基于单片机的老人防跌倒报警器的研究与设计.docx

摘要:目前中国的老龄化过程在不断加速和加深，并且在老年人人口总数中，老年人夫妻单独生活或者丧偶独自一人单独生活的老人数量占比超过一半。由于老年人身体机能退化，而跌倒导致老年人伤残和死亡的概率非常高，因此独居老人一旦发生跌倒，老人因为身体技能弱化无法自我进行救治，并且子女不在身边导致无人知晓他的危急状况，老年人很可能因为不能进行紧急治疗而死亡。

本文研究并制作一种利用单片机、GPS技术与GSM技术开发的跌倒检测系统。安装完此装置之后，如果佩戴者突然跌倒，装置可以及时、可靠地发送紧急呼救信号，及时地把跌倒信息及跌倒位置以GSM文本消息的形式发送到监护人手机上进行通知，使病人能够及时得到救护。本文首先学习跌倒检测算法，通过选取加速度为判断依据，采用加速度传感器，经过跌倒检测算法对数据进行处理，判断是否发生跌倒行为。本系统主要以STM32单片机为设计核心，通过C协议使GPS模块和GSM模块与单片机相互进行通信，完成定位以及跌倒信息发送功能。

关键词：跌倒检测；单片机；加速度传感器；GSM通信

目录

摘要

Abstract

1  绪论-1

1.1 研究背景及意义-1

1.2 国内外研究现状-2

1.2.1 基于视频图像的跌倒检测系统-2

1.2.2 基于环境的跌倒检测系统-3

1.2.3 基于传感器的可穿戴式的跌倒检测系统-3

1.3 论文的研究目标及内容-4

1.3.1  本文的研究目标-4

1.3.2  本文主要内容及结构-4

2  跌倒检测系统总体设计-6

2.1  系统的总体方案-6

2.1.1  需求分析-6

2.1.2  方案架构-6

2.2  人体跌倒检测相关技术-7

2.2.1  嵌入式系统-7

2.2.2  MEMS传感器-8

2.2.3  GPS定位技术-8

2.2.4  GSM无线通信技术-8

2.3  本章小结-8

3  人体跌倒检测阈值算法-9

3.1  人体运动模式-9

3.2  人体跌倒检测算法-9

3.2.1  跌倒行为模拟分类-9

3.2.2  传感器放置及人体坐标轴的建立-10

3.3  跌倒行为分析-10

3.3.1  人体运动行为特征分析-10

3.3.2  跌倒参数阈值识别算法-11

3.4  本章小结-12

4  基于传感器的可佩戴跌倒检测硬件设计及实现-14

4.1  硬件设计总体框架-14

4.2  控制模块-14

4.2.1  微处理器的选型和简介-14

4.2.2  微处理器的原理图-15

4.3  传感器模块-16

4.3.1  加速度传感器的简介-16

4.3.2  加速度传感器模块电路原理图-18

4.4  GPS模块-18

4.4.1  GPS模块的简介-18

4.4.2  GPS模块的原理图-19

4.5  蜂鸣器警报模块-20

4.5.1  蜂鸣器警报模块的简介-20

4.5.2  蜂鸣器警报系统的原理图-20

4.6  GSM模块-21

4.6.1  GSM模块的选型与简介-21

4.6.2  GSM 模块的原理图-23

4.7  电源及稳压模块-25

4.8  本章小结-25

5  基于传感器的可佩戴跌倒检测软件设计-26

5.1  软件设计总体框架-26

5.2  嵌入式微处理器初始化-26

5.3  加速度传感器模块软件设计-27

5.4  GPS模块软件设计-28

5.5  GSM模块软件设计-29

5.6  本章小结-29

6  系统的运行与实现-30

6.1 系统的运行-30

6.2 系统测试结果分析-31

7  总结与展望-32

参考文献-33

致谢-35