基于单片机的老人跌倒报警装置

来源 :科学导报·学术 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wu01234
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:当今社会进入老龄化,老人外出或独居时,由于身体机能下降,容易跌倒,而由跌倒造成的损伤,使得住院率和死亡率大大提高,带来了严重的社会经济负担。因此,在不影响老年人正常活动的前提下,通过科学的手段监测老年人的活动,在检测到跌倒后迅速报警求助,可以有效地减少老年人跌倒带来的健康伤害和医疗开支。在分析比较国内外跌倒检测相关技术研究后,本文提出了一种基于ADXL345倾角传感器的跌倒检测与报警系统。ADXL345倾角传感器实时采集老人在日常活动中产生的倾角数据,然后将数据送到单片机STC89C52进行处理,并判断老年人的运动状态。当系统检测到跌倒发生时,发出报警声音提醒老人和周围的人,并且能够将报警短信和位置短信发送到提前设定好的亲人手机上。
  关键词:老人防跌倒;报警器;倾角传感器;GPS;GSM
  引言
  现如今中国逐渐步入老龄化社会,独居老人、孤寡老人等等,子女、亲人不能24小时在身边陪伴,他们的生活、身体的变化不易被子女察觉,无法得到随时随地的关心和照顾。据数据显示,中国约有三分之一的65岁及以上老年人每年跌倒1次或多次,而且比例随年龄增长而增加,80岁以上老年人跌倒的年龄发生率更是高达50%!老人跌倒后会产生一系列身体伤害及并发症,严重的会导致髋部骨折,髋部骨折的老人后期寿命会减少,且生活质量也显著下降。因此,预防跌倒是应对“老龄化”的有效保障。为了及时关注老年人的日常情况,本文设计了一种基于单片机的老人跌倒报警装置,对老年人姿态变化进行监测,当老年人发生跌倒或者遭遇其它意外危险时,能够让家人第一时间知道老年人的位置信息,并得到及时的救治从而保证老年人的生命安全。从而减少家属不在身边时跌倒对于老年人造成的二次危害,减少经济损失,提高老年人的生活质量。实际上,这款装置还可以为行动不便的人或残疾人朋友的出行提供便利。
  1国内外研究现状
  采用适当的传感器,获取合理的数据,通过恰当的算法来对采集的数据进行处理,判断跌倒的发生,并远程传输老人跌倒的求救信息,这就是老人跌倒报警装置的主要研究内容。目前,国内、外对跌到检测系统的研究很多,主要方法可分为以下几种:
  (1)基于视频图像检测
  基于视频图像的检测方法采用摄像头获取人体活动图像,通过图像处理算法对获取的人体活动图像进行图像处理,判断人体是否发生跌倒。
  图1基于视频图像检测
  基于视频图像检测的优点是人体不需要携带任何设备,检测过程对人体没有干扰,缺点是视频图像的分析受光线、环境等的影响较大,且只能用于室内检测,检测范围有限,并且随着现代人对个人隐私越来越重视,将日常行为置于视频监控的环境中将会使人反感。
  (2)基于穿戴式设备检测
  基于穿戴式设备的检测方法将微型传感器设备制成可穿戴式设备穿戴在人身上,传感器实时采集人体活动的数据,分析判断人体是否发生跌倒。
  图2基于穿戴式设备检测
  基于穿戴式设备检测的优点是成本低,检测范围大,不受周围环境的影响,缺点是需要穿戴在人体身上,需要定期充电或更换电池。
  (3)基于周围环境信号检测
  基于周围环境信号的检测方法利用布置在周围环境中的声频、红外和压力等传感器采集相关数据,根据数据分析结果判断人体是否发生跌倒。
  基于周围环境信号检测的优点是人体不需要携带任何设备,整个检测过程对人体没有干扰,并且不侵犯个人的隐私,缺点是这类方法通常受环境的影响较大,无法得到很高的检测精度,而且只能用于室内检测,检测范围有限,一般只能作为辅助检测方法。
  2总体方案设计
