物联网+养老：基于机智云与STM32的智能拐杖安全监测系统
随着人口老龄化趋势的持续加深，智慧养老成为社会关注的热点议题，尤其在提升老年人出行安全和健康管理方面，技术革新发挥着关键作用。传统拐杖功能单一、缺乏智能化手段，难以满足现代养老需求。针对这一问题，研究团队提出了一种基于多传感器融合与物联网技术的智能拐杖系统，结合机智云平台与STM32微控制器，集成GPS定位、姿态检测、超声波避障等模块，配套OLED显示与智能手机App，实现定位、防摔、报警与云端监控等一体化功能，为老年人提供更安全、便捷的出行保障。
该系统不仅可实时监测老人位置与身体姿态，还能通过语音、短信等方式及时报警，并将数据上传至云端，便于家属远程查看与管理。
系统总体设计
智能拐杖系统集成了GPS定位、姿态识别、障碍物检测、OLED显示、短信报警、语音提醒及Wi-Fi联网等多项功能。整体架构以STM32为核心处理单元，连接各类传感器模块与通信组件，实现本地与远程交互。系统结构详见图1。
图1 智能拐杖系统总体设计结构
硬件设计
系统以STM32作为主控芯片，负责采集与处理来自各传感器的数据，并通过Wi-Fi模块与机智云平台通信。GPS模块通过串口获取位置信息，并在App与OLED屏上显示；姿态传感器通过I²C协议将加速度与角速度数据传送至主控芯片；当检测到异常跌倒时，系统触发GSM模块发送报警短信；超声波传感器用于识别前方障碍物，同时通过语音模块发出提醒。
主控芯片
在嵌入式芯片选型方面，系统采用STM32F103RC8T6型号，其32位架构、72 MHz主频、256 KB程序存储器和48 KB数据存储空间，兼顾性能与功耗控制，适合智能拐杖应用。
定位模块选型与电路设计
系统使用北斗兼容的ATGMH336H-5N模块，通过TX和RX串口连接STM32的PA9与PA10引脚，实现地理定位信息的读取与显示。
防跌倒模块选型与电路设计
MPU6050六轴传感器集成了三轴加速度计和陀螺仪，并通过I²C接口与主控芯片通信。系统通过采集姿态数据判断跌倒状态，一旦发现异常角度，即触发报警。
障碍物检测模块选型与电路设计
系统采用HC-SR04超声波传感器，通过测量回波时间计算障碍物距离，其TRIG与ECHO引脚分别连接至STM32的PB14与PB15引脚。
液晶显示模块选型与电路设计
系统配置了OLED显示屏，用于实时显示位置、姿态等信息。显示模块通过I²C接口与STM32的PB8和PB9引脚连接，为用户提供直观反馈。
短信报警模块选型与电路设计
选用SIM900A GSM模块实现短信报警功能。模块通过UART接口与STM32通信，TX与RX引脚分别连接至PB10与PB11，确保报警信息可及时发送。
语音提示模块选型与电路设计
系统集成JQ8900语音模块，支持音频解码与存储。该模块通过TTL串口与STM32的PB0与PB1引脚连接，实现语音报警提示。
Wi-Fi模块选型与电路设计
系统采用ESP8266 Wi-Fi模块，通过串口通信将数据上传至机智云平台。模块的TXD和RXD引脚分别连接至STM32的PA2和PA3引脚，并由3.3 V电源供电。
软件设计
系统软件部分包括主程序逻辑、Wi-Fi通信协议及机智云平台集成。
主程序设计
主程序流程包括初始化OLED、传感器及通信模块，实时采集定位与姿态数据，并在检测到障碍物或异常姿态时触发报警。主流程如图3所示。
图3 主程序设计流程
Wi-Fi通信模块设计
ESP8266模块通过初始化函数ESP8266_Init()进入工作模式，设定为STA模式并连接指定Wi-Fi网络。数据通过ESP_SetupServer()与ESP_HandleClientRequests()进行接收与处理。
机智云平台设计
系统通过机智云平台实现远程监控与数据上传。开发人员在平台上创建产品与数据点，包括位置、姿态、报警状态等关键信息。平台生成的代码实现了通信协议封装与传感器数据解析，支持App端的实时监控与报警反馈。App功能界面如图4所示。
图4 App功能设计界面
系统实现与测试
系统完成硬件焊接与软件调试后，接入5 V电源进行功能验证，确认各模块正常运行。硬件实物如图5所示。
图5 智能拐杖系统硬件实物
在测试过程中，通过USB-TTL接口发送测试短信，系统模拟跌倒状态后，语音模块发出提示，手机端随即收到报警信息。短信报警功能测试结果如图6所示。
图6 短信报警测试
结语
本文设计并实现了一套基于机智云与STM32的智能拐杖系统，具备GPS定位、跌倒监测、障碍物预警及远程通信等核心功能。系统通过多传感器融合与无线通信技术，提升了老年人出行的安全性与便捷性，为智慧养老提供了一种可行的技术解决方案。