劉春澍　王英強　張文浩　葛鵬輝　趙文　馬祺東

摘要：近年來，兒童或老年癡呆患者走丟的新聞屢見不鮮。兒童因為年齡小，天性好動好奇心強烈，容易被事物吸引，在與家長同行時沒有跟隨家長。再加上家長疏于看護，就容易發(fā)生兒童走丟事件。而患有老年癡呆的患者，在發(fā)病時自身沒有意識，無法控制自身行為，容易發(fā)生走丟。又因為老年癡呆發(fā)病時沒有明顯的癥狀，不像小孩走丟時哭鬧會引人注意，所以在搜尋老人時會因為沒有線索而增加搜索難度和時間。走路邁八字步，低頭含胸，腳掌拖地是現(xiàn)在很多人的走路習(xí)慣。長期使用這些不標準的姿勢走路，會引起身體關(guān)節(jié)的疼痛，下肢肌肉的過度緊張，嚴重者會出現(xiàn)很多身體關(guān)節(jié)疾病，同時也會影響個人的形象氣質(zhì)。所以，我們決定開發(fā)一種智能鞋。

關(guān)鍵詞：防走丟;健康;智能鞋;解決方案

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）09-0246-02

1 引言

當今社會生活節(jié)奏快工作繁重，成年人沒有太多時間與精力去看護家中的小孩和患病老人，再加上老人和小孩沒有較強的自理能力，使得他們很容易發(fā)生危險。同時現(xiàn)在的人們不太注意身體健康，因行走姿勢不標準導(dǎo)致的各種身體不適，肌肉緊張和關(guān)節(jié)疼痛，這些問題極大的影響的人們的生活質(zhì)量。隨著互聯(lián)網(wǎng)+的發(fā)展，而鞋類又是現(xiàn)代生活的日常穿著用品，所以針對這兩個問題提出了一條防走丟“智能鞋”的解決方案。

2 需求分析

互聯(lián)網(wǎng)+的時代已經(jīng)到來，但在現(xiàn)在的正常生活中，還是有很多我們?nèi)粘Ｊ褂玫奈锲窙]有實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+。例如現(xiàn)在的鞋類，它現(xiàn)在的功能僅僅只是保護足部，并沒有實現(xiàn)如同智能手表和手機一樣的智能化，有多種多樣功能。手機與智能手表很便捷，但是總有不方便攜帶的時候，例如運動時會影響我們活動，這就帶來了極大的不便。

現(xiàn)在移動設(shè)備普及，定位設(shè)備普及，針對兒童走丟不方便尋找的問題，借助定位功能。手機手表容易丟失，在尋找方面有極大的風(fēng)險。機器不方便。在智能鞋上安置GPS模塊來實現(xiàn)定位功能，幫助警察來尋找丟失的人。

3 功能與技術(shù)分析

3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

本系統(tǒng)由硬件平臺采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過解析和處理后，在移動端app中顯示。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互流程如圖1所示，以下是對這個流程的簡單介紹。

（1）硬件平臺：使用壓力傳感器獲取穿戴者走路產(chǎn)生的壓力數(shù)據(jù)，使用GPS模塊以固定頻率獲取穿戴者的當前位置的GPS數(shù)據(jù)。獲取到的數(shù)據(jù)由單片機負責(zé)進行解析，之后通過藍牙模塊發(fā)送給移動端。

（2）移動端app：移動端接收到數(shù)據(jù)后，利用其中的壓力數(shù)據(jù)來生成用戶的步態(tài)模型，判斷用戶的步態(tài)是否健康進而決定是否需要提醒用戶糾正不良步態(tài)。然后利用收到的GPS數(shù)據(jù)獲取用戶的經(jīng)緯度和位置信息，并用新的位置信息更新用戶的運動軌跡圖。在進行以上操作后，移動端會向服務(wù)器發(fā)起一個http請求，將計算出來的最新數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器中保存。最后客戶端會使用計算出來的數(shù)據(jù)重新渲染相關(guān)的顯示。

（3）服務(wù)器端：服務(wù)器端負責(zé)存儲每個用戶的數(shù)據(jù)和個人信息，為客戶端的各種操作提供支持。當客戶端對服務(wù)器發(fā)起一個請求時，服務(wù)器首先會識別發(fā)起請求的客戶端的身份并判斷其是否有進行對應(yīng)操作的權(quán)限，在鑒權(quán)通過以后服務(wù)器會根據(jù)請求的具體類型執(zhí)行相對應(yīng)的操作，在操作完成后會給發(fā)起請求的客戶端發(fā)送一個請求完成的響應(yīng)。