  本设计主要以单片机控制、跌倒检测与报警通信3个主要模块组成。以实现对于日常生活中老年人跌倒事件的监测以及报警的功能。先由检测模块检测到装置发生变化,经过模数转换发送给单片机模块进行分析,单片机模块经过判断是否发生跌倒状况,则报警并发送短信至家属。总体框架如图3所示。
  图3总体框架图
  3硬件设计
  (1)控制部分采用了STC89C52单片机的最小系统作为核心控制器。该单片机是一款高性能、低功耗的8位微型控制器。具有结构简单、控制能力强、可靠性高、体积小、价格低等优点,在许多行业都得到了广泛应用。它的运算速度虽然没有STM32单片机和430单片机快,但是仅有的模块功能完全满足老人跌倒报警装置的需要。而且它易于拓展,很容易构成各种规模的应用系统。满足本设计的要求。
  (2)报警部分的报警电路采用了声光报警系统。该系统组成部分为5V有源蜂鸣器模块与LED灯,其中5V有源蜂鸣器模块中采用了三极管9012来驱动,当连接单片机的引脚为被单片机置为低电平时,蜂呜器就会呜叫报警,反之则不呜叫;当蜂鸣器呜叫时,LED灯与蜂鸣器协同工作,发出光亮。当系统检测到老人跌倒后,报警电路会接受到信号,发出警报,提醒周围人群救助。
  (3)摔倒检测部分采用了倾斜角传感器。该传感器是一款检测倾斜角度的智能传感器,具有分辨率高、范围广的特点。输出信号为数字信号,可以通过SPI和12C数字接 口访问。该设备常用于移动设备,可以检测1。以上的倾斜角变化。当老人在行走过程中发现剧烈波动,并产生足够大的倾斜角时,系统就会对其做出数据判断,并将数据发送至单片机。
  (4)GPS定位部分采用NEO-6M GPS模块。具有高灵敏度、低功耗、小型化、其极高追踪灵敏度大大扩大了其定位的覆盖面。该模块在狭小的环境中也可以更好定位人的位置,提高救援的能力性、准确性。该设备因经常作用在手机定位、车辆定位中,所以在本设计中具有良好的定位功能。满足本设计的要求。
  (5)通讯信息部分采用了GSM模块。该模块是一款可以插入手机卡并具有通过控制芯片程序向对应的手机号码发送信息的功能,是一款具有放射功能的獨立操作系统。其外观精巧,性价比高,性能稳定。当系统发出警报并确定老人摔倒 时,该模块电路会向提前设定的号码上发送报警信息。   图4各个模块电路与主控芯片电路引脚连接图
  (6)按键电路采用轻触按键。轻触按键是按键产品下属的一款分类产品,它其实相当于是一种电子开关,只要轻轻的按下按键就可以是开关接通,松开时是开关就断开连接,实现原理主要是通过轻触按键内部的金属弹片受力弹动来实现接通和断开的。在本系统中,按键作为系统的输入,起到了人机交互的枢纽作用。按键的单片机控制引脚默认为高电平,当按键按下后,单片机的相关引脚则变成低电平。进而实现对系统的手动输入。
  各个模块电路与主控芯片电路引脚连接如图4所示。
  4软件设计

4.1系统运行流程


  给装置上电后,初始化定时器以及各个串口,检测倾斜角度是否超过设定的阈值,若没有超过,则判定为正常运动不做任何处理;若超过阈值,蜂鸣器报警。再检测解除误报警的按钮是否按下,若为按下状态则装置认为是误报警,解除报警,若没有按下,等待15S后(延迟15秒是为了确定老人已经跌倒且15秒都没有自行爬起来,设备认为老人跌倒伤的过重,需要报警提醒周围的人帮忙),触发通信模块,短信上报给的家属。程序流程如图5所示。
  图5程序流程图

4.2装置部分程序


  void gpsDealfun(void)
  {
  unsigned char num=0;
  unsigned long Mid_Du;   //中间变量 暂存经纬度的整数部分 即度
  unsigned long Mid_Fen;  //中间变量 暂存经纬度的小数部分 即分  gps原始数据是度分秒格式
  unsigned long Mid_Vale; ////中間变量 暂存经纬度 并将其扩大了10000000倍
  if(sysmode_GPS==TRUE)//检测gps是否有效数据
  {
  sysmode_GPS=FALSE;//清除有效位
