本設計由針對『行動不便者』為出發點，改善他們使用輪椅的便利性與安全性，讓使用者對於使用輪椅代步更為滿意；並且開發一套Android App程式，讓使用者可以透過手機操作輪椅，其功能包含「操作輪椅行動」、「顯示輪椅各項數據」、「Google Map系統」，以及「Wi-Fi綁定」等功能。使用者可以藉由手機查看輪椅當前的一些數據，例如剩餘電量、預測剩餘可行走距離、當前速度、水平狀況以及顯示當前位置與地圖等資訊，這些功能都可以讓使用者對於使用輪椅更加滿意。
在手機普及的現代，若能使用手邊的工具，加入輪椅系統的一部分，便能讓更多種的車輛資訊，在使用者的監控中。另外在行駛的過程，也有在人行道壓傷人或操作不慎摔落的案例，透過內建的智慧控制系統，及時防止意外發生，讓使用者避免二次傷害。
而本文中的智慧輪椅創作特色包含：
．自行開發的Android APP讓使用者可以用手機來操作輪椅。
．輪椅可以與手機做綁定，以防止他人的干擾。
．自行設計Android APP介面，方便且簡單使用。
．障礙物偵測加上蜂鳴器，當遇障礙物時，蜂鳴器可發出警示聲。
．水平偵測，下坡限速。
．電量與速度偵測，預測剩餘的可行走距離。
．因應智慧型手機普及，可與輪椅綁定。
．APP介面可觀察是否有障礙物情形。
．手機操控輪椅動作。
．可搭配Google Map定位。
為實現上述特色，此一智慧輪椅使用盛群的HT32F52352晶片與KSM048、MCP2515、HC-SR04 、MPU9250、ESP8266、YS-27以及樹莓派3設計。
智慧輪椅三大設計架構
本產品設計主要分成三大部分，第一個部分為手機端的Android APP，其中包含「操作輪椅」、「障礙物雷達」、「Google Map定位」、「Wi-Fi綁定」等功能。第二部分為樹莓派端的資料處理及傳送。第三部分則為MCU節點端，各感測器資訊以及MCP2515的資料傳送。
運用MCU/感測器實現輪椅感測功能
利用MCP2515微控制器去讀取多個感測器以獲取輪椅的各項數據，如電量、速度、坡度等，再透過CAN BUS協定交換資料以達到資料傳送的功能。
而透過KSM048模組，基於電阻分壓器設計原理，可使端子介面的輸入電壓縮小5倍，例如Arduino模擬輸入電壓最高為5V，那麼電壓檢測模組輸入電壓則不可大於25V(如果使用3.3V系統，輸入電壓不可大於16.5V)。
同時，由於晶片具有12位元AD，因此該模組的類比解析度為0.000805V(3.3V/4096)，故輸入電壓檢測模組的最小電壓為0.004025V。
HC-SR04由超音波發射器、接收器和控制電路所組成。當它被觸發的時候，會發射一連串40kHz的聲波，並且從離它最近的物體反射回接收器接收回音。藉由這樣的收發，取得音波從出發到接收的時間，計算後便能得到與前方物體的距離。而該感測器可探測的距離約2~400cm，感應角度為15度。
至於MPU9250晶片是一個9軸姿態感測晶片，其中包含了3軸加速度感測器、3軸角速度感測器及三軸磁力計。其本質上是MPU6050晶片加上AK8963，可以獲取感測晶片的加速度、角速度，以及磁力值。角速度可以得知晶片的轉動速度，加速度可以知道晶片運動的距離、速度情況，而磁力計可以知道晶片的運動方向。
收到這個SSID廣播封包，Client可以藉此決定是否要和這一個SSID的AP連線，使用者可以設定要連線到哪一個SSID。
樹莓派3配有1.2GHz(四核心)ARM Cortex-A53 64位元的處理器，且具備1024MB(LPDDR2)的記憶體，4個USB 2.0介面，同時也支援802.11n的無線網路，大小僅有85×53毫米，約一張名片大小。
樹莓派主要使用基於Linux內核的作業系統，第一代樹莓派是基於ARMv6架構的ARM11晶片，目前的幾個流行的Linux版本，包括Ubuntu在內，將不能在ARM11上執行。在原生的樹莓派上不太可能執行Windows，不過新的樹莓派2已經可以執行Windows 10物聯網核心版，而2017年Windows 10 IoT Core Creators Update正式支援樹莓派3平台。
另外MPU9250晶片內置DMP姿態融合器，可以在不涉及算法的情況下，直接讀取出描述物體狀態的四元數，藉此得出物體的三維角度–航向角、翻滾角、俯仰角。此晶片在智慧輪椅設計中負責水平偵測的角色，當水平超過一定值時，就會限制馬達速度。
網路設計
