。在光線較暗條件下，智能拐杖本身的手電筒就會照明，方便老人出行，還可以自由伸縮，以適應不同身高的使用者。

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2017-1-14 02:06 上傳

圖3.1.1系統組成

智能拐杖控制系統由STM32單片機、傳感器、GPS定位模塊、GSM模塊等組成，其中以STM32為核心實現控制，從而確保老人安全。

當脈搏傳感器被觸發時，將信號傳遞給單片機，單片機發出報警信號，并通過GSM模塊給手機用戶發出警示信息。除此之外，老人獨自出行，若離開設定的區域也會給手機用戶發送信息，遇到各種問題也可以通過求助按鍵給監護人發送信息，以足夠保證老年人人身財產安全。

1)單片機

單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。

單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等。

硬件特性

1、主流單片機包括CPU、4KB容量的RAM、128 KB容量的ROM、 2個16位定時/計數器、4個8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP；

2、系統結構簡單，使用方便，實現模塊化；

3、單片機可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小時無故障；

4、處理功能強，速度快；

5、低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品；

6、控制功能強；

7、環境適應能力強。

主要寄存器

A．累加器A

累加器A是微處理器中使用最頻繁的寄存器。在算術和邏輯運算時它有雙功能：運算前，用于保存一個操作數；運算后，用于保存所得的和、差或邏輯運算結果。

B．數據寄存器DR

數據寄存器通過數據總線向存儲器和輸入/輸出設備送（寫）或取（讀）數據的暫存單元。它可以保存一條正在譯碼的指令，也可以保存正在送往存儲器中存儲的一個數據字節等等。

C．指令寄存器IR和指令譯碼器ID

指令包括操作碼和操作數。

指令寄存器是用來保存當前正在執行的一條指令。當執行一條指令時，先把它從內存中取到數據寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。當系統執行給定的指令時，必須對操作碼進行譯碼，以確定所要求的操作，指令譯碼器就是負責這項工作的。其中，指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。

D．程序計數器PC

PC用于確定下一條指令的地址，以保證程序能夠連續地執行下去，因此通常又被稱為指令地址計數器。在程序開始執行前必須將程序的第一條指令的內存單元地址（即程序的首地址）送入PC，使它總是指向下一條要執行指令的地址。

E．地址寄存器AR

地址寄存器用于保存當前CPU所要訪問的內存單元或I/O設備的地址。由于內存與CPU之間存在著速度上的差異，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內存讀/寫操作完成為止。

顯然，當CPU向存儲器存數據、CPU從內存取數據和CPU從內存讀出指令時，都要用到地址寄存器和數據寄存器。同樣，如果把外圍設備的地址作為內存地址單元來看的話，那么當CPU和外圍設備交換信息時，也需要用到地址寄存器和數據寄存器。

2）脈搏傳感器

脈搏傳感器,主要應用在醫療設備下,用來檢測類似心率的,一般常見的類型主要是以光電為主,有分立式和一體式兩種,發射部份有采用可見光和紅外的

壓阻式脈搏傳感器可由電壓或電流驅動產生正比于輸入壓力的毫伏等級的電壓輸出信號，具有優異的可重復性和時間穩定性。體積小巧，非常適合于脈率檢測、無創心血管功能檢測、妊高征檢測、中醫脈象診斷等領域的集成應用。

傳統的脈搏測量方法主要有3種：一是從心電信號中提取；二是從測量血壓時壓力傳感器測到的波動來計算脈率；三是光電容積法。前兩種方法提取信號都會限制病人的活動，如果長時間使用會增加病人生理和心理上的不舒適感。

光電容積法的基本原理是利用人體組織在血管搏動時造成透光率不同來進行脈搏測量的。其使用的傳感器是由光源和光電變換器兩部分組成，通過綁帶或夾子固定在病人手指上或耳垂上。光源一般采用對動脈血管中氧和血紅蛋白有選擇性的一定波長（500nm-700nm）的發光二極管。當光束透過人體外周血管，由于動脈搏動充血容積變化導致這束光的透光率發生改變，此時由光電變換器接收經人體組織反射的光線，轉變為電信號并將其放大和輸出。由于脈搏是隨心臟搏動而周期性變化的信號，動脈血管容積也周期性變化，因此光電變換器的電信號變換周期就是脈搏率。

