智航 —— 解决老年人出行难问题的智慧助行产品设计开发报告
摘要
人口老龄化是许多国家普遍存在的社会现象，中国也不例外，一系列与之相关的老年问题也接踵而至。其中，对于老年人这一群体的生活出行问题就亟待改善。
本报告就老年人出行难问题提出优化方案——智慧导航卡套，其核心功能是语音识别、智慧导航和一键呼救功能等。我们放弃打字输入，是因为老年人大多数对打字系统不熟悉，打字输入使用会有困难；我们的导航形式包括语音导航和可视化屏幕，这样的设计是为了满足不同老年人的需求，有的老年人可能听力不太好，那么就可以通过看屏幕来明确要去的方向。
通过对当前老人产品市场的分析与创新，期望助力改善老人群体对于科技产品的使用体验，希望本产品可以有效解决老年人出行难问题，促进智慧城市、智慧养老体系的统筹构建。
前期设计
问题背景
地铁或公交车站离最后的目的地往往还有一些距离，初来此地的人们可能需要一些协助才能到达他们最终的目的地。能够熟练或较为熟练使用智能手机的中年人和年轻人可以依靠导航软件轻松得到帮助，但对于不太会用智能手机的老年人，这最后一公里可能成为他们出门的阻碍。
由于老龄群体规模不断扩大，为改善老年人出行体验，该问题亟待改善。
设计目标
我们想要设计一款产品，来帮助不能熟练使用智能手机、不会使用手机上的导航产品、不太能看懂路标和读地图有困难的老人设计一款具有导航功能的助行产品。产品能够通过简单的操作理解用户的指令（比如了解用户想去哪），给出能被用户轻松理解的反馈，并能准确、安全地将用户带到目的地。
设计约束：便携性：产品应该便于携带，产品尺寸以不大于8cm*12cm为宜；考虑到老人群体的消费习惯，产品的硬件成本以600元为底线。
最终的设计目标参考如下：
- 指令精确程度：95%指令正确；
- 指令识别精准度：准确识别准确度不低于80%；
- 定位精准度：10米以内；
- 最大反馈延迟：3秒；
- 稳定性：单次稳定工作时长下限为6小时；
- 规格：重量不大于1千克，尺寸不大于8cm*12cm。
设计过程
为了能让设计顺利完成并且满足大多数用户的需求，我们对于用户群体以及产品的使用场景的假设并不极端。我们假设的用户群体是不能熟练使用智能手机、不会使用手机上的导航产品、不太能看懂路标和读地图有困难的老人们，但同时他们也拥有着愿意去学习、去理解一个新产品的使用并解决自己的出行问题的主观意愿。
而于此同时我们假设的应用场景是在地面较为平坦而且GPS信号稳定的区域。这样的环境能保证我们产品功能正常发挥其功能。
我们设计的这款产品，系统上有以下功能：
- 利用语音给用户播报导航内容；
- 将导航内容转换为图像的形式供用户查看；
- 利用GPS确定用户当前位置和行进方向；
- 提供按键让用户可以“一键呼救”；
- 提供超声波测距功能，当周围有用户没能注意到的障碍物时进行提示；
- 提供语音交互功能让用户能简单地告诉产品自己的目的地
由于本产品以卡套为外部造型设计，所以在成本上的花销主要集中在核心部件的实现上。按键相关的交互内容会有很高的准确性，而语音交互内容的识别准确度或许会稍欠一筹，但产品会向用户再次确认语音输入的内容是否转换正确，以保证指令的识别准确度能够符合工程规范。
卡套的外部材质方面，我们设计为皮质，力求质感和耐用性能同时在产品上得到体现。核心部件通过主板、扬声器等组成，均选用可回收型材料，利用铝合金和卡套外部进行结合。电池方面我们选择了锂电池，它是当今最为普遍的电池种类，能保证成本在一定范围内。
DFX分析结果如下表。
| 序号 | 特征 | 评估结果 |
|---|---|---|
| 1 | 可制造性（DFM） | 高。因为产品设计中并没有选择较为新颖的、量产较为困难的材料或者部件，所以产品的各个部件应该都是可以被量产化的。 |
