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本设计实现一款智能轮椅，该系统在保证轮椅传统功能的基础上集成有手势遥控方便手部残障人士对轮椅主体的操作；防撞功能能够在设定的距离内弱报警、强报警以及强制刹车，在此功能下拥有人机互动界面可通过液晶屏幕直观看轮椅相对前方障碍物距离；基于轮椅上的摄像头来实现跟随，方便解决腿脚不便的老龄人以及肢体残障人士独自出行、康复训练等问题。

随着生活水平不断提高，医疗保险和社会福利的不断完善，人的平均寿命也随之增长，老年人群中腿脚不便者不在少数；随着经济发展和社会进步，腿脚不便的残疾人士的生活水平也受到了社会各界的关注。针对这两类特殊人群，轮椅的重要性不言而喻。本设计实现一款智能轮椅，为腿脚不便这类人群的出行提供切实的保障。

1 设计方案

本系统的设计，围绕着微型控制器的最小系统展开设计，在轮椅车体以及配套遥控器的组合下整体功能包括了图像识别跟随、防撞距离可视化、可设定障碍物距车体不同距离的强弱报警以及手势姿态配合触摸按键控制等人性化操作功能，可满足上文中所提及的特殊人群实际生活中的需求。

整体的轮椅系统分为两部分，这两个部分通过射频进行无线通讯。第一部分遥控器以选定芯片作为中控通过触摸按键启动，体感模块采集手部姿态数据经过处理传给轮椅，轮椅根据指令进行前后左右移动。第二部分轮椅搭载距离感知模块、摄像头模块来分析处理距离以及与跟随相关的数据从而实现对应功能，同时可以通过按键设定功能模式以及设定防撞距离。

2 硬件选型设计

2.1 触摸开关选型

为了让遥控器更加人性化，手握遥控器并且按压所选的触摸传感器时，遥控器才向轮椅发送相关的动作指令，若不按压触摸传感器则不发送动作指令，轮椅就不会根据手部姿态移动，以此达到遥控器随取随用，随放随关的效果。选择基于触摸检测芯片的电容式触摸开关模块，此模块初始为高电平，触摸时位低电平，可根据此电平逻辑设计上述功能。

2.2 无线收发模块选型

对于两部分系统的无线传输，选定工作频率在2.4G的射频收发器件，单个器件同一个时间点只能接收或者发送，即半双工，若采用全双工需要配合软件的分点切换。本设计中只需要半双工即可满足需求。高速率收发、低功耗、可选频段众多，再加上应用简单等优点，适用本设计中两部分系统的无线通讯。

2.3 图像处理模块选型

这款模块的选择重要性不亚于核心芯片的选择。作为轮椅系统的机器视觉，要有初步类似人类视觉的功能。

2.5 手部姿态模块选型

这类型模块的作用在于实时采集手部姿态的数据并且进行实时解算，换算成所需要的控制指令再发送到轮椅部分实现手势控制的功能。

3 软件设计

选用STM32芯片做为核心，使用Keil5软件编程环境配合C语言进行仿真调试后，烧录可执行文件至微型控制芯片中，实现两个部分系统对所搭建的外围硬件电路的控制，来达到设计预期的功能。整体系统分为两个部分，第一部分为遥控器，实时采集手势信息以及可通过是否按压触摸按键来决定前后左右等移动指令的发送。第二部分为轮椅，实时接收遥控器的指令，在OLED屏幕上实时显示对正前方障碍物的距离，可通过按键设置防撞距离、手控模式、视觉跟随模式。拥有弱报警、强报警以及紧急制动功能。在程序编程中，设定K1按下为减少强制制动的感应距离操作，K2按下为增加强制制动的感应距离操作，K3按下为确定当前设定距离而再次按下K3为取消当前设定距离，K4按下为智能跟随设置再次按下为取消该设置。

3.1 轮椅部分主程序

轮椅部分的程序设置相对较为复杂，其中包括了人机交互界面实时显示障碍物距离及当前模式、声音强弱报警制动功能、摄像头采集图像数据跟随功能、功能按键设定距离以及切换模式。一共设计4个按键，分别对应减少制动距离、增加制动距离、确定距离设置以及确定跟随模式四个功能。

3.2 遥控器部分主程序

相对于轮椅部分的主程序，遥控器部分的主程序比较简单，具体如触摸按键做为整体遥控器的启动开关，只有持续按压触摸传感器才可以启动遥控器，松开触摸传感器则关闭遥控器的控制功能，整体系统采用NRF做为无线传输载体，使用MPU6050体感传感器采集手部姿态经处理成动作指令信息后发送。

3.3 摄像头图像采集程序设计

摄像头采集做为智能跟随系统中最为核心的部分，其主要的功能就在于实现机器视觉可锁定跟随特定的标志物，而摄像头跟随物体移动的参数经芯片解析传回主控制芯片，再经过主控制芯片的编码判断来执行智能跟随的具体动作。利用摄像头识别特殊的物品标志，来起到跟踪的效果。摄像头捕获每一帧图像的数据传回主控芯片进行数据分析，用RGB三原色转HSV算法以及图像腐蚀算法进行处理，从而得出目标标志在空间中的位置和大小，以此来判别跟随方向。

4 结语

本设计基于图像识别得到自动跟随防撞轮椅，致力于解决腿脚不便的老年人以及残障人士这两类社会特殊群体在现实生活中所面临的出行困难。能让残障人士能在能力范围内最大幅度实现独立生活起居，从而减轻看护人的工作量和看护时间，这对于家中有老人或者下肢瘫痪者的独生子女，上班族来说无疑会是一大助力。围绕这一点初衷，采用手势控制的操作方式，也就是作品名称中的体感。腿部受伤的伤员在复健时，训练器材位置不定，伤员需要常常移动，如果轮椅能紧紧跟随，在训练强度达到需要休息时，能立刻坐上轮椅返回休息区，对伤员来说会是很大的一个便捷。围绕着这个需求设计了跟随功能，利用摄像头识别特殊的物品标志，来起到跟踪的效果。

本设计仍然有值得完善的地方，例如危险距离报警这方面功能可再添加一个光报警，达到声光双重报警的效果。提高距离的测量精度，可以使得整体系统的安全性得到提升。随着互联网的迅速发展，各类电子产品功能层出不穷，各个电子发烧友的想法也是丰富多彩。对于体感跟随康复轮椅后期还会加入手机蓝牙控制功能、手机遥感控制功能、特定语音指令控制功能等，这些功能的加入能够让轮椅在功能上更加全面，也能够满足年轻的残障人士对新一代电子产品的喜爱与追求。