3）GSM模塊

GSM模塊具有發送SMS短信，語音通話，GPRS數據傳輸等基于GSM網絡進行通信的所有基本功能。GSM模塊根據提供的數據傳輸速率又可以分為GPRS模塊、EDGE模塊、3G模塊和純短信模塊。短信模塊只支持短信服務。GPRS，可說是GSM的延續。它經常被描述成“2.5G”，也就是說這項技術位于第二代（2G）和第三代（3G）移動通訊技術之間。GPRS的傳輸速率從56K到114Kbps不等，理論速度最高達171k，實際測試的下傳速度在25K左右。相對于GSM的9.6kbps的訪問速度而言，GPRS擁有更快的訪問數據通信速度，GPRS技術還具有在任何時間、任何地點都能實現連接，永遠在線、按流量計費等特點。EDGE技術進一步提升了數據傳輸的速率到270K，被稱為"2.75G"，數據傳輸速率更2倍于GPRS。目前，國內的GSM網絡普遍具有GPRS通訊功能，移動和聯通的網絡都支持GPRS，EDGE也已經在全國范圍覆蓋。

GPRS模塊，是具有GPRS數據傳輸功能的GSM模塊。GPRS模塊就是一個精簡版的手機，集成GSM通信的主要功能于一塊電路板上，具有發送短消息、通話、數據傳輸等功能。GPRS模塊相當于手機的核心部分，如果增加鍵盤和屏幕就是一個完整的手機。普通電腦或者單片機可以通過RS232串口與GPRS模塊相連，通過AT指令控制GPRS模塊實現各種基于GSM的通信功能。

GPRS模塊區別于傳統的純短信模塊，兩者都是GSM模塊，但是短信模塊只能收發短信和語音通訊，而GPRS模塊還具有GPRS數據傳輸功能。

4)GPS模塊

利用GPS定位衛星，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統，稱為全球衛星定位系統，簡稱GPS。GPS是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛星導航系統，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導航信息，是衛星通信技術在導航領域的應用典范，它極大地提高了地球社會的信息化水平，有力地推動了數字經濟的發展。

它由空間部分、地面控制體統和用戶設備部分三部分組成GPS導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛星的位置可以根據星載時鐘所記錄的時間在衛星星歷中查出。而用戶到衛星的距離則通過記錄衛星信號傳播到用戶所經歷的時間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛星之間的真實距離，而是偽距（PR，）：當GPS衛星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼（簡稱偽碼）發射導航電文。GPS系統使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz，重復周期一毫秒，碼間距1微秒，相當于300m；P碼頻率10.23MHz，重復周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當于30m。而Y碼是在P碼的基礎上形成的，保密性能更佳。導航電文包括衛星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛星信號中解調制出來，以50b/s調制在載頻上發射的。導航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼；每三十秒重復一次，每小時更新一次。后兩幀共15000b。導航電文中的內容主要有遙測碼、轉換碼、第1、2、3數據塊，其中最重要的則為星歷數據。當用戶接受到導航電文時，提取出衛星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛星星歷數據推算出衛星發射電文時所處位置，用戶在WGS-84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。

5）手電筒

LED手電筒：采用超亮的9個5mmLED白燈亮度為13000-15000mcd,使用壽命在1-3萬個小時.老人晚上相當于多了一個照明的手電筒，再也不用擔心晚上老人看不清路而導致一些不必要的麻煩。

系統軟件包括主程序、采集信息程序、提醒控制程序等，脈搏心率傳感器作采集心率脈搏的檢測工作，GPS定位作采集老年人活動區域的規范檢測工作，手電筒為老人提供照明服務，一鍵求助按鍵為老人的安全又加了一層保障。數據的傳輸選用GSM模塊。