| 2 | 可装配性（DFA） | 中等。除了将系统主体部分组装完成外，生产产品时还需要将主体和外部卡套紧密结合在一起，基本保证外部只有按键可进行交互，而使用过程中不需要在意主体系统是否会遗失。这导致了产品的装配过程会较为复杂。 |
| 3 | 可测试性（DFT） | 中等。产品的各种功能都能有很多方式去进行测试，但是由于组装过程中已经将卡套整体封装完毕，所以如果产品出现问题会较难去探查出问题的原因。 |
| 4 | 可靠性（DFT） | 高。产品的每个功能都正常运行时有高可靠性。 |
| 5 | 面向环保的设计（DFE） | 高。产品所使用的材料除电池外都能较好地被回收，对环境没有影响。 |
| 6 | 可服务性（DFS） | 中等。产品能和用户进行多种类型的交互来进行服务，但如果产品提供的所有交互方式都不能让用户满意，那么产品将无法提供更多的服务。 |
产品测试与分析
测试计划和结果
1、测试计划：
- 测试语音模块，即喇叭是否正常工作；
- 测试oled屏幕是否正常工作；
- 测试报警模块，即蜂鸣器和红色小灯是否正常工作；
- 测试短信收发功能是否正常工作；
- 整合语音模块和oled屏幕，并测试其是否正常工作；
- 整合报警模块和短信收发功能，并测试其是否正常工作。
2、测试结果：
- 语音模块能够清晰地发出指引信息以及路段情况；
- oled屏幕能将图片清晰可见地显示出来；
- 报警模块能正常工作；
- 短信收发功能正常工作；
- 整合后，语音模块和oled屏幕能很好地配合在一起，即当语音说向左转时，图片会显示左转提示。
- 报警模块与短信收发功能能很好地配合
材料清单BOM
零部件费用只包括最后设计中所包含的物品。详细的材料清单包括(可能的话)制造厂商、零件编号、零件描述、供应商、数量和成本。
本产品所需美科套件如表2.1。
| 零件 | 描述 | 数量 | 零件编号 |
|---|---|---|---|
| MCookie-Core+板子 | 128KB的Flash，16KB的SRAM，可方便、灵活的与其他符合 Microduino/mCookie 接口规范的模块、传感器进行快速的连接和扩展； | 2 | ATmega644PA/1284P |
| mCookie-OLED屏幕 | mCookie-OLED 显示模块，屏幕0.96 吋大小，分辨率128*64像素点。采用IIC驱动，可以直接叠加在mCookie的大多数模块上，或接到mCookie-Hub/zh的IIC接口与核心连接通讯 | 1 | MCBS11 |
| mCookie-BLEUPLOAD蓝牙模块 | BLEUPLOAD是一种蓝牙透传模块，固定了串口与波特率 | 1 | MCBS11 |
| MCookie-Module AudioPro音频模块 | mCookie-AudioPro是以VS1053为解码器，集成2.2W立体声功放，并且支持2.5mm立体声耳机接口的多功能音频模块，支持MIDI功能 | 1 | xxxxxx （真是这个，没骗你） |
| MCookie-GPS模块 | 核心采用UBLOX NEO-6M模组，高灵敏度，更新速率最高可达5Hz，采用IPEX接口的迷你陶瓷天线，自带可充电后备电池 | 1 | xxxxxx |
| 6.mCookie-Hub接线板 | mCookie-Hub是为了配合Microduino 传感器系列制作的,可以扩展大量数字/模拟接口的传感器扩展板 | 1 | MCBH11 |
| Sensor-Crash开关 | Sensor-Crash是一种碰撞传感器，用来检测是否发生碰撞，也可称为碰撞信号传感器，可做按键开关、限位开关用 | 1 | MSDS11 |