  Mid_Du=(gps_infor_weijing[0]-0x30)*10000000+(gps_infor_we ijing[1]-0x30)*1000000;//处理纬度暂存整数部分扩大10000000
  Mid_Fen=(gps_infor_weijing[2]-0x30)*10000000+(gps_infor _weijing[3]-0x30)*1000000+
  (gps_infor_weijing[4]-0x30)*100000+(gps_infor_weijing [5]- 0x30)*10000+
  (gps_infor_weijing[6]-0x30)*1000+(gps_infor_weijing[7]-0x30)*100;
  //处理纬度 暂存小数部分扩大10000000
  Mid_Fen=Mid_Fen/60;//分秒换算为小数位
  Mid_Vale=Mid_Du+Mid_Fen;//最终纬度 格式为000.00000000 非度分秒格式
  Lin0_No[0]='N';
  Lin0_No[1]=':';
  Lin0_No[2]='0';
  Lin0_No[3]=Mid_Vale/10000000+0x30;
  //将处理后的纬度填入字符串 并打印显示
  Lin0_No[4]=(Mid_Vale/1000000)%10+0x30;
  Lin0_No[5]='.';
  Lin0_No[6]=(Mid_Vale/100000)%10+0x30;
  Lin0_No[7]=(Mid_Vale/10000)%10+0x30;
  Lin0_No[8]=(Mid_Vale/1000)%10+0x30;
  Lin0_No[9]=(Mid_Vale/100)%10+0x30;
  Lin0_No[10]=(Mid_Vale/10)%10+0x30;
  Lin0_No[11]=Mid_Vale%10+0x30;
  Mid_Du=(gps_infor_weijing[8]-0x30)*100000000+(gps_infor_we ijing[9]-0x30)*10000000+(gps_infor_weijing[10]-0x 30)*1000000;//处理经度 暂存整数部分扩大10000000
  Mid_Fen=(gps_infor_weijing[11]-0x30)*10000000+(gps_infor_w eijing[12]-0x30)*1000000+
  (gps_infor_weijing[13]-0x30)*100000+(gps_infor_weijing[14]-0 x30)*10000+
  (gps_infor_weijing[15]-0x30)*1000+(gps_infor_weijing[16] -0x3 0)*100;//处理经度 暂存小数部分扩大10000000
  Mid_Fen=Mid_Fen/60;
  //分秒换算为小数位   Mid_Vale=Mid_Du+Mid_Fen;
  //最终经度 格式为000.00000000 非度分秒格式
  Lin1_Ea[0]='E';
  Lin1_Ea[1]=':';
  Lin1_Ea[2]=Mid_Vale/100000000+0x30;
  //将处理后的经度填入字符串 并打印显示
  Lin1_Ea[3]=(Mid_Vale/10000000)%10+0x30;
  Lin1_Ea[4]=(Mid_Vale/1000000)%10+0x30;
  Lin1_Ea[5]='.';
  Lin1_Ea[6]=(Mid_Vale/100000)%10+0x30;
  Lin1_Ea[7]=(Mid_Vale/10000)%10+0x30;
  Lin1_Ea[8]=(Mid_Vale/1000)%10+0x30;
