项目概述
“健康守望者——智能颐养椅”项目旨在解决全球人口老龄化背景下老年人面临的移动困难、健康监测不足及生活品质低下等问题。项目通过机械工程、电子工程与计算机科学的多学科交叉融合，设计出一款集避障、辅助起坐、健康监测、环境感知、远程健康管理、智能家居控制及个性化语音交互等多项先进技术于一体的智能轮椅，显著提升了老年人的移动安全性和生活舒适度。
研究背景
随着全球人口老龄化加剧，老年人生活质量与健康安全问题日益突出。传统手动轮椅在智能化、安全性、舒适度等方面存在诸多不足，难以有效应对老年人在使用过程中可能遇到的障碍物避让、座椅角度调节、紧急情况处理等问题。在此背景下，项目团队提出了新一代智能轮椅的设计方案，旨在为老年人提供更加安全、便捷、舒适的出行体验。
作品介绍
智能颐养椅项目包括多个子系统，涵盖硬件和软件两大部分。
硬件部分
- 轮椅控制器：由摇杆模块、Arduino主控板、ESP8266模块和减速直流电机组成，负责控制轮椅的电机运动。
- 轮椅传感器：包括电池电压监测模块、温湿度传感器、紧急按钮模块、倾角传感器、心率与血氧监测传感器、烟雾传感器和舵机等，用于获取环境数据和使用者的健康信息。
- 桌面端操作界面：基于QT/C++和Python开发，提供可视化操作界面，包括用户信息查看、时间定位、环境温湿度监测、心率测量、防阿尔茨海默症视频播放等功能。
- 语音助手：分为两代，Gen1使用学校服务器上的Sensevoice api进行语音识别和合成，Gen2使用阿里云的开源模型FunASR与PyAudio模块进行流式语音识别，提供更自然的语音交互体验。
- 人脸识别：用于用户身份验证，增加系统的安全性和个性化服务。
软件部分
- 本地服务器：负责将轮椅桌面端、轮椅控制器和轮椅传感器串联起来，实现信息传输和指令转发。
- 网络服务器：利用SQLite数据库记录用户数据，支持本地服务器上传传感器数据和登录注册信息，供轮椅第三方端查询。
- 轮椅第三方端：可视化后台管理软件，通过uid查询轮椅信息，实时查看轮椅状态和位置，为使用者安全提供额外保障。
研究过程
项目团队制定了详细的研究计划，并绘制了多版程序设计草图。在硬件部分，编写了两个Arduino主板的程序，分别负责传感器数据采集和电机驱动控制。软件部分则包括本地服务器、网络服务器、轮椅桌面端、轮椅第三方端和语音助手的开发，采用客户端-服务器架构实现网络通信，并通过Qt的信号槽机制实现模块间通信。
迭代版本更新
在项目的迭代版本中，团队对硬件和软件架构进行了重大优化，以进一步提升智能颐养椅的性能和用户体验。
硬件架构更新
- 主控芯片升级：迭代版本采用了树莓派作为主控芯片，取代了原有的Arduino + ESP8266组合。树莓派不仅具备更强大的计算能力，还支持多种编程语言和丰富的外设接口，能够更好地满足智能颐养椅对数据处理和通信的需求。
- 传感器集成优化：在保持原有传感器配置的基础上，进一步优化了传感器与树莓派的连接方式，提高了数据采集的稳定性和实时性。同时，利用树莓派的GPIO接口和I2C通信协议，实现了对传感器的更高效管理。
软件架构更新
- Qt界面重写：迭代版本中，团队用Python重写了Qt界面，全面提升了用户交互体验。新界面不仅保留了原有功能，如用户信息查看、环境监测、心率测量等，还增加了更多个性化设置和智能提示功能。Python语言的灵活性和丰富的库支持，使得界面开发更加高效，同时也便于后续的功能扩展。
实用性
智能颐养椅具有多方面的实用性：
- 提高老年人的移动能力：自主控制与避障功能，辅助起坐功能，提升老年人的出行安全和便利性。
- 全面的健康监测：集成多种传感器，实时监控老年人的身体状况，并通过网络服务器实现远程健康管理。
- 提升生活质量和舒适度：人体工学设计，娱乐与社交功能，减少老年人的孤独感。
- 增强安全性和应急响应：紧急救援系统，远程监控功能，确保老年人的安全。
- 智能家居集成：通过物联网技术实现与智能家居设备的互联互通，提高生活的便捷性。
- 用户友好和易用性：可视化操作界面，语音交互，人脸识别，提供直观、便捷的用户体验。
创新性
项目的创新性体现在多个方面：
- 多学科交叉融合：结合机械工程、电子工程与计算机科学，实现轮椅的全面智能化。
- 全面的健康监测与管理：集成多种传感器，提供远程健康管理与个性化健康管理建议。
- 智能控制与辅助功能：自主控制、语音助手、人脸识别等技术的应用，提升用户的交互体验。
- 环境感知与安全保障：环境监测与紧急救援系统，确保老年人的安全。
- 物联网与智能家居集成：实现轮椅与智能家居设备的互联互通，提高生活的便捷性。
- 用户体验与人机交互：可视化界面、语音交互、个性化设置，增强用户的陪伴感和幸福感。
市场前景与社会价值
智能颐养椅具有广阔的市场前景，填补了针对老年人的智能辅助设备市场的空白。通过提高老年人的生活质量和安全性，该项目不仅减轻了家庭和社会的负担，还促进了相关产业链的发展，创造了更多的经济价值，在老龄化趋势明显的社会中具有重要的社会意义。