服务残障群体的一键式无线信息传输系统

胡敏 王宇俊 方灿 易民

关键词： 残障人群; 无线信息传输; 云平台; 远程控制; 文字信息; 通信设备

中图分类号： TN926?34; TP273                 文献标识码： A                    文章編号： 1004?373X（2019）02?0058?04

One?click wireless information transmission system for serving disabled people

HU Min， WANG Yujun， FANG Can， YI Min

（School of Computer and Information Science， Southwest University， Chongqing 400700， China）

Abstract： A simple touch?tone wireless communication device integrating functions of simplified character information transmission and remote control is designed to solve the problem that it is inconvenient for disabled people to use modern communication equipment. The device is installed in an appropriate position of a wheelchair， blind crutch or hospital bed. The very simple button operation is adopted to send demand information. Signals enter the Internet by means of the WiFi to achieve transmission of character information and control signals. The character demand information is displayed on the designated receiving terminal， and the feedback information is displayed on the displayer of the key panel in real time. The remote control of the device is realized by means of control signals and cloud platform server. The results of the actual test show that the system is simple in overall operation， and has a good stability and real?time performance.

Keywords： disabled people; wireless information transmission; cloud platform; remote control; character information; communication device

0  引  言

随着通信技术的快速发展，特别是WiFi技术的出现，使近距离的通信方式普遍地应用于人们的生活之中。在大部分人都快乐地享受着最前沿的科技成果的时候，大家却忽略了一些没有语言能力的老人和一些不能正常使用电子设备的残障人士。

在我国很多的城市里，如办公楼、图书馆、学校等大众场所，以及咖啡馆、酒店等服务行业，都有WiFi信号的广泛覆盖[1]。在这些WiFi覆盖区，随身带着一个支持WiFi功能的设备就可以轻松接入Internet。随着越来越多的区域被覆盖上WiFi网络，各大生产制造公司也加快生产各具特色的装有WiFi功能模块的手持式终端[2]。而我国也提出建设以全城WiFi为基础的智慧城市，这为使用WiFi的无线通信设备提供了极大的便利[3]。

目前市面上流行的传输设备大致分为两种：一种使用的是有线传呼器，该方式不便于携带，且接收方单一，无信息处理能力，例如医院病床上的传呼器;另外一种方式是采用ZigBee无线通信技术进行数据传输，采用拓扑结构的无线节点传输网络，这种方式使得设备的制作成本居高不下[4]。

因此本文设计的设备主要安装在轮椅、盲人拐杖或病床上合适的位置，采用极为简单的按键操作发送需求信息，信号通过WiFi进入互联网，实现文字信息和控制信号的传输。该设备除购买时的一次性投资外，使用过程无需其他任何费用，并且可以根据个人日常需要设置文字信息，满足每个使用者的个性需求。

1  系统总体设计

针对目前通信设备广泛使用的现状，为提高老年人和残疾人的生活质量，保证社会的和谐稳定，设计了一个简单，廉价且实用的数据信号无线传输系统。本系统由硬件和服务器两部分组成，硬件部分采用FPGA作为主控芯片，通过WiFi连接到服务器后端传输数据，服务器后端将数据存入数据库，服务器前端读取显示，同样的服务器前端也可以将回复的信息先发送给后端存入数据库，后端再返回给硬件。其总体结构图如图1所示。

1.1  系统硬件设计

本设计硬件系统除FPGA主控模块之外，还包括WiFi模块、显示模块、按键模块、数据处理模块。根据硬件的驱动要求使用Quartus Ⅱ编写硬件设备的驱动程序。程序完成后连接好各硬件模块，将程序下载到FPGA芯片上，运行硬件设备，测试能否实现预定功能。系统的硬件框图如图2所示。

