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[摘 要]文章采用STM32F103VET6微控芯片结合MPU6050加速度传感器设计了一种老人跌倒检测报警系统，系统识别老人跌倒后通过蜂鸣器向身边人群发出求救信号，并通过GU900 GSM/GPRS无线模块向家人发送报警信息。文章对该系统进行了总体硬件及软件设计，可准确识别老人跌倒信息并及时的发送跌倒定位报警信息。
[关键词]STM32F103VET6单片机；加速度传感器；无线通讯
中图分类号：TP212.9；TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0067-01
引言
随着我国社会人口老龄化的不断提高，老年人跌倒的频率也逐渐提高。老年人跌倒后因子女等联系监护人员不在身边得不到及时的救治，等原因导致老年人伤残甚至死亡率逐年提升。因此，开发一种实时监测老人跌倒并及时发出呼救信息的跌倒监护系统，对于老人的安全出行有着十分重要的意义。针对这一社会问题，本文设计一种基于穿戴式的跌倒检测系统。基于STM32F103VET6智能微控芯片跌倒检测系统可以通过加速度传感器模块及时检测人体多个方向的加速度，加速度数据的采集与处理由主控制模块（单片机）来实现，判定老人跌倒后通过蜂鸣器向身边人群发出求救信号，并通过无线模块向家人发送报警信息。该系统便于携带，不易遗忘，使用方便，不会影响使用者的正常生活。因此，方便老年人的同时还大大减少老年人因跌倒而得不到救助的概率。
1 系统功能简介
系统以STM32F103VET6为主控芯片，在老人正常行走时，系统通过MPU6050里集成的陀螺仪和加速度计记录老人的步伐频率。当老人意外跌倒时，MPU6050内的加速度计通过实时解算出人体的俯仰角、滚转角和偏向角等人体数据。微控芯片将采集到的人体数据进行滤波处理，并且对滤波后的信号进行特征值的提取，对于提取到的特征量，判断人体所处的活动状态，一旦检测到人体状态发生异常时，系统寻呼程序通过中断唤醒，经行语音询问，并通过微型麦克风接收语音信号[1]。当收到确认跌倒信号后其内置的GPRS无线模块采取报警措施，联系监护人以获得及时的救助。当老人因昏厥不能语音确定时。呼叫系统经延时后自动通过无线模块向监护人救助。
2 系统硬件设计
2.1 微控芯片介绍
本文选择的STM32F103ZET6单片机是意法半导体（ST）公司发布的32位增强型微处理器产品，采用ARM公司的Cortex-M3内核，具有144个引脚和64MHz的主频[2]。STM32F103ZET6单片机采用ARM公司的32位Cortex-M3架构CPU，最高工作频率是72MHz，具有单周乘法和硬件除法。STM32F103ZET6不但具有64KB的SRAM和512KB的片上Flash，还有丰富的I/O端口，可以满足本设计的需求。
2.2 加速度传感器的介绍
MPU6050加速度传感器是一款6轴传感器模块[3]。它内部集成3轴MEMS加速度计、3轴MEMS陀螺仪、16位的ADC转换器、16位的数字温度传感器和数字运动处理器并采用QFN封装技术，使得这一款资源丰富的24引脚芯片体积仅有4mmX4mmX0.9mm。芯片的通信接口采用IIC总线进行传输，其最高串行速率可达400kbit/s，而且辅助的IIC接口通过用户编程的方式可以灵活的外接第三方的3軸数字磁力传感器，与内部3轴MEMS加速度计、3轴MEMS陀螺仪构成9轴惯性测量单元。
2.3 AD转换电路
本次设计外置了一个AD转换器AD7714。AD7714是适用于低频测量应用的完整模拟前端。器件直接从传感器接受低电平信号并输出串行数字。能实现高达24位的无误码性能。输入信号加至专有的基于模拟调制器、具有可编程增益的前端。调制器的输出由片内数字滤波器处理。AD7714具有3个差分模拟输入（它也可以配置为5个准差分模拟输入）以及差分基准输入，可以对多达5个通道的系统实现信号调理和转换。
3 软件设计
本系统以STM32F103作为整个系统的控制芯片，系统软件采用KeilMDK集成开发环境进行设计。系统上电后，首先对系统的串口、中断、定时器、IIC及MPU6050进行初始化，使能DMP，然后依次完成原始数据采集、数据滤波，最终输出人体姿态信息。确定人体跌倒后我们将系统预置信息通过GPRS模块发送出去。本设计中GPRS无线模块选用的是GU900模块，GU900作为完整的通信设备，不需要外接信号处理和射频处理电路，在完成电源和参数配置后，只需连接好外接天线即可正常工作，GU900提供SIM接口，连接好SIM卡座后，即可实现一个完整的GSM终端，并通过与GU900模块的35脚连接的LED发光二极管作为网络状态指示灯，指示模块网络通信的状态[4]。软件系统总体流程如图1所示：
4 总结
本文以STM32单片机及MPU6050加速度传感器为核心，结合GU900GPRS无线模块设计了一款老人跌倒识别系统，能有效的降低老人跌倒后因身边无人看护耽误最佳治疗时间造成的伤残或死亡的概率，为老年人生活提供了安全保障，具有较好的应用价值。
参考文献
[1] 李娜.基于人体运动状态识别的可穿戴健康监测系统研究〔D].北京工业大学，2013.
[2] 王永虹，徐伟，郝立平STM32系列ARMCortex-M3微控制器原理与实践北京，北京航空航天大学，2010.
