一种针对行为障碍者的爬楼助力装置的研究与应用

王冰珂?李飞

摘要：本文设计的针对行为障碍者的爬楼助力装置由重量检测部分和机械运作部分组成。重量检测部分，使用四只YZC-161B型传感器组成全桥测量，以及HX71124位精度的AD称重模块，收集到的重量信号由Arduino Mega2560处理。机械运作部分由由检测部分数据作为依据，一旦检测值超出设定阈值，便启动电机，人们只需要站在踏板上，就可以上楼。

关键词：行为障碍者;YZC-161B型传感器;称重模块

一 前言

针对行为障碍者的爬楼助力装置安装在楼梯的扶手上，针对行为障碍者腿脚不好，不方便上下楼的因素，针对性的对于没有电梯的老式楼层以及复式机构的房屋，在不影响居民的生活以及已有楼梯的结构下，研究了针对行为障碍者的爬楼助力装置，希望可以帮助人们便捷的出门。

二 总体方案设计

本系统由重量检测部分和机械运作部分组成。系统方案框图如图1所示。

重量检测部分过程如下：待按下开关后，装置上的踏板落下，YZC-161B型传感器和HX711AD称重模块检测重量并输出数字信号给Mega 2560处理，与设定的重量阈值进行比较，若重量过大，便有语音提示警告，若重量在阈值范围内则启动机械运作部分，电机转动，带着人达到相应的楼层，当人离开时，装置上的踏板便会自动的收起，不会影响到楼梯的正常使用。

图1 针对行为障碍者的爬楼助力装置系统框图

三 硬件电路设计

该系统的组成部分如下：

主控部分：Arduino Mega2560单片机为本系统的核心控制各个模块的运行。

检测部分：使用4个YZC-161B型传感器以及HX71124位AD称重模块进行检测，检测结果与系统设置的阈值进行比较。

声光报警部分：采用ISD1820录音语音模块，进行报警以及LED灯进行警示。

机械运作部分：采用大功率永磁直流电机。

3.1重量检测部分

3.1.1YZC-161B型传感器

称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置。称重传感器采用金属电阻应变片组成测量桥路，利用金属电阻丝在张力作用下伸长变细，电阻增加的原理，即金属电阻随所受应变而变化的效应而制成的。

图2桥式测量电路工作原理

使用四只传感器组成全桥测量，量程为四只传感器的量程之和：50kgx4=200kg

3.1.2HX711A/D转换芯片

模块采用24位高精度的A/D转换器芯片hx711，是一款专为高精度电子称而设计的，具有两路模拟通道输入，内部集成128倍增益可编程放大器。输入电路可配置为提供桥压的电桥式（如压力、称重）传感器模式是一款理想的高精度低成本采样前端模块。

3.2语音告警部分

模块采用ISD1820录音语音模块，该模块可录制8-20秒的声音，内置8欧的喇叭驱动放大电路，并且不需要开发系统

四 軟件编程设计

系统语言为C语言，由Keil5进行编程。模块化的设计理念不仅解决了工作量大的缺点而且思路清晰易操作。该程序包括子程序，如传感器输入、数据收集、数据处理、声光报警和机械驱动。数据采集程序将得到的数据输入至转换器，然后输入微控制器;接下来系统给出的数值与设定浓度阈值进行比对，若超标，报警随之响起，不超标电机开始工作。

五 为障碍者的爬楼助力装置的特色

针对不同的楼房结构需要设计不同的方案，以便人们选择。

在机器越障的运动学模型基础上，改变机构相关尺寸进行仿真分析，从而得到最优解。

机械运作部分传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳，且使用地形范围较广，在一些不规则的楼梯上也能使用，技术比较成熟。

参考文献：

[1] 王千.实用电子电路大全[M]. 电子工业出版社，2001

[2] 冯博琴.微型计算机原理与接口技术[M]. 北京：清华大学出版社，2004

[3] 徐新艳.单片机原理、应用与实践[M]. 北京：高等教育出版社，2005