1.1.1  主控模块

本设计采用Storm开发板对主控模块进行设计，用到开发板的FPGA，KEY，LED及时钟晶振等硬件资源[5?7]。

1.1.2  WiFi模块

本设计中信息通过WiFi进行收发，WiFi功能选用安信可公司设计的ESP8266?01模块实现。模块Pin脚定义如表1 所示。

1.1.3  显示模块

本设计中信息通过LCD显示屏进行显示，LCD显示屏选用LCD0602?A液晶屏模块实现。

1.1.4  数据处理模块

本模块是整个硬件系统的核心模块，承担了全部的数据信息的处理和模块控制功能。

本模块的核心问题是WiFi模块的数据处理和控制。当系统复位时自动初始化模块，即初始化寄存器。在系统时钟的作用下，先向WiFi模块发送AT+CWJAP？指令，检查是否连接上WiFi，如果没有连接上WiFi，则向WiFi模块发送AT+CWJAP指令，让WiFi模块连接指定WiFi，如果还是没有连接成功，则继续等待重新连接，如果连接WiFi成功则等待发送信息按键的操作，如果按下了发送信息的按键，则向WiFi模块发送AT+CIPSTART指令连接服务器，当连接服务器成功后，向WiFi模块发送AT+CIPSTART指令设置发送的数据长度，并发送相应数据，为了确保数据成功发送。除非已接收到确认信息或已按下停止按键需等待下一次信息按键的操作之外，一直反复连接服务器并发送数据。

为了更加清晰地梳理模块工作过程，指令发送情况如表2所示，工作流程如图3所示。

1.2  云服务器的设计

本设计服务器采用腾讯云服务器，服务器操作系统为Microsoft（微软）公司的Windows Server，开发运行环境为Apache+PHP+MySQL，使用Notepad++开发工具[8?10]，利用PHP编写服务器后台程序，利用HTML编写服务器前台界面。设计完成后挂载在服务器上，联合硬件设备测试是否实现预定功能。

2  软件设计

软件设计采用腾讯云服务器，系统为Windows Server 2012 R2，运行环境为Apache + PHP 7.0.12+MySQL 5.5.53。服务器按照前后端的设计思想进行设计，其中前端负责显示，后端负责数据交互处理。

2.1  前端设计

秉承简洁、清晰、易用的原则，Web前端界面借助Bootstrap框架设计布局，通过Ajax方式从后端获取数据并实时刷新。前端显示器如图4所示。

2.2  服务器后台设计

后端主要负责数据的交互工作，如与前端的交互、与硬件的交互、与数据库的交互。后端与硬件的通信采用Socket方式UDP协议通过Internet传输，前端的数据采用表单的形式通过POST方式提交给后端，前端通过Ajax方式获取后端的数据。由于信息都存储在数据库中，所以数据库的设计尤为重要，按照系统的设计要求将数据库分为五個字段，分别为设备编号，硬件发送的信息内容和时间，Web回复的内容和时间。数据库的数据表信息如表3所示。

启动服务器服务后，后端等待硬件传输数据，接收到数据时，查询数据库，查看是否已回复当前信息，如已回复，则硬件端回复“Ok”，没有回复，则回复“No”。同时等待前端发起数据请求，当Web端发起数据请求时查询数据库，并将硬件端发送的数据和时间等信息返回给Web端，并显示出来。服务器全天候保持工作状态，数据可实时传输显示。其工作流程如图5所示。

3  系统测试

3.1  实验平台

本设计是根据经济决策方案设计的一个简单、廉价的系统。将设备安装在轮椅或病床上合适的位置，采用极为简单的按键操作即可发送信息，并得到回复，实验测试结果表明，该设计能够完成预期的目的，其实物图见图6。

3.2  功能测试

根据前面的分析，图7显示屏上面显示的是按键之后的信息，表示当前设备已经发送给云端服务器的文字信息，其中R表示接收的信息，T代表的是已发送的信息，与此同时，在前端的界面会显示收到的信息，如图8所示。