[3] 深圳网通软件有限公司.MODEM应用技术.北京：电子工业出版社，1995.6。
作者简介
张小飞（1990-），男，山东科技大学电子通讯与物理学院硕士研究生，研究方向：智能传感器与信息处理。
[关键词]STM32F103VET6单片机；加速度传感器；无线通讯
中图分类号：TP212.9；TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0067-01
引言
随着我国社会人口老龄化的不断提高，老年人跌倒的频率也逐渐提高。老年人跌倒后因子女等联系监护人员不在身边得不到及时的救治，等原因导致老年人伤残甚至死亡率逐年提升。因此，开发一种实时监测老人跌倒并及时发出呼救信息的跌倒监护系统，对于老人的安全出行有着十分重要的意义。针对这一社会问题，本文设计一种基于穿戴式的跌倒检测系统。基于STM32F103VET6智能微控芯片跌倒检测系统可以通过加速度传感器模块及时检测人体多个方向的加速度，加速度数据的采集与处理由主控制模块（单片机）来实现，判定老人跌倒后通过蜂鸣器向身边人群发出求救信号，并通过无线模块向家人发送报警信息。该系统便于携带，不易遗忘，使用方便，不会影响使用者的正常生活。因此，方便老年人的同时还大大减少老年人因跌倒而得不到救助的概率。
1 系统功能简介
系统以STM32F103VET6为主控芯片，在老人正常行走时，系统通过MPU6050里集成的陀螺仪和加速度计记录老人的步伐频率。当老人意外跌倒时，MPU6050内的加速度计通过实时解算出人体的俯仰角、滚转角和偏向角等人体数据。微控芯片将采集到的人体数据进行滤波处理，并且对滤波后的信号进行特征值的提取，对于提取到的特征量，判断人体所处的活动状态，一旦检测到人体状态发生异常时，系统寻呼程序通过中断唤醒，经行语音询问，并通过微型麦克风接收语音信号[1]。当收到确认跌倒信号后其内置的GPRS无线模块采取报警措施，联系监护人以获得及时的救助。当老人因昏厥不能语音确定时。呼叫系统经延时后自动通过无线模块向监护人救助。
2 系统硬件设计
2.1 微控芯片介绍
本文选择的STM32F103ZET6单片机是意法半导体（ST）公司发布的32位增强型微处理器产品，采用ARM公司的Cortex-M3内核，具有144个引脚和64MHz的主频[2]。STM32F103ZET6单片机采用ARM公司的32位Cortex-M3架构CPU，最高工作频率是72MHz，具有单周乘法和硬件除法。STM32F103ZET6不但具有64KB的SRAM和512KB的片上Flash，还有丰富的I/O端口，可以满足本设计的需求。
2.2 加速度传感器的介绍
MPU6050加速度传感器是一款6轴传感器模块[3]。它内部集成3轴MEMS加速度计、3轴MEMS陀螺仪、16位的ADC转换器、16位的数字温度传感器和数字运动处理器并采用QFN封装技术，使得这一款资源丰富的24引脚芯片体积仅有4mmX4mmX0.9mm。芯片的通信接口采用IIC总线进行传输，其最高串行速率可达400kbit/s，而且辅助的IIC接口通过用户编程的方式可以灵活的外接第三方的3軸数字磁力传感器，与内部3轴MEMS加速度计、3轴MEMS陀螺仪构成9轴惯性测量单元。
2.3 AD转换电路
本次设计外置了一个AD转换器AD7714。AD7714是适用于低频测量应用的完整模拟前端。器件直接从传感器接受低电平信号并输出串行数字。能实现高达24位的无误码性能。输入信号加至专有的基于模拟调制器、具有可编程增益的前端。调制器的输出由片内数字滤波器处理。AD7714具有3个差分模拟输入（它也可以配置为5个准差分模拟输入）以及差分基准输入，可以对多达5个通道的系统实现信号调理和转换。
3 软件设计
本系统以STM32F103作为整个系统的控制芯片，系统软件采用KeilMDK集成开发环境进行设计。系统上电后，首先对系统的串口、中断、定时器、IIC及MPU6050进行初始化，使能DMP，然后依次完成原始数据采集、数据滤波，最终输出人体姿态信息。确定人体跌倒后我们将系统预置信息通过GPRS模块发送出去。本设计中GPRS无线模块选用的是GU900模块，GU900作为完整的通信设备，不需要外接信号处理和射频处理电路，在完成电源和参数配置后，只需连接好外接天线即可正常工作，GU900提供SIM接口，连接好SIM卡座后，即可实现一个完整的GSM终端，并通过与GU900模块的35脚连接的LED发光二极管作为网络状态指示灯，指示模块网络通信的状态[4]。软件系统总体流程如图1所示：
4 总结
本文以STM32单片机及MPU6050加速度传感器为核心，结合GU900GPRS无线模块设计了一款老人跌倒识别系统，能有效的降低老人跌倒后因身边无人看护耽误最佳治疗时间造成的伤残或死亡的概率，为老年人生活提供了安全保障，具有较好的应用价值。
参考文献
[1] 李娜.基于人体运动状态识别的可穿戴健康监测系统研究〔D].北京工业大学，2013.
[2] 王永虹，徐伟，郝立平STM32系列ARMCortex-M3微控制器原理与实践北京，北京航空航天大学，2010.
[3] 深圳网通软件有限公司.MODEM应用技术.北京：电子工业出版社，1995.6。
作者简介
张小飞（1990-），男，山东科技大学电子通讯与物理学院硕士研究生，研究方向：智能传感器与信息处理。