1.25DMips/MHz,而ARM7TDMI只有0.95DMips/MHz；

1μs的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHz的I/O翻轉速度；

低功耗，在72MHz時消耗36mA(所有外設處于工作狀態)，待機時下降到2μA

最大的集成度；

復位電路、低電壓檢測、調壓器、精確的RC振蕩器等；

2V-3.6V供電；

容忍5V的I/O管腳；

優異的安全時鐘模式；

帶喚醒功能的低功耗模式；

內部RC振蕩器；

內嵌復位電路；

工作溫度范圍：-40°C至+85°C或105°C；

36MHz CPU　多達16K字節SRAM 1x12位ADC溫度傳感器；

內核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。單周期乘法和硬件除法。

存儲器：片上集成32-512KB的Flash存儲器。6-64KB的SRAM存儲器。

時鐘、復位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅動電壓。POR、PDR和可編程的電壓探測器（PVD）。4-16MHz的晶振。內嵌出廠前調校的8MHz RC振蕩電路。內部40 kHz的RC振蕩電路。用于CPU時鐘的PLL。帶校準用于RTC的32kHz的晶振。

低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機模式。為RTC和備份寄存器供電的VBAT。

調試模式：串行調試（SWD）和JTAG接口。

DMA：12通道DMA控制器。支持的外設：定時器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。

3個12位的us級的A/D轉換器（16通道）：A/D測量范圍：0-3.6 V。雙采樣和保持能力。片上集成一個溫度傳感器。

2通道12位D/A轉換器：  STM32F103xC,STM32F103xD,     STM32F103xE獨有。

最多高達112個的快速I/O端口：根據型號的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16個外部中斷向量。除了模擬輸入，所有的都可以接受5V以內的輸入。

最多多達11個定時器：4個16位定時器，每個定時器有4個IC/OC/PWM或者脈沖計數器。2個16位的6通道高級控制定時器：最多6個通道可用于PWM輸出。2個看門狗定時器（獨立看門狗和窗口看門狗）。Systick定時器：24位倒計數器。2個16位基本定時器用于驅動DAC。

最多多達13個通信接口：2個IIC接口（SMBus/PMBus）。5個USART接口（ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，調試控制）。3個SPI接口（18 Mbit/s），兩個和IIS復用。CAN接口（2.0B）。USB 2.0全速接口。SDIO接口。

ECOPACK封裝：STM32F103xx系列微控制器采用ECOPACK封裝形式。

1、集成嵌入式Flash和SRAM存儲器的ARM Cortex-M3內核。和8/16位設備相比，ARM Cortex-M3 32位RISC處理器提供了更高的代碼效率。STM32F103xx微控制器帶有一個嵌入式的ARM核，所以可以兼容所有的ARM工具和軟件。

2、嵌入式Flash存儲器和RAM存儲器：內置多達512KB的嵌入式Flash，可用于存儲程序和數據。多達64KB的嵌入式SRAM可以以CPU的時鐘速度進行讀寫（不待等待狀態）。

3、可變靜態存儲器（FSMC）：FSMC嵌入在STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE中，帶有4個片選，支持四種模式：Flash,RAM,PSRAM,NOR和NAND。3個FSMC中斷線經過OR后連接到NVIC。沒有讀/寫FIFO，除PCCARD之外，代碼都是從外部存儲器執行，不支持Boot，目標頻率等于SYSCLK/2，所以當系統時鐘是72MHz時，外部訪問按照36MHz進行。

4、嵌套矢量中斷控制器（NVIC）：可以處理43個可屏蔽中斷通道（不包括Cortex-M3的16根中斷線），提供16個中斷優先級。緊密耦合的NVIC實現了更低的中斷處理延遲，直接向內核傳遞中斷入口向量表地址，緊密耦合的NVIC內核接口，允許中斷提前處理，對后到的更高優先級的中斷進行處理，支持尾鏈，自動保存處理器狀態，中斷入口在中斷退出時自動恢復，不需要指令干預。

5、外部中斷/事件控制器（EXTI）：外部中斷/事件控制器由用于19條產生中斷/事件請求的邊沿探測器線組成。每條線可以被單獨配置用于選擇觸發事件（上升沿，下降沿，或者兩者都可以），也可以被單獨屏蔽。有一個掛起寄存器來維護中斷請求的狀態。當外部線上出現長度超過內部APB2時鐘周期的脈沖時，EXTI能夠探測到。多達112個GPIO連接到16個外部中斷線。

