一種針對(duì)行為障礙者的爬樓助力裝置的研究與應(yīng)用

王冰珂?李飛

摘要：本文設(shè)計(jì)的針對(duì)行為障礙者的爬樓助力裝置由重量檢測(cè)部分和機(jī)械運(yùn)作部分組成。重量檢測(cè)部分，使用四只YZC-161B型傳感器組成全橋測(cè)量，以及HX71124位精度的AD稱重模塊，收集到的重量信號(hào)由Arduino Mega2560處理。機(jī)械運(yùn)作部分由由檢測(cè)部分?jǐn)?shù)據(jù)作為依據(jù)，一旦檢測(cè)值超出設(shè)定閾值，便啟動(dòng)電機(jī)，人們只需要站在踏板上，就可以上樓。

關(guān)鍵詞：行為障礙者;YZC-161B型傳感器;稱重模塊

一 前言

針對(duì)行為障礙者的爬樓助力裝置安裝在樓梯的扶手上，針對(duì)行為障礙者腿腳不好，不方便上下樓的因素，針對(duì)性的對(duì)于沒(méi)有電梯的老式樓層以及復(fù)式機(jī)構(gòu)的房屋，在不影響居民的生活以及已有樓梯的結(jié)構(gòu)下，研究了針對(duì)行為障礙者的爬樓助力裝置，希望可以幫助人們便捷的出門(mén)。

二 總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由重量檢測(cè)部分和機(jī)械運(yùn)作部分組成。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。

重量檢測(cè)部分過(guò)程如下：待按下開(kāi)關(guān)后，裝置上的踏板落下，YZC-161B型傳感器和HX711AD稱重模塊檢測(cè)重量并輸出數(shù)字信號(hào)給Mega 2560處理，與設(shè)定的重量閾值進(jìn)行比較，若重量過(guò)大，便有語(yǔ)音提示警告，若重量在閾值范圍內(nèi)則啟動(dòng)機(jī)械運(yùn)作部分，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶著人達(dá)到相應(yīng)的樓層，當(dāng)人離開(kāi)時(shí)，裝置上的踏板便會(huì)自動(dòng)的收起，不會(huì)影響到樓梯的正常使用。

圖1 針對(duì)行為障礙者的爬樓助力裝置系統(tǒng)框圖

三 硬件電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的組成部分如下：

主控部分：Arduino Mega2560單片機(jī)為本系統(tǒng)的核心控制各個(gè)模塊的運(yùn)行。

檢測(cè)部分：使用4個(gè)YZC-161B型傳感器以及HX71124位AD稱重模塊進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與系統(tǒng)設(shè)置的閾值進(jìn)行比較。

聲光報(bào)警部分：采用ISD1820錄音語(yǔ)音模塊，進(jìn)行報(bào)警以及LED燈進(jìn)行警示。

機(jī)械運(yùn)作部分：采用大功率永磁直流電機(jī)。

3.1重量檢測(cè)部分

3.1.1YZC-161B型傳感器

稱重傳感器是用來(lái)將重量信號(hào)或壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置。稱重傳感器采用金屬電阻應(yīng)變片組成測(cè)量橋路，利用金屬電阻絲在張力作用下伸長(zhǎng)變細(xì)，電阻增加的原理，即金屬電阻隨所受應(yīng)變而變化的效應(yīng)而制成的。

圖2橋式測(cè)量電路工作原理

使用四只傳感器組成全橋測(cè)量，量程為四只傳感器的量程之和：50kgx4=200kg

3.1.2HX711A/D轉(zhuǎn)換芯片

模塊采用24位高精度的A/D轉(zhuǎn)換器芯片hx711，是一款專為高精度電子稱而設(shè)計(jì)的，具有兩路模擬通道輸入，內(nèi)部集成128倍增益可編程放大器。輸入電路可配置為提供橋壓的電橋式（如壓力、稱重）傳感器模式是一款理想的高精度低成本采樣前端模塊。

3.2語(yǔ)音告警部分

模塊采用ISD1820錄音語(yǔ)音模塊，該模塊可錄制8-20秒的聲音，內(nèi)置8歐的喇叭驅(qū)動(dòng)放大電路，并且不需要開(kāi)發(fā)系統(tǒng)

四 軟件編程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)語(yǔ)言為C語(yǔ)言，由Keil5進(jìn)行編程。模塊化的設(shè)計(jì)理念不僅解決了工作量大的缺點(diǎn)而且思路清晰易操作。該程序包括子程序，如傳感器輸入、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、聲光報(bào)警和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。數(shù)據(jù)采集程序?qū)⒌玫降臄?shù)據(jù)輸入至轉(zhuǎn)換器，然后輸入微控制器;接下來(lái)系統(tǒng)給出的數(shù)值與設(shè)定濃度閾值進(jìn)行比對(duì)，若超標(biāo)，報(bào)警隨之響起，不超標(biāo)電機(jī)開(kāi)始工作。

五 為障礙者的爬樓助力裝置的特色

針對(duì)不同的樓房結(jié)構(gòu)需要設(shè)計(jì)不同的方案，以便人們選擇。

在機(jī)器越障的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型基礎(chǔ)上，改變機(jī)構(gòu)相關(guān)尺寸進(jìn)行仿真分析，從而得到最優(yōu)解。

機(jī)械運(yùn)作部分傳動(dòng)效率比較高，行走時(shí)重心波動(dòng)很小，運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn)，且使用地形范圍較廣，在一些不規(guī)則的樓梯上也能使用，技術(shù)比較成熟。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王千.實(shí)用電子電路大全[M]. 電子工業(yè)出版社，2001

[2] 馮博琴.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2004

[3] 徐新艷.單片機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)踐[M]. 北京：高等教育出版社，2005