杜皓宇　滕道祥　丁鋼　羅雪峰　王帥　姜鈺煒

【摘 要】如今，我國進(jìn)入了人口的老齡化時(shí)代，眾所周知老年人的自我護(hù)理能力差，極大可能的發(fā)生意外。然而社會(huì)養(yǎng)老機(jī)構(gòu)數(shù)量有限，為解決這一問題，設(shè)計(jì)了一套基于老年人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的多功能拐杖。一般老年人的腿腳不便，需要拐杖輔助自己行走，而拐杖帶有了健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以提醒老人按時(shí)吃藥，測(cè)量老人的體溫、心率等身體狀況，并將老人的身體狀況通過GSM模塊告知老人的親屬。當(dāng)老人出現(xiàn)體征異常等危機(jī)，系統(tǒng)自動(dòng)告知老人的親屬，老人也可以按下呼救按鈕進(jìn)行求救。

拐杖的老人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是由STC系列MCU、GSM模塊、心率傳感器、體溫模塊、時(shí)鐘模塊、LCD液晶屏組成。本設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的老人拐杖單一的功能，既可以幫助老人行走，又保障空巢老人的安全，所以本設(shè)計(jì)將會(huì)擁有巨大的推廣前景。

【關(guān)鍵詞】健康監(jiān)測(cè)；空巢老人；多功能拐杖

中圖分類號(hào)： TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）12-0233-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.109

A multi-function walking stick based on the elderly monitoring system

DU Hao-yu TENG Dao-xiang DING Gang LUO Xue-feng WANG Shuai JIANG Yu-wei

（School of Mathematics and Physical Sciences，Xuzhou Institute of Engineering，Xuzhou Jiangsu 221000，China）

【Abstract】nowadays， China has entered an aging population age， and it is well known that the elderly have poor self-care ability and are likely to have accidents. However， the number of social pension institutions is limited. To solve this problem， a set of multi-function walking sticks based on the monitoring system for the aged is designed. Usually old people walking， aided his crutches to walk， and stick with the health monitoring system can remind the old man to take medicine on time， the old man's body temperature， heart rate measurement such as health， and the old man's physical condition via the GSM module to the old man's relatives. When a crisis occurs， such as abnormal physical signs， the system automatically informs the relatives of the elderly， and the elderly can press the call button for help.

The elderly monitoring system of crutches is mainly composed of STC series MCU， GSM module， heart rate sensor， temperature module，clock module and LCD screen.This design makes up for the single function of traditional old people's walking stick，which can not only help the old people to walk， but also guarantee the safety of empty nesters. Therefore，this design will have a huge promotion prospect.

【Key words】Health monitoring；Empty nesters；Multi-purpose walking stick

0 研究背景

隨著社會(huì)的發(fā)展，中國人口老齡化的趨勢(shì)越來越明顯。中青年夫妻的工作壓力比較大，難以承擔(dān)撫養(yǎng)多個(gè)老人的責(zé)任，因此，中國的空巢老人數(shù)量越來越多，但因?yàn)橹袊膰?，無法增加足夠的社會(huì)養(yǎng)老機(jī)構(gòu)來解決這一問題。另外，人口老齡化，老年人是心臟病等慢性疾病的高發(fā)人群，年輕人工作壓力大，沒有時(shí)間陪伴在父母身邊等是該系統(tǒng)的主要出發(fā)點(diǎn)。此拐杖的設(shè)計(jì)既方便了老人的短途外出，又能該實(shí)時(shí)監(jiān)控老人的身體狀況，并在發(fā)生意外時(shí)，提醒長者及子女來減輕或避免老人受傷。老人健康監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)可以提醒老人按時(shí)吃藥，測(cè)量老人的體溫，、心率等身體狀況，并將老人的身體狀況通過GSM模塊告知老人的親屬。當(dāng)老人出現(xiàn)體征異常等危機(jī)，系統(tǒng)自動(dòng)告知老人的親屬，老人也可以按下呼救按鈕進(jìn)行求救。這樣既解決了空巢老人的安全問題，又能減輕青年夫妻的壓力，為社會(huì)的和諧發(fā)展作出一定的貢獻(xiàn)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、體溫傳感器、心率傳感器、語音模塊、GSM模塊組成。主要以STC12C5A60S2單片機(jī)為中心的，使用DS1302模塊來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的具體和精確顯示，通過單片機(jī)控制語音模塊來提醒老人準(zhǔn)時(shí)吃藥。通過體溫傳感器、心率傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)老人的健康，一旦老人的健康出現(xiàn)問題，系統(tǒng)自動(dòng)撥打電話來告訴老人的親人。

2 主要元器件介紹

構(gòu)成老人健康監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)硬件的主要元器件：STC12C5A60S2、語音模塊、GSM模塊、體溫傳感器、心率傳感器。小器件有電阻、電容、晶振、按鍵等。

2.1 主控制芯片

STC12C5A60S2單片機(jī)不僅執(zhí)行速度快，而且功耗也不高，另外，抗干擾能力也很強(qiáng)，即使將它放在極限環(huán)境，它也能正常工作，而且這款單片機(jī)的兼容性也不錯(cuò)，擁有12時(shí)鐘機(jī)器周期和6時(shí)鐘，用戶可以根據(jù)自己需求選用。正常情況下，它的工作頻率能夠達(dá)到33MHz，還有3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，比51系列的多一個(gè)，價(jià)格也和51差不多，它的正常工作范圍是-40～+85°C（工業(yè)級(jí)）/0～75°C（商業(yè)級(jí)）。因?yàn)樯鲜龇N種優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)便選用了STC12C5A60S2單片機(jī)。