6、時鐘和啟動：在啟動的時候還是要進行系統時鐘選擇，但復位的時候內部8MHz的晶振被選用作CPU時鐘。可以選擇一個外部的4-16MHz的時鐘，并且會被監視來判定是否成功。在這期間，控制器被禁止并且軟件中斷管理也隨后被禁止。同時，如果有需要（例如碰到一個間接使用的晶振失敗），PLL時鐘的中斷管理完全可用。多個預比較器可以用于配置AHB頻率，包括高速APB(PB2)和低速APB（APB1），高速APB最高的頻率為72MHz，低速APB最高的頻率為36MHz。

7、Boot模式：在啟動的時候，Boot引腳被用來在3種Boot選項種選擇一種：從用戶Flash導入，從系統存儲器導入，從SRAM導入。Boot導入程序位于系統存儲器，用于通過USART1重新對Flash存儲器編程。

8、電源供電方案：VDD ，電壓范圍為2.0V-3.6V，外部電源通過VDD引腳提供，用于I/O和內部調壓器。VSSA和VDDA，電壓范圍為2.0-3.6V，外部模擬電壓輸入，用于ADC，復位模塊，RC和PLL，在VDD范圍之內（ADC被限制在2.4V），VSSA和VDDA必須相應連接到VSS和VDD。VBAT，電壓范圍為1.8-3.6V，當VDD無效時為RTC，外部32KHz晶振和備份寄存器供電（通過電源切換實現）。

9、電源管理：設備有一個完整的上電復位（POR）和掉電復位（PDR）電路。這條電路一直有效，用于確保從2V啟動或者掉到2V的時候進行一些必要的操作。當VDD低于一個特定的下限VPOR/PDR時，不需要外部復位電路，設備也可以保持在復位模式。設備特有一個嵌入的可編程電壓探測器（PVD），PVD用于檢測VDD，并且和VPVD限值比較，當VDD低于VPVD或者VDD大于VPVD時會產生一個中斷。中斷服務程序可以產生一個警告信息或者將MCU置為一個安全狀態。PVD由軟件使能。

10、電壓調節：調壓器有3種運行模式：主（MR），低功耗（LPR）和掉電。MR用在傳統意義上的調節模式（運行模式），LPR用在停止模式，掉電用在待機模式：調壓器輸出為高阻，核心電路掉電，包括零消耗（寄存器和SRAM的內容不會丟失）。

11、低功耗模式：STM32F103xx支持3種低功耗模式，從而在低功耗，短啟動時間和可用喚醒源之間達到一個最好的平衡點。休眠模式：只有CPU停止工作，所有外設繼續運行，在中斷/事件發生時喚醒CPU；停止模式：允許以最小的功耗來保持SRAM和寄存器的內容。1.8V區域的時鐘都停止，PLL，HSI和HSE RC振蕩器被禁能，調壓器也被置為正常或者低功耗模式。設備可以通過外部中斷線從停止模式喚醒。外部中斷源可以使16個外部中斷線之一，PVD輸出或者TRC警告。待機模式：追求最少的功耗，內部調壓器被關閉，這樣1.8V區域斷電。PLL,HSI和HSE RC振蕩器也被關閉。在進入待機模式之后，除了備份寄存器和待機電路，SRAM和寄存器的內容也會丟失。當外部復位（NRST引腳），IWDG復位，WKUP引腳出現上升沿或者TRC警告發生時，設備退出待機模式。進入停止模式或者待機模式時，TRC,IWDG和相關的時鐘源不會停止。

1）脈搏心率傳感器

PulseSensor是一款用于脈搏心率測量的光電反射式模擬傳感器              。將其佩戴于手指、耳垂等處，通過導線連接可將采集到的模擬信號輸出給Arduino等單片機用來轉換為數字信號，再通過arduino單片機簡單計算后得到心率數值，此外還可將脈搏波形上傳到電腦上顯示波形。PuleseSensor是一款開源硬件，目前，國外官網上已有其對應的arduino程序和上位機Processing程序，適合二次開發

