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社会老龄化越来越严重，老年人或者是残疾人的出行成了社会广泛关注的问题，传统轮椅需要利用双臂来提供向前的动力，对于很多体力不支的老人，行动范围和自由度受到了很大的限制。

针对上述问题，本文介绍了一款智能轮椅可实现变向、调速、报警以及避障等功能。

一、系统总体设计

微控制器是整个系统的核心，起着控制指挥的作用。在该系统中采用的微处理器是单片机，用于接收和处理各个模块数据，以及去发送运动控制指令。电机驱动模块则是主要负责控制电机的正反转和旋转速度的改变。超声波模块则是用来探测轮椅运动方向的前方是否存在障碍物，并且及时将信息反馈给微控制器，如果超过了使用者提前设定好的安全距离，则会立刻进行报警，用于警示使用者，若是未收到主人的刹车或变向命令，则会立刻进行紧急停止。在人群比较密集的地方，可以通过鸣笛来提醒行人避让，以免发生碰撞。

二、硬件电路设计

1、微控制器

智能轮椅的微控制器是整个系统中最重要的，其功能就跟人的大脑是一样的，是整个系统的核心与指挥中心，它拥有着处理信息和发出控制指令的作用。

2、电机驱动电路

电机是整个轮椅的动力源泉，它在整个系统中不可缺少的模块，如果没有了它，那么轮椅是无法运动行驶的，整个控制系统也就没有了存在的意义，因此，电机可是整个系统中的重中之重。

电机的旋转速度某种程度上就代表着轮椅行驶的速度，转速越大，行驶速度也就越快;转速越小，行驶速度也就越慢。后面的调速就是通过控制电机，调整其转速，从而调整轮椅行驶速度。

3、鸣笛报警电路

轮椅在行驶的过程中，肯定会不可避免地遇到一些障碍物，尤其是在人群比较密集的地方。因为轮椅的使用者都是一些上了年纪的老人以及腿脚不便的残疾人，跟年轻人、正常人相比，他们的应变能力要差很多，因此很容易发生意外，为了尽量避免意外的发生，所以设计出了该模块。我们可以提前设定好安全距离，在行驶的过程中，利用超声波传感器进行测距，一旦在设定好的安全距离内出现障碍物，那么蜂鸣器则会立刻发出声音进行警示，如果在发出警示后，没有接收到主人绕行或者停止的命令，那么会立刻启动预备方案，也就是紧急制动，及时停止前行。

4、摇杆模块

轮椅行驶的过程中，有时候需要使用者进行方向调整，为了使用方便，所以选择了摇杆控制，就跟汽车的方向盘一样，使轮椅更加灵活多变。可以通过摇杆进行方向调整，摇杆控制舵机转动，摇杆旋转多少度，舵机也会随之旋转，从而达到控制方向的目的，实现前进、后退、左转以及右转等等。

5、避障电路

超声波是人类听不到的一种声波，而且对人体损伤极小，并且不易发散，非常适合用来进行距离测量。为了尽量避免轮椅行驶过程中出现碰撞之类的意外，我们可以提前设定好安全距离，然后用超声波传感器进行距离测量，一旦在安全距离内出现障碍物，则会立即进行紧急制动。这也是为了保障使用者的安全。

6、调速模块

轮椅行驶的过程就跟我们人类行走一样，它代替了那些不方便行走的群体的双腿，它不可能就只有一个速度，使用者会根据环境的不同，来进行行驶速度调整，比如人群密集的地方，就要低速行驶;而在直线行驶并且人员稀少的地方，速度就可以进行提升。

可以通过按键来进行速度地调整，3个按键分别代表了加速、减少以及停止，当按下按键时，微控制器会收到信号，然后会控制电机，调整电机的转速，从而达到控制速度的目的。比如说按下加速键，微控制器就会控制电机加快转速;按下减速键，微控制器就会控制电机减小转速;而按下停止键，微控制器就会控制电机停止旋转。

三、智能轮椅控制系统软件设计

对硬件设计进行介绍，把整个硬件电路分为了多个模块。这种思想与方法也同样适用于软件方面程序地编写，利用这种方式，在编写的过程中如果出现错误，也更容易找到错误，然后进行修改。

当用户使用轮椅的时候，轮椅在行驶的过程中，需要采集信息，其中包含了超声波模块对障碍物距离的检测。接着，将采集到的信息传给微控制器，然后微控制器对信息进行处理，最后控制器发送出对应的控制命令。其在启动之后，首先会对内部进行检测，查看是否能正常运行;接着会对周围环境进行检测，命令勘察，确定行驶方向以及行驶速度，然后进行判断，是否能够开始行驶，如果某个环节出了问题，导致其无法正常行驶，那么会立刻停止运行。

四、系统测试

1、调速变向性能测试

在测试的过程中，通过摇杆来控制行驶方向，并且实现改变方向，比如说左转、右转、前进以及后退等等;通过按键实现速度的调整。步骤如下:通过摇杆控制小车前进，然后通过按键改变它的行驶速度，观察它的速度变化;然后通过摇杆改变它方向。观察整个过程，查看舵机的变化，看看它是否能按照指令执行，调整角度以及执行的准确性和灵活性。经过验证，通过相片对比发现摇杆变动时，舵机的角度也会随之改变;通过按键也可以调整电机的转速，说明它可以按照指令进行电机转速地调整以及方向的改变，并且灵活性和准确性也极高，完全达到了预期的效果。

2、避障性能测试

超声波避障是为了使用者安全考虑，测试步骤如下:提前设定好安全距离，然后在超声波传感器的前方布置障碍物，接着移动超声波传感器，注意两者之间的距离，当它与障碍物的距离小于或者等于安全距离时，不给它下达制动命令，观察它是否会及时地进行紧急制动，停止前行，防止与障碍物发生碰撞。

经过验证，发现它会及时制动，可以达到预期的避障功能，避免意外的发生，完全达到了预期的效果。

3、报警模块性能测试

该模块测试步骤如下:在移动超声波传感器的过程中，通过按键进行鸣笛，观察蜂鸣器是否能发出声音，进行示意;在它的前方布置障碍物，将超声波传感器向障碍物移动，在这个过程中，注意与障碍物的距离，观察蜂鸣器是否正常并且及时进行报警，提醒使用者停止或者变向绕开障碍物。经过验证，发现它能够实现鸣笛功能，以及及时报警功能，达到了预期的效果。通过对控制系统的各个模块进行测试，发现各个功能都能正常使用，都达到了设计要求，从最终的结果可以看出该智能轮椅控制系统具有有效性和可行性，是可以运用到社会中，供那些行动不便的弱势群体使用。

针对老人出行不便的问题，设计出一套智能轮椅控制系统，用于改善那些行走不便的弱势群体的生活。该系统具有实时检测障碍物、鸣笛、换向等功能，能够帮助老人及时避开障碍物，降低事故发生的概率，提高老人的生活体验。