  Lin1_Ea[9]=(Mid_Vale/100)%10+0x30;
  Lin1_Ea[10]=(Mid_Vale/10)%10+0x30;
  Lin1_Ea[11]=Mid_Vale%10+0x30;
  }
  else
  {
  Lin1_Ea[0]='G';//无gps信号情况下 打印正在连接
  Lin1_Ea[1]='P';
  Lin1_Ea[2]='S';
  Lin1_Ea[3]=' ';/*将处理后的纬度填入字符串 并打印显示*/
  Lin1_Ea[4]='L';
  Lin1_Ea[5]='I';
  Lin1_Ea[6]='N';
  Lin1_Ea[7]='K';
  Lin1_Ea[8]='I';
  Lin1_Ea[9]='N';
  Lin1_Ea[10]='G';
  Lin1_Ea[11]='.';Lin1_Ea[12]='.';Lin1_Ea[13]='.';
  for(i=0;i<14;i++)
  {
  Lin0_No[i]=Lin1_Ea[i];
  }
  }
  //DelayMs(10);
  //SendStr(Lin0_No,12);
  //DelayMs(10);
  //SendStr(Lin1_Ea,12);
  }
  5結束语
  基于单片机的老人跌倒报警装置在老人摔倒后的后续防护中具有良好的作用。当老年人发生跌倒或者遭遇其它意外危险时,该装置可以在短时间内使老人的具体信息发送至其监护人或家人的手机号码上,使老人能够得到及时的救助。本装置有耗能低、易携带、传输距离远、精准的定位能力等特点,为老年人的安全防护提供一种智能手段。而且各个部分的模块电路成本低廉,具有极高的社会使用价值。
  参考文献:
  [1] 张明雅.跌倒检测系统的设计与实现[D].河北大学,2018
  [2] 秦瑀阳.老年人跌倒检测报警装置的研究与设计[D].大连海事大学,2013
  [3] 薛源.基于多传感器的老人跌倒检测系统的研究与应用.武汉理工大学,2011
  [4] 茅莉强.老人跌倒预测系统的研究.苏州大学,2016
  [5] 李欣欣.基于单片机的跌倒检测报警系统设计.新疆农业大学,2019
  [6] 于浩.老人跌倒报警系统的设计.沈阳工学院,2019
  [7]  熊媛.传感器技术在自动控制系统中的应用及发展展望 [J].工业设计,2016,10(8):12-15.
  [8] 李光飞,楼然苗.单片机C程序设计实例指导[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
  [9] 茅莉磊.老人跌倒预测系统的研究.苏州大学,2016.
  [10] 闫俊泽.基于3轴加速度传感器的老年人跌倒监测系统开发[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2012.
  [11] 罗康.老人防跌报警器传感器信息综合处理与分析方法.陕西工业职业技术学院,2019.
  (作者单位:山东英才学院机械与电气工程学院)
其他文献
摘 要:面向广东多所高校工科专业本科在校学生展开的调查中,发现工科生人文素养普遍偏低,高校在工科生人文素养培育中,“重技术,轻人文”的问题较为突出。这严重制约了工科大学生的全面发展,也与时代和社会的发展需求相悖。高校应当高度重视这一问题,并通过多种途径来改变这一现状,以提高工科生教育质量,为国家建設和社会发展输送高素质、全面发展的高新技术人才。  关键词:工科生;人文素养;人文教育;  传承文化,
期刊
摘 要:有效教学理念不断渗透到初中化学教学中,不仅是保障学生学习质量的主要依据,还是提高整体性教学质量的重要力量,此外,有效教学活动的顺利展开受到多种因素的影响。因此,本文笔者对此展开研究。  关键词:初中化学;有效教学;生活现象;问题情境;实验教学  化学是初中阶段的一门重要课程,也是学生初步运用化学原理观察世界的重要依据。在传统教育理念的基础上,教师以注入的方式展开教学活动,忽视学生的认知发展
