基于ADXL345倾角传感器的老人防跌倒检测与报警系统

    聂影 邵世云龙

    

    

    

    摘?要：随着当今社会老龄化进程的逐步加剧，我们在新闻中经常能看到老人跌倒了，无人扶，进而导致老人的死亡。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。通过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，另外运用DS18B20实时检测人体温度。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发送到相关人员手机上。

    关键词：老人防跌系统;单片机STC89C52;ADXL345倾角传感器

    一、研究背景

    21世纪被称为“银发世纪”，人口老龄化是当今社会面临的重大挑战之一。随着全球人口老龄化的到来，失独老人的比例也越来越大。年亲人忙于工作，在外打拼。如果父母均在还能相互扶持，但如果只剩下单亲，而经济条件又不允许请保姆看护的情况下，老人的安全问题就有了很大的隐患。

    据世界卫生报告，跌倒已经成为老年人致死的大概率事件。世界卫生报告数据如下，全球每年有约40万的老人死于跌倒后无人看护、及时就医。其中60岁以上的占50%以上，70岁以上的占40%。世卫组针对居住在社区的65岁及以上的老年人进行调查，发现其中30%在一年中发生过跌倒，80岁以上的则达到了50%。大约70%的老人，都因跌倒后无人送医而落下残疾或者直接死亡。由于老年人的身体恢复慢，跌倒会严重影响他们的生活质量，衣食住行等都很不方便，而且长期就医也会到来沉重的经济负擔。因此我们希望设计出一种能感应老年人是否跌倒，以及能监考老人体温的检测器。在发现老年人跌倒或高烧等症状后，能够及时通过GSM发出求救信号通知其家人或医护人员，使老年人能够在第一时间得到及时的救助，从而降低伤害，提高老年人的生活质量。

    二、方案设计

    本设计由STC89C52单片机电路+ADXL345加速度传感器电路+按键电路+蜂鸣器报警电路+DS18B20温度传感器电路+LED灯电路+GSM模块电路+电源电路组成。

    （1）板子竖直放置的时候，蜂鸣器不报警，板子歪倒一定角度，则蜂鸣器鸣叫报警。一段时间约15s未回复正确状态，GSM发送报警信息给手机：Help me！！。

    （2）如果温度超过38度，蜂鸣器报警，持续温度过高约15s左右，同时短信报警：has a cold。

    （3）设计带有误报警按键，蜂鸣器报警的时候，如果老人认为是误报警，则按键按下，蜂鸣器停止报警，如果持续问题存在还会报警。

    （4）短信处理过程有指示灯显示。

    （5）GSM模块是SIM800A，能在芯片检测到跌倒或者高温后发送信息给家人或者医护人员，使老人第一时间能够得到救助。

    本系统具体框图如图1所示：

    STC89C52单片机最小系统电路由复位电路、时钟电路和电源电路。拥有这三部分电路后，单片机即可正常工作。单片机最小系统原理图如图2所示。

    如图3所示，本设计选择倾角传感器ADXL345模块，能够实时检测相关的状态信息。ADXL345是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，分辨率高，测量范围达±16g。数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI（3线或4线）或I2C数字接口访问。ADXL345非常适合移动设备应用。

    DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。如图4，DS18B20传感器耐磨耐碰，体积小，使用方便。封装形式多样，是电子设计中最为常见的一款温度测量传感器，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

    三、系统软件设计

    完整的控制系统由硬件系统和软件系统组成，前面主要阐述了系统的硬件电路的设计方案，若要充分发挥系统的设计功能，则需要支持硬件平台的软件程序，即烧写到单片机内部的程序。

    本设计中单片机开发环境是Keil uVision5，Keil uVision5开发软件是同时支持51系列单片机，以及STM32系列单片机，是目前最主流的程序开发软件，Keil uVision5是STC公司推出最新一代单片机处理器的编译、连接和调试集成环境。它可以降低开发周期，从而减少很多成本。Keil uVision5可支持Windows的多种开发环境界面，软件可以使用C/C++语言。Keil uVision5与C语言匹配效率很高，且能检测C语言编写的语法逻辑错误，能够非常便捷地编程、查错、更正，使使开发者非常方便地用C语言进行程序编程。

    四、系统调试

    在搭建调试平台后，需要对软件程序进行调试。若程序调试通过后，就可验证系统功能。检查倾角超过45度后，系统是否能够发送信号。若功能有问题，需要找到问题所在，多次重复调试，直到问题解决，所有功能正常运行为止。

    软件调试步骤如下：

    （1）在Keil5软件中先创建一个工程：单击菜单栏中的“工程”，输入新建工程名“老人防跌报警装置”，并保存;然后器件选择“Atmel”目录下的“AT89C52”。

    （2）新建用户源文件：新建一个空白文档，保存为“老人防跌报警装置.c”，在空白文档中编写源代码。再将.c文档添加到工程文件中。

    （3）程序编译和调试：程序编写完成后，单击编译按钮，系统会对文件进行运行。一般编写的程序，会出现一些错误或警告。此时可以在输出窗口中可看到提示信息，根据提示找出错误行并改正。如此多次重复操作，直到提示没有错误为止。

    （4）若程序编译无错误后，链接生成.HEX文件，将生成的.HEX文件通过串口烧写到单片机中。烧写成功后，开始验证系统功能是否满足要求。测试倾角报警功能，高温报警功能等是否正常。若功能有问题，需要找到问题所在，多次重复调试，直到问题解决，所有功能正常运行为止。

    经过测试，系统测试正常。倾角歪倒超过45度，则蜂鸣器鸣叫报警。一段时间约15s未回复正确状态，GSM发送报警信息给手机：Help me！！。温度超过38度，蜂鸣器报警，持续温度过高约15s左右，同时短信报警：has a cold。通过此设计，大大减少了老人独自在家，跌倒或发烧无人照看的几率，采取措施有效挽救老人的生命！

    参考文献：

    [1]徐驰宇，齐庆堃，雷巍，王峰.智能导盲拐杖设计[J].电子世界，2018（07）：167-169.

    [2]袁杰.基于视觉的老人跌倒检测系统设计与研究[D].江西理工大学，2018.

    [3]俞政.基于ZigBee和以太网的社区老人跌倒监护系统的设计与实现[D].华南理工大学，2018.

    [4]张墅，陆渊章.高职院校学生电子设计创新社团的实践研究[J].职业技术，2020，19（07）：71-75.

    [5]苗文刚.基于倾角传感器的塔吊垂直度分段测量系统[D].河北工业大学，2015.

    基金：1.校级课题《信息化教学背景下的智能控制技术专业课程改革与实践》（项目编号：2019JG03）：2.省质量工程教改建设省级课题《工业4.0背景下的电气自动化专业改革探究》（项目编号：GDJD-2018-63）;3.省级课题青年创新人才类（自热科学）《5G时代下万物互联的智慧交通模型研究》（项目编号：2019GkQNCX014）;4.攀登计划《基于人口老龄化现状而制作的老人跌倒安全预警装置》（项目编号：pdjh2020a1447）;5.攀登计划《基于Arduino控制的可语音识别的智能分类垃圾桶》（项目编号：pdjh2020a1444）