摘要：文章描绘一种依据MCU操控技能、GSM技能、传感器技能和GPS定位导航技能的老年人智能多功用晴雨伞的规划与制造。依据伞的结构，该规划提出选用圆柱形电路板，可折叠式显现屏以及柔性电路板等工艺技能，完成了定位短信求助、暖手、GPS定位和简易方向导航等功用。体系结构简略，功用较为完善，本钱相对较低。经测验标明体系功用根本完成，且运转较为安稳牢靠。
0 导言
社会人口老龄化严峻，一对年轻夫妻现在需求照料的老年人数量正逐渐增加，老年人关照难的问题日益严峻。老年人的日子护理和健康保证是城市建造亟须处理的问题。合作才智城市的建造，运用现代科技为白叟供给舒适、安全、便当的日子护理方法存在火急的需求。老年人出行常常存在诸多不方便，特别是下雨气候，更是给白叟带去极大的不方便乃至风险。白叟出行依托的雨伞现在大多只要遮雨的功用，因而，专门针对老年人规划的智能多功用晴雨伞亟待出现。
1 体系的规划
本规划提出的老年人智能多功用晴雨伞首要由MCU操控模块、GSM模块、传感器模块、GPS模块、加热模块等组成，可以完成定位短信求助、GPS定位、简易方向导航、暖手等功用。
1.1 体系外观结构规划
因为雨伞结构自身的局限性，其装置体系成了一大难题。从伞面、伞骨和伞柄三大部分考虑，伞柄更具有适宜的体积、操作简略和易于替换等条件。规划上，针对怎么去增大电路板面积以习气集成各功用电路，提出在伞柄内选用圆柱形电路。针对怎么下降体系对伞柄体积的要求，提出选用可折叠式显现屏以及柔性电路板，可望做到精约漂亮。
本体系选用圆柱形电路板(r=20mm，h=100mm)，并把首要硬件集成于伞柄下部里边，如图1(a)所示。GPS接纳引擎(13.9mm*15.0mm)、GSM集成模块(34.0mm*25.0mm)和操控中心(15.1mm*12.5mm)等首要电路，相对于圆柱形电路板较大的表面积，可以容易内嵌进伞柄，如图1(b)所示。
LED显现屏(50mm*30mm)规划在伞柄的上部，可以进行90°的旋转，大大缩小体系体积，如图1(c)所示。显现屏旋转接口处选用柔性电路板，如图1(d)所示，完成显现模块和主操控器的通讯。
加热模块选用的碳纤维包裹在伞柄的周围，并用塑料膜封装。用内置的温度传感器进行检测，伞柄主动升温，可完成暖手功用，更人性化地关心老年人。
体系选用按键完成人机交互。仅选用的三个大按键，竖直全体内嵌在伞柄的一侧，如图1(e)所示，其更能合适老年人的运用习气。
电子器件涂上加固胶水，电路板涂上防水胶，伞柄外围增加防水膜，可更好地完成防摔、防水。
1.2 体系功用规划
1.2.1 硬件电路模块规划
硬件电路模块框图如图2所示，MCU在GPS模块接纳到有用的GPS信号后，可操控GSM模块向指定的手机用户发送定位求助短信，一起可通过运用方向算法处理磁阻传感器发生的磁场信号，并对GPS模块接纳到的方位信号和结尾的方位信号进行核算，得出方向信号，最终通过LED显现屏出现方向，抵达导航的作用。MCU通过温度传感器完成对外界温度的丈量，若温度低于设定值，则发动碳纤维发热体加热伞柄。
1.2.2 软件编程规划
MCU首要依托体系作业流程图作业，如图3所示。流程图可分为定位、导航、求救短信和温控加热四个部分。体系循环检测按键和手柄温度。按键按下后，体系履行对应的定位、导航和短信求救中的一个功用，履行结束持续循环检测按键。体系循环检测手柄温度、操控发热体，使手柄温度保持在20～43℃之间。
2 体系的完成
2.1 GPS定位
GPS模块通过天线捕捉GPS卫星信号极小的电磁波并转为弱小的电流，并将该信号传至接纳模块。GPS接纳模块处理该信号后传送给MCU，由MCU判别接纳的GPS信号是否有用。若信号无效，MCU则挑选丢掉;若信号有用，MCU模块从GPS数据中提取该处的方位信息，并存储到MCU内部的EEPROM中，作为导航的结尾。
2.2 简易方向导航
