李欣欣 徐 靜 文歡
摘? ?要:當(dāng)代社會(huì),老年人群健康安全監(jiān)護(hù)的需求日益增加,老年人跌倒檢測(cè)的研究成為社會(huì)關(guān)注熱點(diǎn)。故文章設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的跌倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng),選用STC89C52單片機(jī)作為控制芯片、ADXL345傳感器作為檢測(cè)模塊以及GSM發(fā)送裝置作為通信模塊。首先,利用檢測(cè)模塊采集老人日?;顒?dòng)中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后將其發(fā)送給單片機(jī),以判斷老年人當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)滿足觸發(fā)條件時(shí),報(bào)警模塊發(fā)出聲音提醒老人和周?chē)娜?,并將求救短信發(fā)送到相關(guān)人員手機(jī)上。本設(shè)計(jì)有耗能低、易攜帶、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn),為老年人的安全防護(hù)提供一種智能手段。
關(guān)鍵詞:老人防跌倒;全球移動(dòng)通信系統(tǒng);加速度傳感器
隨著醫(yī)療條件的改善和生活水平的提高,人口平均壽命顯著增長(zhǎng),加速了人口老齡化的進(jìn)程。人口老齡化帶來(lái)諸多社會(huì)問(wèn)題,在保障老年人的基本生活之外,減少老年人因意外造成的損失是目前亟待解決的問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì),中國(guó)每年都有2 000萬(wàn)以上的老年人發(fā)生2 500萬(wàn)次左右的跌倒事件,其中,40%~70%的跌倒會(huì)造成傷害,70%的死亡與老年人的跌倒相關(guān)[1]。因此,為有效解決老年人跌倒后救助不及時(shí)問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的跌倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)監(jiān)護(hù)時(shí)老年人的身體狀況,快速檢測(cè)、判斷是否發(fā)生跌倒并向監(jiān)護(hù)人發(fā)出警報(bào)。本設(shè)計(jì)旨在減少家屬不在身邊時(shí)跌倒對(duì)于老年人造成的二次危害,減少經(jīng)濟(jì)損失,提高老年人的生活質(zhì)量。
1? ? 跌倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1.1? 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要涉及單片機(jī)控制、跌倒檢測(cè)與報(bào)警通信3個(gè)主要模塊,以實(shí)現(xiàn)對(duì)于日常生活中老年人跌倒事件的監(jiān)測(cè)以及報(bào)警的功能。先由檢測(cè)模塊檢測(cè)到裝置發(fā)生變化,經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換發(fā)送給單片機(jī)模塊進(jìn)行分析,單片機(jī)模塊經(jīng)過(guò)判斷若發(fā)生跌倒?fàn)顩r則報(bào)警并發(fā)送短信至監(jiān)護(hù)人??傮w框架如圖1所示。
1.2? 傳感器的選型
本設(shè)計(jì)需要能夠區(qū)分正常運(yùn)動(dòng)與跌倒兩種狀態(tài),一旦跌倒,能夠快速、準(zhǔn)確地判定并發(fā)出信號(hào),因此,本設(shè)計(jì)選擇ADXL加速度傳感器作為檢測(cè)模塊[2-3]。該傳感器可以通過(guò)任意軸上的加速度與用戶(hù)設(shè)置的閾值來(lái)檢測(cè)用戶(hù)有無(wú)運(yùn)動(dòng)發(fā)生,具有靈敏度高、低功耗、體積小等特點(diǎn),且成本較低符合老年人的購(gòu)買(mǎi)能力。
1.3? 通信模塊的選擇
通信模塊負(fù)責(zé)將單片機(jī)處理的報(bào)警信息發(fā)送給患者的家人以及醫(yī)護(hù)人員。根據(jù)實(shí)際情況,考慮到老人在室外活動(dòng)的可能性,通信模塊必須支持遠(yuǎn)距離通信。全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communications,GSM)屬于第二代移動(dòng)通信技術(shù),在遠(yuǎn)距離通信上有明顯優(yōu)勢(shì)[4],并且在數(shù)據(jù)傳輸方面更加有效、快捷,因此,選擇GSM模塊作為本次設(shè)計(jì)的通信模塊。
2? ? 硬件設(shè)計(jì)與制作