本傳感器采用峰值波長為515nm的綠光led燈，型號為AM2520，而光接收器采用了APDS-9008，這是一款環境光感受器，感受峰值波長為565nm，兩者的峰值波長相近，靈敏度較高。此外，由于脈搏信號的頻帶一般在0.05-200hz之間，信號幅度均很小，一般在毫伏級水平，容易受到各種信號干擾。在傳感器后面使用了低通濾波器和運放構成運算放大器，將信號放大了331倍，同時采用分壓電阻設置直流偏置電壓為電源電壓的1/2              ，使放大后的信號可以很好的被單片機采集到。

參數說明：

電路板直徑：16mm

電路板厚度：1.2mm

Led峰值波長：515mm

供電電壓：3.3V或5V均可

輸出信號類型：模擬信號

輸出信號大小：0-3.3V或0-5V

電流大小：~4ma（5V下）

目前基于PulseSensor傳感器搭建心率脈搏測量系統主要有兩種方法：

一、有線傳輸方式

傳感器    →     下位機     →      上位機

二、無線傳輸方式如圖4.2.1

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圖4.2.1無線傳輸方式

整個脈搏與心率傳感器的的結構如圖4.2.2

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圖4.2.2脈搏與心率傳感器結構

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如圖4.2.3，紅框中有3 根線，標有s的為模擬信號輸出線（最左邊）；標有+的為電源輸入線（中間）；標有-的為底線（最右邊）總結:            

S→脈搏信號輸出（接單片機AD接口）；

+→5v（或3.3v）電源輸入；

-→GND地。

使用時注意事項

1．使用電池供電，可以使用5號電池或者直接使用移動電源供電（內部也是電池）。如果使用筆記本供電，那么就斷開交流輸入，僅靠筆記本電腦的電池供電，這樣可以避開干擾竄入系統。

2．有條件可以使用可調直流穩壓電源，使電源輸出純凈度得到保證。

3．盡量將系統設計的簡單可靠，不要使用大而全的單片機開發系統，防止由于其他器件開閉的瞬間引起電流的變化，導致產生強的干擾進入傳感器電源。

SIM900A是緊湊型、高可靠性的無線模塊，采用SMT封裝的雙頻GSM/GPRS模塊解決方案，采用功能強大的處理器ARM9216EJ-S內核，能滿足低成本、緊湊尺寸的開發要求。

· 雙頻GSM/GPRS 900/ 1800 MHz

· GPRS (class 10/8)標準

· GPRS（class B）

· 滿足GSM（2/2+）標準
                  –Class 4（2W@850/900MHz）
                  –Class 1 (1W@1800/1900MHz)

· 尺寸：24 mmx24 mmx3mm

· 重量：3.4g

· 通過AT命令控制（GSM07.07，07.05和增強AT命令）

· SIM應用工具包

· 支持電壓范圍3.4V...4.5V

· 休眠狀態功耗1.5mA

·支持用戶定制的MMI和鍵盤/LCD，SPI/I2C/GPIO/PWM/ADC接口，支持RTC (Real-Time Clock )

·全功能UART接口，天線連接器和天線焊盤

· 內嵌強大的TCP/IP協議棧，支持多IP連接

· 低功耗正常操作溫度：-30°C to +80°C

照明模塊設計了以光敏電阻為主的電路，能夠根據光線情況控制電路的開關，可以讓老人在天氣不好的情況下（比如大霧，夜晚）方便行走，避免在此類條件下有不必要的麻煩，老人也不用為了出行忘帶手電筒而煩惱。

表4.5.1WF-NEO-6M模塊產品特性

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圖4.5.3引腳分布

表4.5.2WF-NEO-6M GPS模塊引腳說明

原理說明：  打開電源開關后，單片機上電單片機啟動后以掃描方式開始工作。GPS定位系統，脈搏心率傳感器、光敏電阻等將檢測到的信號傳入單片機中，單片機根據這些消息內容控制GSM模塊、手電筒、報警器。當老人手握拐杖，各個模塊開始工作，GPS模塊開始實時監控，當發現老年人所在地超出了已知的區域，單片機馬上將信息反饋給GSM模塊以短信方式通知手機用戶；當單片機檢測到求助按鈕被按下，GSM模塊與手機用戶建立連接以便為老人及時提供幫助；當單片機檢測到脈搏心率失常時，立馬發出警報引起人注意，并與手機用戶建立連接為老人及時提供救助，如此反復循環，單片機進入下一個循環周期，繼續處理各模塊采集到的信號。

