电气专业 基于51单片机的老人防摔GPS定位报警.doc

基于51单片机的老人防摔GPS定位报警摘要本产品设计了一种基于51单片机，利用ADXL345加速度传感器的跌倒实时检测系统，来实现来人摔倒后的报警用以完成老人跌倒后可以被及时发现并救助；它运用基于ＳＶＭ阈值法的三次判别算法；精准判断老人是否摔倒设计还使用了ＧＰＳ卫星定位模块；对老人摔倒后进行准确定位大量实践数据表明，设计产品对大多数情况都能正确判断，误报率较低，可有效的区分日常生活行为和跌倒行为，对老人摔倒检查正确率达到９0％，稳定性，识别率很高 关键词：加速度传感器；阈值法；跌倒检测 AbstractThe design of this product is based on 51 single-chip computer, using ADXL345 accelerometer real-time fall detection system, to achieve the alarm after people fall. It can be found and rescued in time after the elderly fall. It uses the three-time discriminant algorithm based on SVM threshold method to accurately judge whether the elderly fall or not. GPS satellite positioning module is also used in the design, which can accurately locate the elderly after falling down. A large number of practical data show that the design product can correctly judge most cases, and the rate of false alarm is low. It can effectively distinguish daily life behavior and fall behavior. The correct rate of fall detection for the elderly is 90%, stability and recognition rate is high.Key words: acceleration sensor; threshold method; fall detection摘要 21 概述 51.1研究背景及意义 51.2研究现状 51.3应用前景 52 线路设计 62.1设计思路 62.2模块分析 62.2.1 GSM模块： 62.2.2 GPS模块： 72.2.3 ADXL345 模块： 72.2.4单片机STC12C5A60S2的功能及最小系统的电路设计 83硬件简述： 113.1GPS模块VK2828U7G5LF部分 113.2 ADXL345简要介绍 183.3GSM模块简介 204 软件设计 224.1 keil应用 224.2 Altium Designer应用 224.3程序流程 235.系统分析与调试 256 设计心得体会 27参考文献 28附录 30原理图 30源程序 301 概述1.1研究背景及意义随着社会人口比例的变化 老年人占比越来越高，大多数家庭都出现了老人多，年轻人少的情况，老人的照顾不到位，那么老人的安全问题往往成为了每个家庭的安全隐患。

老年人摔倒现象时有发生，摔倒本身大多数情况下没多大问题，问题往往出现在摔倒后的处理不当，造成严重的后果因此，准确判断老年人单独上街的行为状态，设计老年人跌倒GPS定位报警器显得十分有意义因此本设计针对相关问题开展研究，设计出对应的跌倒报警器，主要以51单片机为设计系统的核心，其中包括可以检测出跌倒信号的传感器ADXL345可以进行跌倒识别，GPS模块VK2828U7G5LF部分可以实时检查老人的位置信息，GSM模块的SIM900能给监护人发去老人摔倒的位置信息，使摔倒老人及时得到救助，治疗尽可能的降低摔倒后造成的不利后果1.2研究现状现有的老年人防跌倒报警装置大多是通过无线对讲系统或者基于android智能APP研发的它们自动化程度高，有很强的专业性但是 这也成为了它们的缺陷，因为大多数老年人使用现代化产品不熟练，或许并不会用，使用起来有很大困难况且老年人在跌倒以后，身体受到了冲击，更没有能力去操作APP了，本设计操作简单易懂，自动化程度高，设施简单，原件成本较低，所以一款基于51单片机的老人防摔设计的研究势如破竹2 线路设计2.1设计思路本次设计的老人防摔设计主要是基于51单片机作为主控芯片、ADXL345电容式微机械三轴加速度计作为检测老人摔倒的检测传感器、还有GPS模块做为老人摔倒地址定位的传感器以及一块GSM模块进行通知亲友。