MCP2515是一款獨立控制器區域網路(Controller Area Network, CAN)協定控制器，完全支援CAN V2.0B技術規範，且傳輸速率為1Mbps。該元件能發送和接收兩種標準協定以及擴充數據和遠端通訊。其自帶的兩個驗收遮罩暫存器和六個驗收濾波暫存器可以過濾掉不必要的封包，因此減少了主單晶片(MCU)的開銷。另外，該控制器與MCU的連接是通過業界標準串列外設介面(SPI)來實現的。
而在Wi-Fi的設置上，至少需要一個存取點(Access Point, AP)和一個或一個以上的客戶端(Client)。無線AP每100ms將SSID(Service Set Identifier)經由Beacons(訊號台)封包廣播一次，Beacons封包的傳輸速率是1Mbps，而且長度相當的短，所以這個廣播對網路效能的影響不大。因為Wi-Fi規定的最低傳輸速率是1 Mbps，所以確保所有的Wi-Fi Client端都能收到SSID廣播封包。
最後則是CAN網路。CAN是由博世(Bosch)公司於1895年所開發的通訊協定，本是要用於車內網路(In-Vehicle Network)。在此之前，汽車製造商均是透過點對點接線系統而由於車輛使用越來越多的電子裝置，因此大量的傳統接線除了將占據許多空間之外，亦將提高成本。有鑑於此，製造商開始以車內網路取代實體接線，藉以降低接線成本、複雜度與體積/重量。CAN BUS即為高密度的序列匯流排系統，其原理是建構智慧型裝置的網路功能，現已成為車內網路的標準(圖1)。
本設計使用了5個節點，每個節點都有特殊編號，並利用類似於三相交握的方式傳送資訊，當樹莓派端發送特定ID的資料時，該特定ID的節點就會回傳感測器的資訊，以達到穩定控制的效果(表1)。
Wi-Fi綁定達到輪椅狀態掌控
圖2為本設計之系統架構圖，由四個感測器、樹莓派以及智慧型手機所組成。使用者先將手機與輪椅進行設定及綁定，設定完成後，手機端開啟Wi-Fi熱點輪椅就會自動連上該手機，輪椅的相關資訊就會即時顯示在Android APP上。使用者坐在輪椅上，可以查看目前剩餘電量、剩餘電量可行走距離、目前速度、Google Map等，以方便使用者出門時查看自己輪椅目前的狀態。
樹莓派測試方法
本產品是透過樹莓派傳送資料給手機，顯示給使用者查看，了解當下輪椅的狀態，例如速度、電量等，且可以使用手機來操作輪椅(圖3)。
如圖4所示，為CAN BUS節點之間傳送的資料，透過MCP2515讀取到的資料，再經由樹莓派傳送給手機。
圖3為使用Android APP的流程圖，使用者先將手機與輪椅綁定之後，即可在手機端查看輪椅的各項數據以及操控輪椅。手機綁定輪椅完成後輪椅端就會自行尋找並與手機連線，此時只要將手機的Wi-Fi熱點打開讓輪椅連線即可。APP分別有四個頁面：
1.輪椅操控及狀態顯示頁面：可以用螢幕上的搖桿控制輪椅，並將測器接收到的資料透過樹莓派傳送至手機並顯示在頁面上。
2.Google Map頁面：可以透過手機接收GPS訊號並將目前位置顯示在該頁面上。
3.障礙物感測頁面：可以將輪椅前後方障礙物的距離以雷達的方式顯示在手機上。
4.輪椅綁定頁面：將使用者手機的 Wi-Fi熱點之名稱跟密碼，傳送給輪椅即可完成綁定。
利用樹莓派內建的SPI、UART傳輸格式，透過SPI與MCP2515傳輸以應用CAN BUS協定，以及UART與ESP8266傳輸完成手機與輪椅綁定的功能，如此才得以透過CAN BUS協定，取得各個感測器的資料，之後再傳送給手機顯示至螢幕上(圖5)。
運用Android應用程式
本產品以Android應用程式設計圖形化界面，使用者在開啟Android應用程式後，會進入到主頁面。主頁面會顯示各種功能，首先是輪椅操控及狀態顯示，如圖6所示為輪椅操控及狀態顯示頁面，相關的輪椅資料會顯示在右上角的資訊欄裡，下方的圓圈則是可以遙控輪椅的搖桿。
其次是Google Map頁面，如圖7所示，可以將輪椅目前的位置顯示於應用程式的地圖上。接著是障礙物雷達頁面，如圖8 所示，利用超音波感測模組取得輪椅前後障礙物的距離，並且用雷達顯示在此頁面上。
最後則是Wi-Fi綁定頁面。如圖9所示，選定輪椅連接，並且將使用者手機Wi-Fi熱點之名稱，以及密碼傳送給輪椅並完成綁定(圖10)。之後開啟Wi-Fi熱點即可將輪椅的資訊透過Wi-Fi傳送，並且顯示在圖頁面上。
綜上所述，本設計為了讓輪椅使用者可以隨時查看輪椅目前的狀態，使用感測器偵測輪椅的資訊，再經由CAN BUS 協定統一送到樹莓派，即可在手機上查看輪椅相關資訊。在手機上安裝APP即可查看輪椅狀態及遙控輪椅，在現在幾乎人手一機的時代裡，希望能在使用輪椅上更方便，因此開發此套系統。
