老人防跌倒报警监护系统

摘要社会经济不断发展的过程中，人口老龄化也在不断加速，老年人的健康问题逐渐受到大众的关注。

老年人各项生理指标开始衰退，心脑血管疾病频发，作为老年人致死率较为严重的问题之一，跌伤伤害逐渐成为大众性问题。

为了加强老年人对于自身健康的关注度，提高突发情况下的救助力度。

此次设计利用单片机作为老人防跌倒报警监护系统的控制核心，负责协调各个模块完成整个系统的功能。

采用温度传感器来对老人体温进行测量，采用PULSE SENSOR心率传感器来对用户心率进行检测，利用HX711压力检测模块来进行血压检测操作，利用ADXL345陀螺仪传感器来用户的身体状态进行辨别。

实际检测中，是时间检测到的心率数据、体温等数据信息通过显示进行显示，便于用户实时观测。

当检测到用户摔倒，则触发GSM驱动程序在SIM800C GSM模块的工作下进行报警操作，并显示老人摔倒的具体定位信息，便于及时进行救援工作。

在硬件电路设计以及软件功能调试的过程中，完成整体系统设计，同时在实物功能演示中，整体设计基本满足预期目标，能够实现各项数据的检测操作，在实际应用中具有一定的设计意义。

关键词陀螺仪；GSM；GPS；单片机1 绪论1.1 课题写作背景及意义近年来，我国社会经济发展水平不断提升，人们物质生活条件也日益提高，人们对于自身身体健康意识也在不断加深。

近年来我国高血压患者人数增多，由于高血压会引起一系列的并发症，包括心脑血管疾病的，所以对于高血压等慢性疾病需要长期进行观察以及治疗工作。

智能化人体各项参数检测仪器也逐渐受到人们的关注，利用各项检测仪器可以进行对自身身体参数进行检测操作，同时通过手机等移动客户端就可以实时看到检测，结果做到智能便捷的设计目的。

对于人体进行心率血压监测的工作，具有一定的实际意义，能够有效协助医生针对相关疾病进行整治工作，通过对身体进行实施的监测，能够关注自身健康状况，一旦发现数据情况异常就可以及时就医，避免造成严重的后果。

在对心率监测的过程中，主要是由于心脏在正常状态下的收缩会产生微小的生物电，科研人员利用人体导电这一特性将生物电流通过人体进行传递，这也是心率监测在设计过程中主要的设计原理。

对心率进行实施的监测，能够减少由于心脏功能衰退导致的各类心脏疾病的发生，为了能够对心脏正常功能进行有效监测，利用检测设备进行相应的监测，能够将个人信息数据进行及时上传，能够提高用户在日常生活中对于自身身体情况的诊断，同时避免由于病情拖延导致的手段延误情况的出现。

近段时间，新冠病毒疫情严重，跨地区传染范围越来越大，短时间内造成了大范围内的流行，在一定程度上严重对人类健康产生威胁，所以对于自身健康安全的管理工作，也受到了足够的重视。

血压和心率作为检测身体健康重要的指标之一，能够方便人们在日常生活中对于自身身体状况进行了解，一旦发生异常情况，能够及时得到医院治疗，避免出现猝死情况的发生，在一定程度上保证了人们生命财产安全。

目前，我国社会人口老龄化问题严重，每年老人由于意外摔倒造成的人身伤害占据一定的比例，因此对于老人摔倒过后进行及时的救治具有重要的意义，这次设计不仅针对心率和血压进行及时的监测操作，同时利用传感器对老人说，生活中的身体状况进行及时的监测，避免由于摔倒，导致的严重后果，进一步完善设计的功能完善性。

1.2 国内外的研究现状在欧美等发达国家，最早用来记录心脏跳动的电流图是由上个世纪80年代英国科学家Einthoven发明的，最早通过毛细血管的静电计来对血液流动记录，随后对心脏跳动电流谢谢广泛的研究，在以往科研人员的研究基础之上，整体研发心电图的使用质量，并发明了弦线式电流计的使用。

