老人跌倒检测系统-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-118-LW
设计摘要：
本论文设计了一种基于单片机的老人跌倒检测系统。该系统以STM32单片机为核心控制器，通过与其他模块的协作，实现了对老人跌倒情况的实时监测和报警功能。系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32单片机，负责数据获取、处理和控制输出。输入部分包括GPS模块、三轴加速度传感器、独立按键和供电电路，用于获取老人位置信息、检测跌倒情况和提供系统电源。输出部分由GSM卡、LED灯和蜂鸣器组成，用于向手机发送位置信息和提供声光报警信号。通过该系统的实时监测和报警功能，可以及时发现老人摔倒并提供紧急救助。实验结果表明，该系统具有较高的准确性和可靠性，为老人提供了更安全的居家生活环境。
关键词：单片机；GPS定位模块；三轴加速度传感器；GSM通信模块；
字数：9000+
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内容预览：
摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4 SIM900A通信模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 手动报警实物测试
5.3 自动报警实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2按键控制检测测试
6.3模拟摔倒检测测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
随着人口老龄化的问题和空槽老人现象的出现,老人出行安全问题越来越受到人们的关注.健康老龄化既可以减轻子女的负担,同时健康的老年人才也是宝贵的人力资源和人力资本[2]。国家统计局2021年1月21日公布的2020年经济数据显示,截至2020年年底,我国60周岁及以上人口达24949万人,占总人口的17.9%;其中,65周岁及以上的老人有16658万人,占总人数的11.9%.中国作为世界上人口最多的国家,人口老龄化的趋势加速发展,预计到2030年将进入深度老龄化.我国老年人跌倒的年发生率在14.7%～34.0%之间,每年至少有2000万人次发生2500万次跌倒.跌倒是我国老年人伤害死亡的首位原因[4]。
当前国内与国外对人体摔倒识别问题研究的相关方法种类比较多，例如：第一、用户手动触发报警的设备，这种设备在佩戴者摔倒的时候需要其手动发送报警信息，所以佩戴此类设备的老年人需要有一定的认知能力，同时还要有一定的行动能力，并且在使用者摔倒后仍然保持清醒。一般情况下，这种装置一般是手表、吊坠或者手环等电子设备，这类设备具有容易佩戴、操 作简单、价格低廉等特点，将其通过网络或者基站发送报警信息就可以完成求救功能。当这类设备被使用者触发报警后，报警信息通过无线网络即可触发医疗警报系统，然后由医护人员或者家庭监护人及时处理报警信号。虽然这类设备具有价格低廉、佩戴方便等特点，但是在使用上也有一定的局限性，比如当老人摔倒后假使撞击严重导致晕厥或者是肢体无法触发报警按钮，这时候这种装备便失去了作用;此外，这类设备对意识不清醒的患病老年人也不适用。
第二、基于视觉信息的摔倒检测系统 这种设备需要装置在能拍摄人体发生摔倒的地方，如卧室、庭院灯。其实现方法是通过 摄像装置监视老年人的活动，通过图像识别方法识别出来人体是否摔倒。这种方法的优点 是不需要被监护者穿戴任何设备，也不需要被监护者做任何操作，但是这种检测方法应用范围比较小，并且对被监护者的隐私侵犯比较严重。因此研究出一种智能化老人跌倒检测与报警装置必不可少。基于此，本设计是基于单片机的老人跌倒检测系统，主要实现以下功能：我们通过三轴加速度判断身体的姿态，若倾斜角度过大则证明老人的身体状态有一定危险，当检测到老人摔倒时，通过GSM发送GPS位置，并OLED显示经纬度和当前老人是否摔倒。该设置在一定程度上能避免老人摔倒因无意识来完成手动报警操作和检测范围有限的弊端，又很好地保护了用户隐私性，具有重要的现实意义。
1.2 国内外研究现状
随着我国人口老龄化趋势的加快，我国老龄化进程正在加剧。老人年由于自身原 因更容易摔倒并且产生严重的伤害。国内外对老年人摔倒模型的建立还没有一种成熟的方 法，识别设备的使用也比较复杂。如何采用有效的模式识别方法检测老年人的摔倒已成为 人工智能领域的研究热点。由此在2018年白润涛，李玉丽，程鑫，张涛设计一款基于多传感器的可佩戴的安全监控报警系统应运而生.本文在论述老人跌倒检测系统研究意义的基础上分析了该系统在实际生活中的可行性,给出了总体设计思路,并对实现的功能进行了阐述[1]。
目的 根据疗养院实际工作需要,2020年肖征，周晓明，郁小红通过设计跌倒特征算法,实现基于STM32和GSM的智能摔倒急救报警系统的研发.方法通过三轴加速度传感器,采集重保对象日常行为参数.一旦瞬时加速度超过阈值,STM32单片机将会启动GSM模块,拨打预设电话号码,完成跌倒报警.结果 通过多次跌倒检测实验,检测正确率接近100%.结论 该系统功耗低,工作稳定,成本低廉[2]。
随着老龄化社会的严重加剧,老人将会在未来越来越多,因此如何设计一款老人摔倒检测系统是非常重要的,目前国内外的监控方式有以下两种:第一种是老人摔倒后处在一种清醒状态下,按下报警按钮,但不适合老人晕倒状态;第二种是视频监控装置,但是这种装置也有很大的局限性.针对上述存在的问题,2021年王思奇，王致杰设计了一个便于携带的摔倒检测定位系统.本系统由STM32的核心板,ADXL345加速度传感器,GSM,GPS模块,蜂鸣器的警报和电源构成.当ADXL345加速度感测到倾斜的变化时,信号发送到STM32.如果不能在15 s内起立关闭,将通过GSM向手机告知监护人老人摔倒的位置.具有实时性强,使用方便的特点,具有良好的市场前景和推广价值[3]。
在老年人群中，意外跌倒是受伤的常见原因，目前有许多观测系统可用于检测跌倒，但过度需要具有最佳效果的系统。在2022年 Khan Z A , Yar H , Nasir M 通过使用3轴加速度计，GSM和GPS模块，通过Raspberry Pi开发了一种低成本的跌倒检测系统，以精确检测意外跌倒发生的事件。在该系统中，将加速度与确定的上下落阈值进行比较，以检测早期跌倒事件。如果检测到跌倒，系统会向负责人发送警报消息以及位置信息。该系统达到99.9%的准确率，并在志愿者身上进行了测试[4]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本论文设计了一种基于单片机的老人跌倒检测系统。该系统以STM32单片机为核心控制器，通过与其他模块的协作，实现了对老人跌倒情况的实时监测和报警功能。系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32单片机，负责数据获取、处理和控制输出。输入部分包括GPS模块、三轴加速度传感器、独立按键和供电电路，用于获取老人位置信息、检测跌倒情况和提供系统电源。输出部分由GSM卡、LED灯和蜂鸣器组成，用于向手机发送位置信息和提供声光报警信号。通过该系统的实时监测和报警功能，可以及时发现老人摔倒并提供紧急救助。实验结果表明，该系统具有较高的准确性和可靠性，为老人提供了更安全的居家生活环境。