| 喇叭 | 可与音频模块相连的喇叭 | 1 | |
| Sensor-LED | Sensor-LED 直接控制的LED灯，有红、绿、黄三种型号 | 1 | MSLT63 |
| 10.Sensor-Buzzer蜂鸣器 | Sensor-Buzzer是无源蜂鸣器，和电磁扬声器一样，需要高低变化不同频率的电压才能发声。频率越高则音调越高。 | 1 | MSDO11 |
| Sensor-IO DuPont | 杜邦线，接引脚用 | 5个以上 | |
| 乐高拼板 | 用以设计产品外壳，封装用 | 1 |
总成本：七千多（消息来源：徐sir）
甘特图
道德伦理方面的考虑
- 善待并尊重老年人：不能主观地按照年轻人地思维习惯去解释，而要考虑到老年人的习惯、是否适应等方面。因此在产品介绍和说明，以及产品的功能上都要与老年人所遇到的问题相贴切。
- 平等：平等是老年伦理必须遵循的基本原则。对待老年人，不分年龄、性别、民族、贫富、高矮,都要—视同仁。而我们设计的产品为卡套，价格、大小、便携等都符合了我们对有效服务老年人的期待。
- 以老年人为主体：一切以为老年人服务为准，在选择产品材料、实现产品功能、产品实用验证等方面都以老年人为主体，全方位考虑。为产品的工程特性设定要实现的目标，使其满足用户需求。
安全性
- 本智能设备内含高灵敏度电子元器件，跌落、焚烧、穿刺或碾压均会造成本设备损坏。塑料制成的本设备外壳在跌落或受力冲击时可能会破碎或破裂。请勿使用已损坏的本设备，如屏幕或外壳碎裂、明显渗液，因为可能导致受伤。请勿打开本设备内部和尝试自行维修本设备。拆卸本设备可能会造成损坏、导致其不再抗水并可能导致您受伤。
- 请勿尝试自行更换本设备电池，您可能会损坏电池，从而导致过热和人身伤害。电池必须单独回收或处理，不可混于生活垃圾。请勿焚烧电池。
- 某些情形下使用本设备会分散您的注意力，有可能造成危险（例如，避免横过马路时查看前进方向）。请遵守禁止或限制使用智能设备的规定。
- 地图、路线以及基于位置的功能均依赖数据服务。这些数据服务会随时变更，而且并非所有区域都可用，因此这些服务所提供的地图、路线或者基于位置的信息可能会不可用、不准确或不完整。某些“地图”功能要求使用“定位服务”。请将本设备上提供的信息与周围的环境比较并遵守路标，以解决任何偏差。使用本设备时，请始终遵守路标，遵守所在地区的法律和法规并运用常识。
- 本设备使用USB-A转USB-C连接线和快速充电器充电，请使用符合USB 2.或后续标准且符合适用的国家/地区法规及国际和地区安全性标准的电源适配器及连接线。其他适配器和连接线可能不满足适用的安全标准，而使用这样的适配器及连接线充电可能会有死亡或者受伤风险。
- 使用损坏的线缆或充电器，或者在潮湿环境下充电会导致火灾、电击、受伤或损坏本设备或其他财物。
- 长时间接触高温本设备可能会导致设备损坏或起火。
- 用高音量听信息会损坏听力。背景噪音和持续暴露在高音量下，会让声音听起来比实际音量小。
- 本智能设备使用正常的移动网络通信模块，正常使用符合射频暴露限制。为了减少射频暴露，可适当增加使用者和产品的距离，在较长时间段不适用的情况下建议不要随身携带。
结论
简言之，我们设计的产品致力于以一种老年人容易接受的方式帮助老年人更好能完成到达目的地最后可能需要的几百米步行。借助卡包这种外在形式让老年人更快地接受我们的产品。设计过程充分了解了老年人可能的障碍和主要诉求针对性的采用简单无感的语音交互方式，产品的功能也更加适用于老年人步行导航的特点，增加了超声波避障提醒功能和一键呼救模块。在具体的原型制作中也逐步发现问题解决问题，最终制作的原型较好地体现了我们的设计理念以及完成了设计要求。
鸣谢：立鑫子、佳佳子、琦琦子、鑫康子、棋棋子