2.1? 跌倒檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的檢測(cè)模塊采用ADXL345模塊,該模塊會(huì)實(shí)時(shí)采集用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。若感應(yīng)到傾斜角度以及動(dòng)力加速度,將檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)變化數(shù)據(jù)在模塊內(nèi)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,通過(guò)其串行時(shí)鐘線(Serial ClockLine,SCL)與串行數(shù)據(jù)采集(Serial Data Acquisition,SDA)引腳將信號(hào)發(fā)送給單片機(jī),進(jìn)而判斷用戶(hù)是否為跌倒?fàn)顟B(tài)。
2.2? 報(bào)警通信模塊電路設(shè)計(jì)
2.2.1? 報(bào)警電路設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的報(bào)警模塊選用5 V有源蜂鳴器,電路中采用三極管9012來(lái)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)判斷用戶(hù)為跌倒?fàn)顟B(tài)時(shí),通過(guò)單片機(jī)P14引腳發(fā)送一個(gè)高電平,使蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警,并且可以通過(guò)控制單片機(jī)引腳方波輸出形式控制蜂鳴器的鳴叫方式。
2.2.2? GSM模塊電路設(shè)計(jì)
GSM模塊的接收數(shù)據(jù)(Receive Data,RXD)與發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmit Data,TXD)引腳與單片機(jī)的P3.0與P3.1引腳相連,若單片機(jī)判斷用戶(hù)為跌倒?fàn)顟B(tài),則GSM模塊發(fā)送短信至監(jiān)護(hù)人。當(dāng)短信發(fā)送成功時(shí),LED指示電路接收到單片機(jī)P11端口的一個(gè)低電平,使二極管導(dǎo)通,LED發(fā)光表示用戶(hù)短信發(fā)送成功。
2.2.3? 誤報(bào)解除按鍵電路設(shè)計(jì)
按鍵的單片機(jī)控制引腳默認(rèn)為高電平,當(dāng)用戶(hù)按下按鈕時(shí),向單片機(jī)的P22引腳發(fā)送一個(gè)低電平信號(hào),單片機(jī)接收信號(hào)后判斷為誤報(bào)狀態(tài),阻止定時(shí)器倒計(jì)時(shí)并中斷短信發(fā)送。
3? ? 軟件設(shè)計(jì)
初始化定時(shí)器,檢測(cè)傾斜角度與動(dòng)力加速度是否超過(guò)設(shè)定的閾值,若沒(méi)有超過(guò),判定為正常運(yùn)動(dòng)不做任何處理;若超過(guò)閾值,蜂鳴器報(bào)警。再檢測(cè)誤報(bào)解除按鈕是否按下,若為按下?tīng)顟B(tài)則認(rèn)為是誤報(bào),解除報(bào)警,反之觸發(fā)通信模塊。程序流程如圖2所示。
4? ? 結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)分析針對(duì)老年人跌倒檢測(cè)的需求,設(shè)計(jì)出了一個(gè)智能化的報(bào)警方案。選用靈敏度較高的傾角傳感器檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),在其內(nèi)部進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后,將信號(hào)傳送到單片機(jī),以判斷是否處于跌倒?fàn)顟B(tài)。當(dāng)單片機(jī)判定為跌倒?fàn)顟B(tài)時(shí),報(bào)警模塊與通信模塊能夠快速做出響應(yīng),使跌倒老人能夠得到及時(shí)的救助。本設(shè)計(jì)有耗能低、易攜帶、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn),為老年人的安全防護(hù)提供一種智能手段。
[參考文獻(xiàn)]
[1]俞浩,羅鵬飛,韓仁強(qiáng),等.2010—2016年江蘇省老年人群意外跌倒死亡流行特征[J].現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué),2018(22):4046-4049.
[2]秦昉,孫子文,白勇.基于加速度傳感器的無(wú)線跌倒檢測(cè)系統(tǒng)[J].控制工程,2016(1):124-128.
[3]卓從彬,楊龍頻,周林.基于MPU6050加速度傳感器的跌倒檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子器件,2015(4):821-825.
[4]張義偉,李孟嬌,劉寶元.基于STM32和GSM的煤礦瓦斯報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù),2019(6):130-132.