以下是系統(tǒng)運行的基本流程：

3.2 系統(tǒng)的分析設(shè)計與功能說明

利用“智能鞋”采集到的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)庫模型的建立。本系統(tǒng)主要分為三部分：服務(wù)器端、客戶端、硬件平臺。以下是系統(tǒng)架構(gòu)圖：

系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

系統(tǒng)功能說明：

（1）服務(wù)器端：存儲用戶數(shù)據(jù)，保存注冊用戶的信息，驗證用戶登錄信息是否正確。

（2）客戶端：為接受硬件平臺的數(shù)據(jù)提供接口，進行分析計算數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)渲染，將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端。提高人機交互體驗：用戶可以在客戶端查看硬件平臺所提供的信息。

（3）硬件平臺：控制硬件系統(tǒng)。采集壓力、gps數(shù)據(jù)，提供通訊支持，將數(shù)據(jù)傳遞給客戶端。

3.3 技術(shù)分析

防走丟智能鞋的實現(xiàn)思路可以簡單概括如下：在鞋內(nèi)嵌入硬件系統(tǒng)，獲取穿戴者的GPS信息和鞋底不同部位的壓力值，將獲取到的數(shù)據(jù)定時發(fā)送到用戶的手機APP，APP將收到的數(shù)據(jù)解析后進行計算得出用戶的步態(tài)信息和位置信息，將這些信息在APP中顯示出來，并后臺發(fā)送到服務(wù)器保存。接著，鞋內(nèi)的硬件系統(tǒng)繼續(xù)獲取數(shù)據(jù)…手機繼續(xù)計算……不斷重復(fù)以上過程。

開發(fā)防走丟智能鞋需要用到的技術(shù)分為軟硬件兩部分，硬件部分主要用到了C51單片機開發(fā)技術(shù)，GPS模塊開發(fā)技術(shù)，wifi/藍牙模塊通信技術(shù)。以C51單片機作為硬件系統(tǒng)的中樞，來調(diào)度整個硬件系統(tǒng)的功能，并作為壓力傳感器模塊、GPS模塊兩大模塊與手機APP通信的中轉(zhuǎn)站。

壓力傳感器采集到的鞋底壓力數(shù)據(jù)和GPS模塊采集到的GPS位置數(shù)據(jù)是模擬電路數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機系統(tǒng)時會被數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字電路數(shù)據(jù)。單片機系統(tǒng)會按照燒人的程序指令繼續(xù)將得到的數(shù)字電路數(shù)據(jù)發(fā)送到所連接的手機里。

如果沒有手機被連接，發(fā)送將不會進行。單片機和手機的連接用藍牙模塊或wifi模塊來實現(xiàn)，在單片機系統(tǒng)可以由穿戴者手動操作來開啟藍牙模塊或wifi模塊的信號發(fā)散，此時打開手機的wifi熱點或藍牙，就可以與單片機系統(tǒng)建立連接。當連接建立后，單片機系統(tǒng)會將采集到的數(shù)據(jù)源源不斷地發(fā)送到所連接的設(shè)備。

開發(fā)防走丟智能鞋的軟件部分使用android開發(fā)技術(shù)來實現(xiàn)手機客戶端的開發(fā)，android開發(fā)技術(shù)中分別有對應(yīng)的藍牙技術(shù)和wifi技術(shù)可以用來和單片機中的對應(yīng)模塊建立連接。當app的wifi/藍牙接口收到數(shù)據(jù)后，監(jiān)聽藍牙/wifi數(shù)據(jù)接受事件的方法會被調(diào)用，收到的數(shù)據(jù)在解析和計算后將會被渲染到手機屏幕上，然后向服務(wù)器發(fā)起一個post請求，把計算后的數(shù)據(jù)保存到服務(wù)器上。在app啟動時，會像服務(wù)器發(fā)起get請求來獲取當前登錄用戶的步態(tài)信息和過去保存的位置信息。

得到智能鞋穿戴者授權(quán)的人可以在自己手機端的app中，向服務(wù)器發(fā)起請求，查看穿戴者的數(shù)據(jù)。

4 小結(jié)

本篇文章指出了智能鞋解決方案的研究意義，將現(xiàn)在鞋類產(chǎn)品存在的幾個問題做了細致的闡述，并指出問題的產(chǎn)生原因和解決方法，以及對硬件和軟件的功能和應(yīng)用技術(shù)進行了分析。

我們將會在今后繼續(xù)完善我們的硬件與軟件，例如加入更精確的定位、優(yōu)化界面、更快的訪問速度等。

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【通聯(lián)編輯：代影】

作者簡介：劉春澍（1997-），男，山西霍州人，學(xué)生，研究方向：前端開發(fā);王英強（1981-），男，山西運城人，副教授，碩士，研究方向：大數(shù)據(jù)、軟件工程。