期刊
摘 要:近年来,经济的发展,促进我国科技水平的提升。我国科学技术水平随着社会进步而获得了快速發展,计算机技术也得到了有效创新,人工智能技术逐渐得到了人们的广泛关注。在多种领域中合理应用计算机人工智能技术,可以使这些领域的控制实现自动化和智能化,促进了各行各业的稳定发展。所以就需要对计算机人工智能技术的发展进行进一步研究,在相关领域中对计算机人工智能技术进行灵活应用,使其作用得到有效发挥,推动现代社
期刊
摘 要:初中生正处在青春叛逆期,心理较敏感,行为较乖张,缺乏纪律意识,尤其是初中寄宿制学生,相对缺乏父母的陪伴,在生活、学习等多个方面难免会出现诸多问题。班主任作为第一管理者,应该加强管理和引导,规范学生的日常行为,解决学生的心理问题,让学生安全渡过青春期,健康快乐地学习成长。基于此,本文将从几个方面简析寄宿制初中班主任管理策略的有关问题。  关键词:初中班主任;寄宿制;管理策略  初中生正处于青
期刊
摘要:当今社会,各种思想文化碰撞激荡,高校教师职业道德已成为社会普遍关注的焦点。目前,我国高校教师职业道德总体情况良好,但仍存在着理想信念淡漠、育人观念淡薄、价值取向偏离、学术诚信缺失等问题,本文通过分析产生问题的原因,进一步思考加强高校教师职业道德修养对策,促进高校教师职业道德素质的提升。  关键词:新时代;高等学校;教师职业道德;问题;对策  当前,我国正处于全面建成小康社会,实现中华民族伟大
期刊
摘 要:随着我国互联网时代的不断发展,计算机技术也得到了创新。互联网+带动了社会的不断进步以及科技方面的创新。大学院校是给社会培养人才的重要机构。为了更好的适应社会发展需求和国家教育制度改革,需要不断的对教学方法和教学理念进行转变。因此,本文对当前“互联网+”背景下混合式教学模式的优势进行分析,并且提出了混合式教学模式运用在大学英语教学中的相关策略。  关键词:互联网+;大学英语;混合式教学  引
期刊
摘 要:现在强调综合素质和全面发展的时代背景下,而在初中数学课程教学中,老师要重视对于数学高效课堂的构建,通过对相应的教学改革后,我国不断重视对于初中数学高效课堂的构建,而在初中教育起到了承上启下的关键作用,老师对要对其进行深刻的改革,提出更加完善的教学体系,并提出相应的教学课堂改革的具体策略,实现我国初中数学改革的全方面进步。本文将主要以初中数学高效课堂的构建为主要话题,对于新课改背景下,构建数
期刊
摘 要:随着全球化趋势的不断发展,国与国之间的往来早已不再仅仅限制于经济贸易,文化的交流日益加深。在推动文化传播方面,纪录片发挥着不可小觑的作用。由于不同国家语系不同,为了促进文化交流,纪录片字幕的翻译工作显得尤为重要。本文将在功能派翻译理论家克里斯汀·诺德的功能加忠诚原则的指导下,以BBC纪录片《非洲》和《生命》的翻译为例,探讨纪录片字幕翻译的基本策略。旨在为提高紀录片的翻译质量贡献一份力,促进
期刊
摘 要:生物学科是培养学生生物能力的重要方式,影响学生今后的学习与发展。在教学过程中,培养学生的实践能力,对于锻炼学生的思维能力,提高学生的学习能力具有很多帮助作用。况且高中阶段的学生也到了快要面临进入社会的时间,因此个人能力的培养也就显得更加重要。很多高中阶段的教师在进行教学的过程中也没有特别去重视对学生实践能力的培养,往往只是按部就班完成课程的讲解,因此无论从哪个方面而言,实践能力的培养都是需
期刊
摘 要:一直以来,地理都是初中教育阶段学生学习的一门重要人文学科,学习地理不仅能够让学生了解和掌握地理知识,还能够让学生认识世界,熟悉各地的风土人情,将地理知识应用于生活,提升自身的综合素质,但是收到应试教育的影响,近年来我国的地理教学效果一直欠佳,教师在教学中缺乏有效的教学策略,导致地理学科的教学有效性难以提升,本文将就这一问题做出讨论,试论初中地理课堂高效教学策略。  关键词:初中地理;高效课
期刊