磁阻傳感器的磁阻元件會(huì)形成一個(gè)共同的敏感軸，有3個(gè)相互正交的敏感軸分別指向XYZ方向。MCU通過I?C總線讀出XY方向的坐標(biāo)信息，并利用角度算法處理由磁阻傳感器處理產(chǎn)生的磁場(chǎng)信號(hào)和GPS模塊接收到的位置信號(hào)以及終點(diǎn)的位置信號(hào)，得出前往終點(diǎn)的方向信號(hào)，并通過LED顯示屏呈現(xiàn)出前進(jìn)的方向箭頭，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的功能。

所述方向算法的具體計(jì)算方式為：將目的地的經(jīng)度和緯度分別減去當(dāng)前位置的經(jīng)度和緯度，再乘上經(jīng)緯度每變化1°所改變的距離。上述計(jì)算可得到目的地與當(dāng)前位置在南北方向和東西方向的距離，然后將這兩個(gè)距離代入反正切函數(shù)，得到以東方為基準(zhǔn)，當(dāng)前位置和目的地連線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和東方形成的夾角。接著，將磁場(chǎng)傳感器返回的XY方向的數(shù)據(jù)代入反正切函數(shù)，得到以東方為基準(zhǔn)，正前方順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和東方形成的夾角。將兩個(gè)角度相減，得到以正前方為基準(zhǔn)，當(dāng)前位置和目的地連線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和正前方形成的夾角。

得知夾角和基準(zhǔn)方向以后，LED顯示屏將方向以箭頭圖案顯示出來，移動(dòng)過程中不斷更新方向。當(dāng)用戶所在位置跟目的地經(jīng)緯度相差都小于0.04”，即大約5m到10m時(shí)，系統(tǒng)則認(rèn)為用戶已經(jīng)到達(dá)目的地，LED顯示屏顯示“OK”字樣。

2.3 定位短信求助

該功能選用TC35集成模塊，對(duì)GSM信號(hào)的捕抓敏感，通信質(zhì)量好。

MCU通過判斷GPS模塊接收的GPS信號(hào)是否有效，向GSM模塊發(fā)送不同的AT指令。當(dāng)接收的GPS信號(hào)有效時(shí)，系統(tǒng)通過處理GPS信號(hào)得到該處的位置信息，并通過GSM模塊向指定的手機(jī)用戶發(fā)送具有老年人精確地理位置的求助短信;當(dāng)接收的GPS信號(hào)無效時(shí)，系統(tǒng)將直接通過GSM模塊向指定的手機(jī)用戶發(fā)送求助短信(“I need help”)。

2.4 暖手

該功能所選用的碳纖維發(fā)熱體，升溫迅速，電熱轉(zhuǎn)換效率高。

系統(tǒng)運(yùn)行后，內(nèi)置溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)溫度低于20°C時(shí)，MCU啟動(dòng)加熱模塊，碳纖維發(fā)熱體正負(fù)極通電，短時(shí)間內(nèi)，溫度上升至約43℃，停止加熱。待溫度降至20℃以下，發(fā)熱模塊再次啟動(dòng)。由于碳纖維內(nèi)嵌于塑料層中，密封性能好，保溫效果顯著。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)

3.1 定位與短信求助功能測(cè)試

在所選的位置，按下“定位”按鍵，若定位成功，顯示屏?xí)@示“OK”字樣;若定位無效，則顯示屏?xí)@示“X”字樣。10s以后，按下“短信求助”按鍵，20s內(nèi)，目的手機(jī)會(huì)接收到系統(tǒng)發(fā)過來的短信。若定位成功，手機(jī)接收到的信息內(nèi)容為該位置的經(jīng)緯度，以谷歌地球搜索到該地點(diǎn)經(jīng)緯度作為理論經(jīng)緯度，兩者對(duì)比以后，得到距離誤差。若定位無效，手機(jī)接收到的信息內(nèi)容為“I need help”的語(yǔ)句。定位與短信求助功能測(cè)試數(shù)據(jù)，如表1所示。

(注：表中測(cè)試數(shù)據(jù)的地點(diǎn)為暨南大學(xué)本部;測(cè)試時(shí)間為2013—10—21)

表1表明，在相對(duì)開放的環(huán)境下，系統(tǒng)能夠成功定位并較準(zhǔn)確地獲取所在位置的經(jīng)緯度;在封閉的環(huán)境下，天花板嚴(yán)重影響了GPS接收信息的質(zhì)量，系統(tǒng)無法獲取所在環(huán)境的經(jīng)緯度，但依然能夠成功向指定手機(jī)發(fā)送求助信息。

3.2 導(dǎo)航測(cè)試數(shù)據(jù)

在表2中的終點(diǎn)預(yù)先按下“定位”鍵，將其經(jīng)緯度儲(chǔ)存在EEEPROM中。按下“導(dǎo)航”鍵，依次經(jīng)過表2中的五個(gè)測(cè)試地點(diǎn)并記錄顯示屏箭頭指示的方向，導(dǎo)航數(shù)據(jù)如表2所示。

3.3 發(fā)熱模塊測(cè)試數(shù)據(jù)

于傘柄上部、下部?jī)蓚€(gè)位置，使用紅外測(cè)溫儀進(jìn)行發(fā)熱模塊啟動(dòng)前后的溫度測(cè)試，計(jì)算溫度平均值，并使用計(jì)時(shí)器測(cè)量系統(tǒng)加熱時(shí)間以及保溫時(shí)間，具體數(shù)值如表3所示。

表3說明了碳纖維發(fā)熱體較高的轉(zhuǎn)換效率以及該系統(tǒng)良好的保溫特性。

經(jīng)過測(cè)試數(shù)據(jù)分析，說明本設(shè)計(jì)各方面指標(biāo)均能夠達(dá)到要求，性能穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)根據(jù)傘的基本結(jié)構(gòu)，提出采用圓柱形電路板、可折疊式顯示屏以及柔性電路板等，把GPS功能電路、GSM功能電路、磁阻傳感器以及LED顯示屏等巧妙地集成在了雨傘中。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易的方向?qū)Ш焦δ?，短信求助以及天冷時(shí)暖手的功能，且操作簡(jiǎn)單、成本低。智能傘可讓老年人家人及時(shí)知曉老年人外出時(shí)的情況。同時(shí)本設(shè)計(jì)可正確為老年人指示回家的方向，減輕了家人對(duì)老年人的照看壓力。另外，傘柄中碳纖維發(fā)熱體可給老年人帶去更人性化服務(wù)。本設(shè)計(jì)為老年人提供舒適安全的智能生活方式提出了一種有益的嘗試。