首页-│天富娱乐注册│天富娱乐登录官网-AIoT应用创新大赛-TencentOS tiny AIoT开发板在智能轮椅中的应用(主管:QQ66306964 主管:skype live:.cid.6c7b79dae5ec9830)新博2娱乐注册新博2物联网以及万物互联是智慧城市、智能家居的基础和发展方向，借助物联网、智能硬件和腾讯云对传统轮椅进行改造，能够进一步提升轮椅的智能性和人机交互性能，传统轮椅存在以下：1）轮椅作为老年人、残障人士的重要出行工具，医院的轮椅需求量也比较大，但使用时往往需要他人协助来保证安全，在感知、远程控制、人机交互方面存在不足；2）电动轮椅正在成为主流，智能化趋势显现，目前轮椅的研发多集中在中低端市场，对于高端电动轮椅存在研发能力不足、产品缺乏科技含量的问题；3）智能轮椅依靠其在感知、控制和人机交互方面的优势，还可作为智能代步车供各年龄段人士日常使用。

　　腾讯物联网操作系统（TencentOS tiny）是腾讯面向物联网领域开发的实时操作系统，具有低功耗，低资源占用，模块化，可裁剪等特性，包括以下优点：1）提供了最精简的 RTOS 内核，内核组件可裁剪可配置；2）提供了COAP/MQTT/TLS/DTLS等常用物联网协议栈及组件，方便用户快速接入腾讯云物联网通信IoT Hub；3）方便各种物联网设备快速接入腾讯云，可支撑智慧城市、智能穿戴、车联网等多种行业应用。新博2注册

　　本次比赛官方提供了AIoT开发板，它是腾讯 TencentOS 团队联合恩智浦半导体、厚德物联网设计了高性能 AIoT 评估板，可用于TencentOS tiny基础内核和 AIoT 应用功能体验和评估。因此基于TencentOS tiny AIOT开发板、腾讯云物联网开发平台、腾讯连连小程序和电动轮椅研究了智能轮椅的远程控制和多模感知功能：

　　1）将开发板与腾讯云对接，实现了轮椅上云，并设计了腾讯连连微信/APP小程序；

　　3）智能轮椅多模感知：感知自身状态（姿态、定位、速度信息）和外部环境信息（温度、湿度、光照亮度）。进而，用户可以手机控制轮椅脚踏板、座椅靠背的升降，同时也可在小程序上查看轮椅的姿态、定位、速度、温湿度和光强信息。

　　下图为轮椅实物图，分别为轮椅的侧视图、俯视图、AIOT开发板及外围电路、传感器模组、轮椅正视图和APP小程序

　　本项目的开发进一步提升了传统轮椅的交互性能、感知性能和远程控制能力，相信随着研究的深入，会拥有广阔的市场前景，推动轮椅智能化研究的进程。

　　本次大赛使用的开发板为TencentOS Tiny AIoT开发套件，可应用于物联网、人工智能等多种领域的开发，内置TencentOS Tiny开源物联网操作系统，例程等学习资料众多，对于初学者非常友好。

　　近几年来，智慧城市、物联网技术发展迅速，相关的感知硬件也得以快速发展，通过应用摄像头、毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达等智能硬件，设备也变得更加智能，人机交互性能得到了进一步的提高。

　　当前人口老龄化问题日益严重，在全球人口中残疾人患者约占15%，其中约有2.85 亿例视力受损或失明患者，轮椅成为了满足其日常出行的必要工具，但传统轮椅不具备智能控制、物体感知、自主导航等功能，人机交互性能也不足。相比传统轮椅，智能轮椅上安装了测距、雷达、摄像头等传感器，感知性能更强；同时借助云技术，可以通过手机主动调整轮椅的姿态、运动状态等功能，是轮椅的未来发展方向。

　　项目开展了轮椅远程控制、轮椅多模感知、轮椅上云和微信/APP小程序设计四个方面的研究，以实现以下功能：

　　（1）远程端：包括腾讯云平台和腾讯连连微信小程序，在小程序上可以控制轮椅脚踏板、靠背的升降和灯光的开关，还可查看轮椅的姿新博2娱乐注册态角、定位、速度信息，以及温度、湿度和光照强度信息；