2.2 體溫傳感器

市面上測(cè)量體溫的傳感器有很多種，采用的測(cè)量方法各有千秋，如：熱輻射、壓電式、熱電阻。

熱輻射測(cè)量具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無直接接觸、測(cè)量范圍寬、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：人為誤差大，只能測(cè)量高溫，連續(xù)測(cè)量需要降溫。

壓電測(cè)量具有分辨率高、穩(wěn)定性好、輸出頻率易于數(shù)字化、抗噪性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、線性度好等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：機(jī)械化強(qiáng)度很差。

熱電阻測(cè)量，熱電阻擁有負(fù)溫度系數(shù)，體積小，適合快速測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)少。

2.3 心率傳感器

PulseSensor是一款用于測(cè)量脈搏心率的傳感器。它的測(cè)量方法是將傳感器佩戴于手指、耳垂的地方，心率傳感器通過導(dǎo)線與導(dǎo)數(shù)的連接，可將采集到的信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)通過PCF8591模塊將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。單片機(jī)通過一定的算法處理后可以得到心率的具體數(shù)值。另外，心率傳感器可以將脈搏波形上傳到上位機(jī)，計(jì)算機(jī)可以通過上位機(jī)顯示心率波形。目前心率傳感器大多用于研究和演示心率方面的問題，也非常適合用于二次開發(fā)。

2.4 GSM模塊

GSM模塊中文簡(jiǎn)稱為全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)，撥打電話，藍(lán)牙通訊等功能，并且功能在逐步完善。可以實(shí)現(xiàn)中國聯(lián)通，中國移動(dòng)的2G網(wǎng)絡(luò)通訊。

GSM模塊通過串行口與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，并且工作頻率需要與單片機(jī)同步。GSM模塊使用AT指令與單片機(jī)通信。當(dāng)單片機(jī)對(duì)GSM模塊發(fā)出發(fā)送指令時(shí)，GSM模塊就會(huì)向指令號(hào)碼發(fā)送警報(bào)。

2.5 DS1302模塊

DS1302芯片用來驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘電路，具有掉電存儲(chǔ)的功能，即使單片機(jī)掉電，也不會(huì)使時(shí)間停住，能夠準(zhǔn)確的顯示當(dāng)前時(shí)刻的具體時(shí)間，包括年月日星期時(shí)分秒等，它的工作電壓最高5.5V，最低2.5V。該芯片能夠掉電存儲(chǔ)的原因是有雙電源，除了外部電路供電外，還有一個(gè)備用電源，所以，即使時(shí)鐘電路主電源未就緒，也可以維持系統(tǒng)時(shí)間不變，備用電池可使用二十年之久，因而不用擔(dān)心備用電池會(huì)沒電的情況，由于DS1302這些優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)便選用該芯片作為時(shí)鐘電路的主控芯片。

使用DS1302時(shí)要注意它的三根線，分別是CE、I/O和SCLK，其中CE是使能線，SCLK是時(shí)鐘線，I/O是數(shù)據(jù)線。

3 多功能拐杖的設(shè)計(jì)

3.1 外觀設(shè)計(jì)

針對(duì)老年人的特點(diǎn)，提出了拐杖底部設(shè)計(jì)要安裝緩沖功能的設(shè)施比如橡膠防滑裝置，這樣拐杖著地時(shí)輕巧、穩(wěn)重、不易打滑，老年人行走更加快捷、安全。此外，市面上的老年人拐杖主體的設(shè)計(jì)長度是固定的，不可調(diào)節(jié)的。此設(shè)計(jì)構(gòu)想是把拐杖的手柄設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)式的，這樣就避免了使用時(shí)拐杖過長或過短給老年人帶來的不適感。

3.2 材料設(shè)計(jì)

對(duì)于材料，新型的拐杖選擇鎂合金作為主材，它具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）堅(jiān)固耐用且強(qiáng)度高，承重能力相對(duì)來說比較強(qiáng)；

（2）自重輕，不會(huì)給老人帶來負(fù)擔(dān)；

（3）彈性好，具備很好的緩沖減震功能，能夠使拐杖在接觸地面沒有震動(dòng)，減少對(duì)手臂的壓力。

4 結(jié)論

本文對(duì)于老年人的心理、生理特點(diǎn)進(jìn)行分析，著眼于老年人的實(shí)際需求，從外觀、材料和功能等方面提出了老年人多功能拐杖設(shè)計(jì)的相關(guān)設(shè)計(jì)理念。在主要功能中，老年人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有MCU、GSM模塊、各個(gè)傳感器模塊組成。MCU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，傳感器模塊包括體溫傳感器、Pulse sensor傳感器、DS1302模塊，12864顯示屏和語音模塊，分別采集老人相關(guān)的健康狀況信息、顯示精確的時(shí)間、顯示相關(guān)的數(shù)據(jù)和提醒老人按時(shí)吃藥。使其輔助老年人行走之余為他們提供安全保障和相應(yīng)的功能需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉玉.基于MSP430的實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].山東：曲阜師范大學(xué)，2013：25-39.

[2]劉瑜欣.人體心率與體溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].大連：大連海事大學(xué)，2014：16-35.

[3]劉尚輝，馬瑾.家庭遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用[J].中國全科醫(yī)學(xué)，2012，（05）：13-14.

[4]董旭，李文峰，牛永榮，萬守益，孫亞華.論老年人新型多功能拐杖設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代裝飾（理論），2015（02）：10.