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加剧以及科技的不断发展，“物联网 + 养老”已成为智慧养老领域的重要方向。老年人在日常出行中面临诸多安全风险，尤其是在跌倒、突发疾病以及交通障碍等方面，对健康与安全的实时监测需求日益增加。为应对传统拐杖功能单一、智能化程度不足的问题，研究人员提出了一种融合多种传感器与机智云物联网平台的智能拐杖系统。该系统以 STM32 微控制器为核心，集成了 GPS 定位、姿态检测、超声波避障等模块，并搭配 OLED 显示屏和机智云手机 App，实现了定位追踪、跌倒预警、紧急报警以及远程监控等一体化功能，为老年人提供更为安全、便捷的出行辅助。
系统支持 GPS 定位、跌倒检测、障碍物识别、实时显示、短信报警、语音提醒和 Wi-Fi 接入等多重功能。其整体架构如图 1 所示，涵盖了硬件模块配置与软件数据交互的完整设计。
系统总体设计
智能拐杖系统通过 STM32 处理来自各类传感器的数据，并将关键信息传输至 OLED 显示屏和机智云 App，实现本地与远程的信息同步。Wi-Fi 模块负责连接 App，姿态检测模块用于识别用户的跌倒动作，超声波传感器则用于检测前方障碍物并发出语音提示。系统功能模块之间的数据交互与控制逻辑构成了完整的智能监控网络。
硬件设计
系统以 STM32 主控芯片为核心处理单元，负责协调各传感器的数据采集与传输。GPS 定位模块通过串口通信向单片机传送地理坐标，随后在 OLED 屏幕与 App 中显示。姿态检测采用 MPU6050 传感器，通过 IIC 通信接口向控制器提供角速度和加速度数据。当检测到异常姿态时，系统将自动触发 GSM 模块发送报警信息。
此外，超声波传感器 HC-SR04 用于探测前方障碍物，一旦检测到潜在危险，系统将通过语音模块提示用户。Wi-Fi 模块 ESP8266 实现了远程联网功能，使数据能够上传至云端，便于家属或监护人员查看。系统整体电路结构如图 2 所示。
主控芯片选型
系统选用 STM32F103RC8T6 作为核心控制器。该芯片基于 ARM Cortex-M3 架构，具备高性能与低功耗特性，适用于嵌入式设备开发。芯片最高主频为 72 MHz，程序存储容量为 256 KB，数据存储容量为 48 KB，能够满足系统的功能需求。
定位模块设计
为实现精准定位，系统采用了中科微电子的北斗导航定位模块 ATGMH336H-5N。该模块支持低功耗 GPS/BD 定位，具备较高的性价比。其 TX 和 RX 引脚分别连接到 STM32 的 PA10 与 PA9，实现数据的双向通信，最终通过 OLED 显示屏输出定位结果。
防跌倒模块设计
跌倒检测模块采用六轴姿态传感器 MPU6050，内部集成加速度计、陀螺仪和 DMP（数字运动处理器），用于分析用户姿态。该模块通过 IIC 总线与 STM32 连接，SCL 和 SDA 信号分别连接到 PB6 与 PB7 引脚。当检测到用户处于非正常姿态时，系统将启动报警机制。
障碍物检测模块设计
超声波模块 HC-SR04 通过发射与接收回波信号实现距离测量。其 TRIG 与 ECHO 引脚分别连接至 STM32 的 PB14 与 PB15，用于检测障碍物并触发语音报警。
OLED 显示模块设计
系统配备 OLED 显示屏，用于实时展示位置、姿态等关键信息。其 SCL 和 SDA 引脚分别连接到 STM32 的 PB8 与 PB9，VCC 供电引脚连接至 3.3 V，GND 接地。屏幕支持 IIC 通信，便于数据的高效显示。
短信报警模块设计
短信报警采用 SIM900A 模块，通过 UART 通信方式与 STM32 交换数据。模块 TX 引脚连接至 PB11，RX 引脚连接至 PB10。为保证通信稳定，需确保电平兼容。
语音提示模块设计
语音模块 JQ8900 内置音频解码器和存储单元，用于播放预存语音信息。模块 TX 与 RX 引脚分别连接至 STM32 的 PB0 与 PB1。当系统检测到跌倒或障碍物时，语音模块将发出相应提示。
Wi-Fi 通信模块设计
ESP8266 模块支持 Wi-Fi 接入和 TCP/IP 协议栈，可将数据上传至机智云平台。其 RXD 与 TXD 引脚分别连接至 STM32 的 PA2 与 PA3，电源引脚接入 3.3 V 电压。
软件设计
系统主程序流程包括初始化 OLED 屏幕、传感器模块和串口通信。在运行过程中，系统持续采集定位、姿态和距离数据，一旦发现异常状态，立即触发语音和短信报警功能，并将数据上传至 App。
Wi-Fi 联网模块设计
ESP8266 的通信模块通过初始化函数 ESP8266_Init() 启动，随后设置工作模式为 STA 并连接 Wi-Fi。ESP_SetupServer() 负责创建服务器，处理 App 与设备之间的数据通信。
机智云平台设计
系统通过机智云平台实现远程数据监控与设备控制。平台支持创建产品模型与数据点，涵盖定位信息、跌倒状态、障碍物距离等关键参数。通过移植 SDK，系统能够解析通信协议，并将传感器数据封装为云端可读格式。App 界面设计如图 4 所示，便于用户查看实时状态。
系统测试与实现
经过电路焊接与功能调试，系统成功实现了各项预定功能。测试过程中，通过模拟跌倒动作验证了报警机制，短信发送与语音提示均能准确响应。系统硬件实物如图 5 所示，Wi-Fi 联网与 App 显示正常。
在短信报警功能的测试中，系统通过 USB-TTL 连接发送 Unicode 编码短信，验证了 GSM 模块的可靠性。当系统发生异常倾斜时，语音模块立即发出报警提示，手机端也收到了相应的求助短信，测试结果如图 6 所示。
结语
本文设计并实现了一种基于机智云平台的智能拐杖系统，融合 GPS、姿态检测、超声波避障等多项传感技术，配合 STM32 控制器与 Wi-Fi 通信模块，构建了完整的安全监测体系。系统具备定位、跌倒识别、报警提示与远程监控等核心功能，为老年人出行安全提供了有效保障。未来可在数据精度与用户交互方面进一步优化。