解决了之前设备仪器误差大使用繁琐的缺点，利用横纵坐标直观反映心电图的影线，时钟显示方式这一方式简洁明了，可以直接反应正常心电图的跳动情况。

这也是当今社会使用的标记方法。

在我国，随着电子科学与技术系技术的进步，心率检测技术越发成熟，设备功能逐步完善，资本的投入加快了开发步伐，利用微电子技术也增强了医疗领域的设备先进性，各大生产厂商均在研究上有所突破。

从心率检测仪器的发展趋势来看，信息传输能力增强，利用信息存储技术增强了医疗领域的有关心电图数据的存储作用，心电数据在医院整体日常工作过程中扮演着重要的角色。

心率以及血压自动化测量缓轻病人紧张情绪，同时远程医疗的可能性，从整体上提升了社会的医疗水平，提高病患生存率，通过远程传输心电数据，能够为专业机构对病情提出专业的诊断结果，实现远程医疗。

在实际应用过程中，心率、血压等基础信息的判断，能够为患者自身生理健康作出判断依据。

相关医疗器械企业利用患者的基础检测信息，能够生产出符合医疗市场需求的产品，这也是高科技在医疗机械领域带来的技术革命。

而这一革命带来的无限商机，也将新型数字心率计设备的设计推向高潮。

老人跌倒是近年来老年人致死率较高的原因之一，因此对于防跌倒技术的研究，受到了社会各界的重视，能够进一步完善老年人护理系统的研究。

在欧美等发达国家在政府以及机构的帮助之下，为了能够提高老年人的生活品质，人性化的设计也逐渐成为研究机构的主要课题。

能够实现对老年人姿态进行实时监测，并对是否跌倒进行判定已经成为研发热潮。

在电子技术应用日益广泛的基础之上，将相关研究技术应用于防跌倒技术的开发，能够进一步提升系统的实用性，提高老年人的生存率。

在我国针对跌倒检测的算法研究处于起步阶段，各大公司研发的人体跌倒报警器分为两种类型，第一种是老年人摔倒时自主进行报警，此种报警器需要用户能够具有自救能力和自主活动能力，摔倒过程中需要保持清醒，才能够实现报警功能。

但是，由于摔倒会对身体机能造成损伤，会相应数据启动报警器的行为能力，在这种情况下系统设计的失去了报警功能的实现。

第二种是利用视频图像信息检测来对用户摔倒进行系统的报警操作，主要是通过图像信息来对用户身体发生移动或姿态发生变化时，进行自动报警工作。

虽然从功能实现上能够实现报警功能，但是使用空间具有一定的局限性，同时自动报警器的应用在一定程度上侵犯了用户的个人隐私，不适合大范围内推广。

2 系统方案设计2.1 系统整体设计本次老人防跌倒报警监护系统的设计中，其主要的目标功能如下：1、实时检测当前老人的体温；2.实时检测老人的心率；3、可以实时定位老人的经纬坐标；4、老人摔倒会自动通过GSM模块进行短信报警；5、通过液晶显示相关的信息；6、可以通过手机发送短信指令获取老人的位置、体温、心率信息；为了实现上述功能，在硬件上采用STM32单片机作为主控制器，负责协调各个模块完成整个系统的功能。

其中，包括SIM800C GSM模块，VK2828U7G5LF 模块,ADXL345陀螺仪传感器，DS18B20温度传感器，OLED12864液晶等。

在软件上，主要采用KEIL软件进行程序的编写，语言则采用C语言。

通过在该平台上分别编写GSM驱动程序,GPS驱动程序，摔倒检测等各个模块的子程序来完成所有的功能。

如图2.1所示为系统整体框架图图2.1 系统整体框架图在系统方案的设计过程中，需要综合考虑多方面的因素，首先为了保证系统能够进行使用并且切换模式应当保证系统占据较小的工作空间，同时为了能够减少系统工作的功耗损失，可以选择较小的电压进行系统的供电工作，单片机的设计使用也是考虑到产品在设计过程中提及以及量产等诸多问题，单片机的使用也是系统低能耗输出的重要保证，其具有安全使用可靠的数据传输能力，能够在一定程度上减少外界等因素对于系统正常工作的干扰，尽可能减少系统即使在长时间的工作状态下出现失误的情况。