当按下统一回复之后该信息就会通过WiFi传输到设备当中，此时使用该设备的人员将会知道信息已回复，如图9，图10所示。

同时为了使得该设备更加具有实用性和可操作性，在前端界面，该系统可接收多条不同的信息，并可统一回复或单个回复，如图11所示。

4  结  语

本系统的硬件端安装在轮椅、盲人拐杖或病床上合适的位置，采用简洁有效的按键操作发送需求信息。当老年人和残疾人需要特定服务时，通过按键操作与WiFi实时传输信息到远程服务器，管理人员可通过Web界面实时查看相应信息，并及时处理解决相应问题。本系统的优点主要在于其能够根据个人日常需要设置文字信息，满足每个使用者的个性需求，并且整套设备的使用操作简单、功耗低，信息传输延时较低。简易装置完成后，经测试达到满意的效果。该系统节能、方便，性价比高，易于产品化和市场化。该设备还可扩展智能家居的控制功能，通过按键发送控制信号，控制物联网中的家电，也可进一步的开发，支持微信，APP等查看信息，实现系统的进一步完善。

參考文献

[1] 白云，喻莉，谢长生，等.一种传播模型无关的快速WiFi访问点定位算法[J].小型微型计算机系统，2013，34（2）：220?223.

BAI Yun， YU Li， XIE Changsheng， et al. A model?independent fast localization algorithm of WiFi access point [J]. Journal of Chinese computer systems， 2013， 34（2）： 220?223.

[2] 张晓军，刘文远，刘永山，等.一种基于语音识别的室内定位方法[J].小型微型计算机系统，2016，37（8）：1883?1888.

ZHANG Xiaojun， LIU Wenyuan， LIU Yongshan， et al. New approach of indoor localization based on speech recognition [J]. Journal of Chinese computer systems， 2016， 37（8）： 1883?1888.

[3] 王沁，孙富明，李磊，等.FPGA设计安全性综述[J].小型微型计算机系统，2010，31（7）：1333?1337.

WANG Qin， SUN Fuming， LI Lei， et al. Survey of FPGA design security [J]. Journal of Chinese computer systems， 2010， 31（7）： 1333?1337.

[4] 黄茂芹.基于FPGA的实时无线传感器网络系统设计[D].成都：电子科技大学，2013.

HUANG Maoqin. Design of real?time wireless sensor network system based on FPGA [D]. Chengdu： University of Electronic Science and Technology， 2013.

[5] 王博，刘忠富，庄婧昱，等.基于STM32的无线温室大棚控制系统设计[J].电子测量技术，2017，40（6）：42?46.

WANG Bo， LIU Zhongfu， ZHUANG Jingyu， et al. Design of wireless greenhouse control system based on STM32 [J]. Electronic measurement technology， 2017， 40（6）： 42?46.

[6] 罗娜.基于88W8686的手持终端WiFi功能的设计与实现[D].武汉：武汉理工大学，2010.

LUO Na. Design and implementation of the handheld terminal WiFi function based on 88W8686 [D]. Wuhan： Wuhan University of Technology， 2010.

[7] 楊硕.基于FPGA的智能监控系统研究[D].兰州：兰州交通大学，2014.

YANG Shuo. Research on intelligent monitoring system based on FPGA [D]. Lanzhou： Lanzhou Jiaotong University， 2014.

[8] 边青.基于PXA320的WiFi手持终端的研究与开发[D].西安：陕西科技大学，2013.

BIAN Qing. Research and development of WiFi handheld terminal based on PXA320 [D]. Xian： Shaanxi University of Science and Technology， 2013.

[9] 陈章进，张建峰，李翰超，等.基于ZigBee技术的教学设备系统设计[J].电子测量技术，2015，38（8）：99?103.

CHEN Zhangjin， ZHANG Jianfeng， LI Hanchao， et al. Design of teaching equipment system based on ZigBee [J]. Electronic measurement technology， 2015， 38（8）： 99?103.

[10] 曾磊，张海峰，侯维岩.基于WiFi的无线测控系统设计与实现[J].电测与仪表，2011，48（7）：81?83.

ZENG Lei， ZHANG Haifeng， HOU Weiyan. Design and implementation of wireless measurement and control system based on WiFi [J]. Electrical measurement & instrumentation， 2011， 48（7）： 81?83.