　　（2）主控层，采用AIOT开发套件，用于向LED灯珠和2个电机驱动板发送控制指令、获取传感器采集的感知数据，另外板载了WIFI模块，用于对接腾讯云；

　　（5）驱动层：包括电机驱动模块和LED灯珠，用于驱动脚踏板和靠背上的四个电动推杆、控制LED灯珠的亮灭；

　　AIOT开发板上板载了E53接口，包括IIC、SPI、串口以及普通IO口等，可以外接自己的传感器，在使用时利用恩智浦的MCUXpresso IDE生成对应的驱动程序即可进行开发。轮椅的控制和感知采用了E53接口，结构如图2.2所示，其中E53引出的GPIO1-4用于控制驱动板和LED灯珠；E53的串口外接了数据采集板，数据采集板获取到姿态角、定位、速度和温湿度信息后通过串口发送到AIOT开发板；E53的IIC接口用于采集BH1750光照传感器的亮度信息。

　　（1）项目结合TencentOS tinyAIOT开发板、腾讯云平台和腾讯连连小程序，创新研究了轮椅的远程控制、多模感知和人机交互技术，实现了物联网轮椅的设计，是对传统轮椅的智能化提升；

　　（2）现有轮椅的脚踏板和靠背控制多采用遥控器，需要随身携带，通过本作品，仅需一个手机即可完成控制和轮椅状态监控工作。

　　从传统轮椅企业发展的情况来看，当前轮椅的研究多数聚焦于中低端轮椅市场，在高端电动轮椅、运动轮椅以及智能轮椅上的研发能力不足，产品缺乏科技含量。

　　另外本项目来源于国家重点研发计划项目，相关研究是对中高端轮椅市场的补充，有助于推动智能轮椅的发展。

　　轮椅可作为老年人、残障人士日常生活的重要工具，但轮椅市场的需求还远远未得到满足。根据国家辅具研究中心的数据显示，我国轮椅的实际适配比例仅为10%左右。

　　另外，老人的需求也在加快升级，传统轮椅在功能和设计上也存在许多痛点，难以跟上用户日渐升级的需求，伴随着新一代智能代步车的出现，传统轮椅将迎来一场巨大的变局。轮椅市场面临重塑，技术的升级则打开了轮椅的想象空间。

　　医院对智能轮椅的需求，随着人口老龄化程度的加深以及我国康复医学的发展，结合中国医疗卫生机构康复医学科门急诊人次10.2%的复合增长速度，预计医院对轮椅的需求也将保持10%的复合增长速度。预计到2026年，我国医院对轮椅的需求量将达到136.4万辆左右。

　　轮椅控制部分包括轮椅脚踏板、靠背和LED的控制，采用AIOT开发板的E53接口引出的GPIO1-GPIO4发出控制信号，结构如图3.1所示，具体包括以下：

　　（2）开发板的GPIO1和GPIO3连接到电机驱动板1，驱动脚踏板部分的两个电动推杆，以实现脚踏板的升降；

　　（3）开发板的GPIO2和GPIO4连接到电机驱动板2，驱动靠背部分的两个电动推杆，以实现靠背的升降；

　　为了控制轮椅脚踏板和靠背的升起和降落，在轮椅的两个脚踏板和靠背处放置了4个电动推杆，如下图所示，电动推杆采用了直流有刷电机，提供0-24V电压即可控制推杆的升起和降落。

　　项目采用了如下图所示的单路电机驱动板，对驱动板的IN1和IN2提供提供控制信号可以控制电机正转、反转和刹车，对PWM口输入不同占空比的方波可以控制电机的转速。另外，在项目开发时，为保证脚踏板和靠背控制的同步性，靠背和两个脚踏板的电动推杆均连接到同一个电机驱动板。

　　电机驱动板需要提供9-36V的电压来驱动电动推杆，因此采用了24V开关电源，如下图所示，可输出24V 4.5A的电压。

　　为了控制推杆电机和靠背电机，采用了AIOT开发板板载E53模块的GPIO1-4实现电机方向的控制，方向控制如下表所示：

　　轮椅灯光的控制采用图3.7的LED灯珠，在使用时设置IO口为输出模式，然后控制IO口电平的高低即可控制其亮灭。

　　项目基于AIOT开发板研究了智能轮椅的多模感知，包括对自身自身状态的感知和对环境的感知，并通过手机小程序进行查看首页-│天富娱乐注册│天富娱乐登录官网-。结构图如图4.1所示，包括以下几部分：

　　为了简便系统设计，在开发的时候采用了数据采集板（Cortex-M3），在采集完MPU6050、GPS和DHT11传感器的数据后，采集板通过串口2发送数据，AIOT开发板通过E53模块的串口5接收数据并处理。