按電路圖檢查控制和控制面板上的元件是否安全，觀察各類元件上廠標或索引號、工作電壓性質和數值等標志是否符合電路要求。觀察各類元件觸電以及接線端并用萬用表檢查元件常開、常閉觸點及接觸器線圈是否完好。

1）導線絕緣必須良好，并應具有抗腐蝕能力；

2）導線的截面積 在能承受最大電流的同時，還應考慮到線路中允許的壓降，導線機械強度以及熔芯的配合。

所有導線從一個端子到一個端子的走線必須是連續的，中間不得有接頭；對明露導線必須做到平整合理布線。由于明露導線在布線時需固定、綁扎，工作量大且維修不便，目前采用較多的是有齒槽板布線。

所有導線必須牢固、不得松動。導線端子連接頭處原則上只能接一條至多兩條導線。有些端子不適合連軟導線，可在導線端頭上采用針形或等冷壓接頭。導線的線路標志必須與原理圖相一致。

1）各個元器件標志、代號是否與原理圖相一致，是否齊全；

2）各個安全保護措施是否可靠；

3）控制電路是否滿足原理圖所需的各個功能；

4）各個電氣元件安裝是否正確和牢靠；

5）各個接線端子是否連接牢固；

6）布線是否符合要求、齊整；

7）保護電路導線是否連接正確、牢固可靠；

8）電氣絕緣電阻是否符合要求；

通電前應檢查所接電源是否符合要求。通電后應驗證電氣設備的各個部分運行是否正常和操作順序是否正常。然后在正常負載下連續運行，同時要驗證全部器件的溫度不得超過規定的允許溫升。

通過程序設置將不同功能的模塊分開測試，修改程序，使得程序運行功能符合要求。

通過整體程序的測試，使得程序運行功能符合要求。

              任何一件產品，都要面對各種各樣的考驗。必須要能經得起市場的考驗，企業才能夠生存下去。而我們公司立足于市場的大環境中，所要面臨的主要風險有：

A、技術風險

介于國內上千家的嵌入式開發公司的競爭之中,技術將不再是主要的商業壁壘，當我們的產品投放市場后，如果反響好，很快類似的產品便會出現。再者，如果在極其惡劣的環境下，我們的產品性能的穩定性可能就會降低。

B、市場風險

市場處于日新月異的變化當中，其中有黑馬異軍突起，也有百年企業轟然倒塌。其競爭激烈可見一般，在市場經營中一步不慎便可能全盤皆輸。  

C、環境風險

市場的需求決定公司的生存能力。但是市場中充滿了各種變數，社會大環境，地區小環境都可能使優勢企業變成劣勢企業。針對此種情況，我們會努力使整個企業管理層，決策層的嗅覺更加敏銳，對環境的變化能夠提前預知。使企業順勢而為，順風而行。

智能拐杖是未來受眾老年群體的必然趨勢，中國老齡化日益加重老年人所蘊含的巨大需求，以及目前市場上同類產品的不成熟，這些都給我們的發展帶來了巨大的機遇，因此我們有信心相信我們的產品，從而得到長遠的發展。我們堅信，我們的智能拐杖能為老年人提供方便，贏得客戶的信賴，從而能讓人們的生活更加安全和舒適。

本文在介紹各個傳感器的運用，無線通信概念與應用的基礎上，研究和探討了將傳感器和無線通信應用到老年人保健領域的背景和可行性，介紹了各個傳感器應用實例的硬件設計及代碼的編制，并對各個模塊功能進行了實驗調試，從而實現了交通信息提示的功能，得到較好的效果。

智能拐杖作為老年人系列產品的一員，旨在提高老年人消費品行業的多樣化，隨著智能化技術的普及與應用，在未來，將會出現越來越多的智能型產品，可以預見，智能型產品將會帶領人類家居市場進入一個更便利的時代。