磁阻传感器的磁阻元件会构成一个一起的灵敏轴，有3个彼此正交的灵敏轴别离指向XYZ方向。MCU通过I?C总线读出XY方向的坐标信息，并运用视点算法处理由磁阻传感器处理发生的磁场信号和GPS模块接纳到的方位信号以及结尾的方位信号，得出前往结尾的方向信号，并通过LED显现屏出现出行进的方向箭头，然后完成导航的功用。
所述方向算法的详细核算方法为：将意图地的经度和纬度别离减去当时方位的经度和纬度，再乘上经纬度每改动1°所改动的间隔。上述核算可得到意图地与当时方位在南北方向和东西方向的间隔，然后将这两个间隔代入横竖切函数，得到以东方为基准，当时方位和意图地连线顺时针旋转和东方构成的夹角。接着，将磁场传感器回来的XY方向的数据代入横竖切函数，得到以东方为基准，正前方顺时针旋转和东方构成的夹角。将两个视点相减，得到以正前方为基准，当时方位和意图地连线顺时针旋转和正前方构成的夹角。
得知夹角和基准方向今后，LED显现屏将方向以箭头图画显现出来，移动过程中不断更新方向。当用户地址方位跟意图地经纬度相差都小于0.04”，即大约5m到10m时，体系则以为用户现已抵达意图地，LED显现屏显现“OK”字样。
2.3 定位短信求助
该功用选用TC35集成模块，对GSM信号的捕抓灵敏，通讯质量好。
MCU通过判别GPS模块接纳的GPS信号是否有用，向GSM模块发送不同的AT指令。当接纳的GPS信号有用时，体系通过处理GPS信号得到该处的方位信息，并通过GSM模块向指定的手机用户发送具有老年人精确地理方位的求助短信;当接纳的GPS信号无效时，体系将直接通过GSM模块向指定的手机用户发送求助短信(“I need help”)。
2.4 暖手
该功用所选用的碳纤维发热体，升温敏捷，电热转化功率高。
体系运转后，内置温度传感器对环境温度进行检测。当温度低于20°C时，MCU发动加热模块，碳纤维发热体正负极通电，短时刻内，温度上升至约43℃，中止加热。待温度降至20℃以下，发热模块再次发动。因为碳纤维内嵌于塑料层中，密封功用好，保温作用显著。
3 测验数据
3.1 定位与短信求助功用测验
在所选的方位，按下“定位”按键，若定位成功，显现屏会显现“OK”字样;若定位无效，则显现屏会显现“X”字样。10s今后，按下“短信求助”按键，20s内，意图手时机接纳到体系发过来的短信。若定位成功，手机接纳到的信息内容为该方位的经纬度，以谷歌地球查找到该地址经纬度作为理论经纬度，两者比照今后，得到间隔差错。若定位无效，手机接纳到的信息内容为“I need help”的句子。定位与短信求助功用测验数据，如表1所示。
(注：表中测验数据的地址为暨南大学本部;测验时刻为2013—10—21)
表1标明，在相对敞开的环境下，体系可以成功定位并较精确地获取地址方位的经纬度;在关闭的环境下，天花板严峻影响了GPS接纳信息的质量，体系无法获取地址环境的经纬度，但仍然可以成功向指定手机发送求助信息。
3.2 导航测验数据
在表2中的结尾预先按下“定位”键，将其经纬度储存在EEEPROM中。按下“导航”键，顺次通过表2中的五个测验地址并记载显现屏箭头指示的方向，导航数据如表2所示。
3.3 发热模块测验数据
于伞柄上部、下部两个方位，运用红外测温仪进行发热模块发动前后的温度测验，核算温度平均值，并运用计时器丈量体系加热时刻以及保温时刻，详细数值如表3所示。
表3阐明晰碳纤维发热体较高的转化功率以及该体系杰出的保温特性。
通过测验数据剖析，阐明本规划各方面目标均可以抵达要求，功用安稳。
4 结束语
本规划依据伞的根本结构，提出选用圆柱形电路板、可折叠式显现屏以及柔性电路板等，把GPS功用电路、GSM功用电路、磁阻传感器以及LED显现屏等奇妙地集成在了雨伞中。本规划完成了简易的方向导航功用，短信求助以及天冷时暖手的功用，且操作简略、本钱低。智能伞可让老年人家人及时知晓老年人外出时的状况。一起本规划可正确为老年人指示回家的方向，减轻了家人对老年人的照看压力。别的，伞柄中碳纤维发热体可给老年人带去更人性化服务。本规划为老年人供给舒适安全的智能日子方法提出了一种有利的测验。