　　轮椅自身状态的感知包括姿态角信息、定位信息和速度信息，接下来对各个模块的开发过程进行介绍。

　　在轮椅移动过程中，采用正点原子的ATK-MPU6050六轴传感器模块采集轮椅的实时姿态角信息，传感器如下图所示：

　　ATK-MPU6050 模块具有体积小、自带 DMP、自带温度传感器、支持IIC从机地址设置和中断、兼容3.3V/5V系统、使用方便等特点，基本特性如下图所示。模块仅通过一个IIC接口与外部通信，并可以通过MPU_AD0设置模块的IIC地址，当MPU_AD0悬空接GND的时候，模块的IIC从机地址为：0X68；当MPU_AD0接VCC的时候，模块的IIC从机地址为：0X69。

　　项目采用正点原子的ATK-S1216F8 BD GPS北斗模块采集轮椅的经纬度定位信息和移动速度，模块如下图所示：

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　　模块特性如下图所示，该模块能够通过串口输出NMEA 0183协议的定位数据，包括经度、纬度、UTC时间、速度、可见GPS/北斗卫星数量等信息。

　　数据采集板通过串口4接收到传感器数据后，将数据存放在USART1_TX_BUF数组中，然后利用GPS_Analysis(&gpsx,(u8*)USART1_TX_BUF)函数分析字符串，并将模块提供的信息存储到gpsx数据结构中，在使用时读取该结构的数据即可。

　　轮椅在移动过程中，还需要对外部环境进行感知，项目结合温湿度传感器和光照传感器开发了轮椅的外部感知功能。

　　温度、湿度数据采集采用DHT11传感器，该传感器采用单总线数据格式发送数据，数据格式为8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。

　　用户MCU发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据。从模式下，DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号，DHT11不会主动进行温湿度采集。采集数据后转换到低速模式。

　　轮椅外部环境的光照强度感知采用AIOT开发板板载的BH1750传感器，该传感器是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器，具有接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性，利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化。传感器内置16bit AD转换器，可对亮度进行1勒克斯的高精度测定。

　　腾讯云物联网开发平台为设备上云提供了一站式服务，开发者根据自己的开发需求在平台上设计设备模型，从而轻松实现设备数据上云、读取云下发的数据。为了实现设备与物联网开发平台的交互，采用了板载的ESP8266 WIFI模块，该模块是由乐鑫公司出品的一款物联网芯片，因为价格较低，性能稳定等收到很大关注，可工作于三种种模式下，分别是：AP模式，station模式以及混合模式，通过常用的AT指令进行控制。

　　为了实现轮椅与小程序的交互，项目基于腾讯云物联网开发平台和腾讯连连设计了可在微信和腾讯连连APP上使用的小程序。物联网开发平台网址为/iotexplorer，参考

　　另外，还包括计数器功能，从而用户在小程序中按下对应的按钮，即可发布带有对应标识符的控制信息、订阅数据。

　　可以直接使用模板，也可以进行H5开发设计小程序界面，基于模板调整了元素的布局，保证了美观和可读性。

　　（3）设备调试，点击设备名称（dev01）可以进入设备界面，可以看到设备名称、设备密钥和产品ID，进而利用python脚本mqtt_config_gen.py，一次输入产品ID、设备名称、设备密钥，就可以生成对用的mqtt信息。

　　（4）完成后使用腾讯连连小程序扫描设备二维码可以在微信小程序上看到图5.5左图的界面，另外如果使用腾讯连连APP可以看到图5.5右图的画面。

　　下图为调试过程中串口助手的界面，可以看到上报、下发数据，以及数据采集板采集的数据：

　　通过这次比赛，我学习了TencentOS tiny物联网操作系统搭配物联网开发板的使用，包括任务的配置、调度等，同时在学习了腾讯连连小程序设计、设备上云和AIOT开发板使用后，我完成了智能轮椅的远程控制和多模感知功能，轮椅的使用者可以在手机上轻松控制轮椅的脚踏板、靠背和灯光，还可以看到轮椅自身的定位、速度、姿态信息，以及外部的温度、湿度和光照强度。

　　相信结合物联网进行轮椅的开发，会使轮椅的控制便捷性、可视化水平和人机交互能力得到进一步的提升，在接下来，还可以结合激光雷达、摄像头等模块提高轮椅的智能性，方便轮椅使用者的监护人进一步掌握轮椅的安全状态、下发紧急控制指令等。