本設計還存在以下不足：

1）通過對硬件和軟件的優化進一步降低整個產品的功耗；

2）產品拓展性有待增強，以提高其實用性和便攜性；

3）對于用戶的操作體驗還有所欠缺考慮。在以后，應從產品的外觀、質量、包裝上作出改進，以提高用戶體驗。

              以上有望在以后的學習工作中完成、實現。

根據以上設計，制作了智能拐杖樣機。通過對樣機的測試，主要實現了如下功能：

1)衛星定位功能，監護人可隨時確定使用者的具體位置；

2)偏離提示和求助功能，在使用者偏離預定路線時給予主動提示，必要時呼叫監護人，發出求助信息；

3)拐杖呼救功能，在使用者摔倒或者其他突發時間，可以主動向監護人發送求救信息；

4)監護人可以通過監控使用者的活動軌跡，實現連續實時定位；

5）照明功能，為了方便老人在光線較暗的條件下出行。

本項目推廣應用后，可以解決老年人、殘疾人和智障人士因種種原因在迷路、走失時，給使用者和監護人等提供有效幫助，幫助監護人迅速找到使用者，避免進一步的意外發生。隨著社會的發展和生活水平的提高，關心和改善老年人、殘疾人和智障人士的生活質量是大勢所趨，該項目有廣闊的應用前景，具有很好的經濟意義和社會意義。相信在不就的將來，老年智能手杖將稱為老年用品市場的一道靚麗的風景線，成為老年人用戶不可或缺的貼心伴侶。

圖10.1 整體外觀

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圖10.2手電筒照明系統

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圖10.3核心電路板

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圖10.4 GPRS  SIM900

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圖10.5 GPS定位系統

/**
  * @brief  nmea_decode_test 解碼GPS模塊信息
  * @param  無
  * @retval 無
  */
nmeaINFO info;          //GPS解碼后得到的信息
nmeaPARSER parser;      //解碼時使用的數據結構  
int8_t new_parse=0;    //是否有新的解碼數據標志
nmeaTIME beiJingTime;    //北京時間  
float tp,tb;
void nmea_init(void)
{
   nmea_property()->trace_func = &trace;
    nmea_property()->error_func = &error;
    /* 初始化GPS數據結構 */
    nmea_zero_INFO(&info);
    nmea_parser_init(&parser);
}
void nmea_decode_test(void)
{
    /* 設置用于輸出調試信息的函數 */
//while(1){

      if(GPS_HalfTransferEnd)     /* 接收到GPS_RBUFF_SIZE一半的數據 */
      {
        /* 進行nmea格式解碼 */
       nmea_parse(&parser, (const char*)&gps_rbuff[0], HALF_GPS_RBUFF_SIZE, &info);
       GPS_HalfTransferEnd = 0;   //清空標志位
       new_parse = 1;             //設置解碼消息標志
      }
      else if(GPS_TransferEnd)    /* 接收到另一半數據 */
      {
        nmea_parse(&parser, (const char*)&gps_rbuff[HALF_GPS_RBUFF_SIZE], HALF_GPS_RBUFF_SIZE, &info);  
        GPS_TransferEnd = 0;
        new_parse =1;
      }
      if(new_parse )    //有新的解碼消息   
      {   
        /* 對解碼后的時間進行轉換，轉換成北京時間 */
        GMTconvert(&info.utc,&beiJingTime,8,1);
        tp=info.lon+36.962;tb=info.lat+6.637;
        /* 輸出解碼得到的信息 */
         printf("時間%d,%d,%d,%d,%d,%d", beiJingTime.year+1900, beiJingTime.mon+1,beiJingTime.day,beiJingTime.hour,beiJingTime.min,beiJingTime.sec);
     printf("緯度：%f,經度%f",info.lat,info.lon);
     printf("正在使用的衛星：%d,可見衛星：%d",info.satinfo.inuse,info.satinfo.inview);
     printf("海拔高度：%f 米 ", info.elv);
     printf("速度：%f km/h ", info.speed);
     printf("航向：%f 度", info.direction);
            new_parse = 0;
      }