2.2 主控制器方案选择方案一：采用可编程逻辑器件FPGA或者CPLD作为本次课题的主控制器，对于可编程逻辑器件，其运算速度快，最大的特点就是其特有的并行运算能力，相较于其他MCU等微控制器，其综合运行速度远远高于其他非可编程逻辑器件，其被广泛应用于航天，通信等对速度要求高的场合。

在软件编程方面，其编程语言主要是VHDL和VHERILOG两种，相较于C语言来说，其编程难度会更大一点，尤其在涉及到浮点运算，乘法除法运算时其操作难度尤为明显。

由于其本质上是纯硬件的特性，因此对于底层位的操作需要较高的知识储备和了解，同时其特有的并行运算方式，注定了其高性能高功耗的特性。

在芯片使用上，其通常需要+3.3V 电源给其IO管脚，+1.8V电源和1V电源给其内核供电，因此在电源的供电上相较于MCU的单一供电要求也较为复杂，对纹波的要求，电源芯片的要求也更高。

这也就要求需要更好的电路的设计能力，但鉴于其快速的运算能力，因此被广泛应用于各种高速场合。

方案二：选择经典的8位 STC89系列单片机，其是宏晶公司生产的我国自主研发的高性能51系列单片机，采用了MCS-51的指令集，内部集成了FLASH，ROM等存储器，用户可以在软件编程时将数据直接存储到单片机的内部FLASH中以保证数据掉电不丢失。

其开发平台支持KEIL,IAR等多种平台，开发语言则为C语言，开发过程难度较低，上手速度较快，主要有3个定时器和2个中断，支持ISP下载，串口下载等多种方式。

同时不同的厂家还对其进行了加密的处理，以保证数据的安全性。

通常外部采用12M晶振，由于其自带12分频功能，因此其最快速度为1微秒执行一条指令，完全可以满足大部分低速产品的使用需求。

同时由于其成本低，稳定性好的特点，被大量应用于小家电，玩具等场合，带来了具体的经济效益。

方案三：选择STM32F103，它是ST公司的32位MCU控制器，其内部为32位宽的总线，数据处理能力强，最高时钟可以达到72M赫兹，其内核采用了主流的ARM系列。

ST公司为其配套开发了STM32CUBEMX工具，通过该工具，用户可以自主的对相关定时器，中断，ADC等外设进行图形化的配置，节约用户大量的时间，其特有的HAL库函数极大的简化了整个开发流程，目前已经逐渐替代了过去的固件库。

其自带的ADC模数转换功能，USART串口通信功能等等都使得用户不需要再去进行另外的电路设计，加快了开发速度。

在汽车，机器人等多种场合，STM32系列芯片被广泛应用，可靠性强，性能稳定。

通过对上述三种主控制方案的分析，考虑到本次设计的实际情况，在此选择方案三来作为本次课题的主控制器。

2.3 电源供电方案选择方案一：选择家居或者工业用电常用220V交流电源作为整个系统的源头输入，该方式贴合生活实际情况，但是需要相应的电源转换电路。

需要将220V交流电转换成低压的5V来给单片机及其相关器件进行供电。

因此通常需要降压变压器，整流二极管，稳压芯片等多种器件，成本较高，但贴合实际应用，不利于随身携带。

方案二：直接选用5V低压直流电作为系统的输入，省去了电压转换的电路设计，降低了系统设计难度，更加着重于系统本身设计。