考虑到扩展的可能性，额外增加了一个继电器控制，可以自己外接认为摔倒减少伤害的模块详细的硬件框图如下：2.2模块分析2.2.1 GSM模块：SIM900A是通过串口发送AT指令来完成控制的，所以我们需要一块多串口的51单片机STC12C5A，检查好电源和接地后，SIM900A的TXD和RXD分别连接到STC12C5A的P3.0和P3.1即可当ADXL345检查到老人摔倒数据后，通过单片机指令实现老人摔倒后位置信息的发送2.2.2 GPS模块：通过串口通信与单片机相连接，当它工作的时候，就开始定位了，它将定位数据传输给单片机，数据遵守NMEA0183协议，里面有地面速度、时间、位置信息等，24小时检查老人位置信息我们可以直接对送过来的数据用C语言进行处理，让GSM模块把信息发送到指定号上例如多个监护人号码、医院急救车等2.2.3 ADXL345 模块：ADXL345是一款三轴、数字化的加速度传感器，它能测X、Y、Z三个方向轴上的对应的速度信号该模块能够对各种条件下的加速度进行检测第一步主要通过其自带的感应器检测出加速度信号，然后进行信号转换，转换为可识别的模拟信号，从模拟信号和数字信号的定义可知，模拟量和数字量有着本质的差异。

模拟信号具有幅度和时间上连续的特点；而数字量在表达幅度大小的数字域和时间域上均是离散的当检查到老人摔倒时，通过单片机里的程序指令，让GSM模块发出求救信息，并使蜂鸣器报警2.2.4单片机STC12C5A60S2的功能及最小系统的电路设计STC12C5A60S2的主要功能有许多，下面将详细的介绍一下它的主要功能：(1)字节2)字节3)位口线，个指针地址，3个位定时器/计数器，一个向量级中断结构，全双工串行口，片内晶振控制电路和时钟电路4)能够减少到静态逻辑模式作为核心控制模块可以很好的通过I/O口对传感器，ADC0832模数转换器，LCD1602液晶显示器进行控制该单片机是51单片机的分支，可以对51单片机旗下的所有单片机进行兼容现如今市面上流通的单片机大多数为CPLD和C51，这两种单片机所针对的系统不同CPLD所针对的系统为功能复杂多样，所需控制模块较多的系统，性价比较低C51单片机所针对的系统功能比较简单，所需控制模块较少的系统，性价比较高，使用性比较强该单片机的部分引脚功能特点为端口是I/O端口的一种I/O端口是一个双工接口，有in口和out口端口需要在外部添加一个上拉电阻以改善阻抗。

一个更特殊的端口是和这两个定时器可用作微控制器中的定时器在编程过程中，该接口主要接受低位地址字符可以输出四个逻辑电平，但内部有一个上拉电阻和一个双向输入接口用于系统编程 端口和端口之间存在一些明显的差异当作为输出口时，在连接外部系统是默认作为低电平此外，内含有一个上拉电阻这个电阻可以同时驱动四个低电平访问外部程序寄存器或存储器时，输出高位口和其他接口还不一样，其中有一个特殊的功能，也即是第二接口这个接口同样也具有内部上拉电阻，但是他在用C语言编程的时候，一些不被其他接口检测到的控制信号它也能接受口同时具有位双向I/O接口一些闪存也可以被口接收，并接受一些控制信号端口为重置输入当振荡器运行工作时，按下复位按钮可以复位引脚端口可以作为地址锁存器或编程脉冲当端口作为编程脉冲，工作时要对进行编程当端口用作地址锁存器时，问外部程序存储器或正确访问存储器时，仍然是固定脉冲信号，是时钟振荡周期的6倍是否允许控制程序的存储是它的功能,每个运行周期允许两次的时候有效是允许外部访问的开关如果要想连接外部存储器，就保持EA低电平在寄存器中有一些地址不可以被定义,而且没被定义过的地址是不可以直接拿来使用所以要想利用该数据时,即在写入这些数据时，地址将无效。

除此之外，还在此过程中包括总控制中断定时寄存器中的和的可触发，定时器与定时器当检测溢出时置中断允许控制寄存器为（IE）（MSB）（LSB）单片机的引脚图如图3.3所示图3.3 STC12C5A60S2单片机引脚图CPU的最小系统是各种功能集与一起，并且可以完成基本操作的计算机系统，可正常工作并正常运行是一个小型计算机控制的核心单片机最小系统还有许多用来接收和发送数据的接口，把接收到的数字信号都存到这个小小的芯片中，然后经过一系列的工作再把这些数字信号转化为需要的数据传送出去，用定时器来控制时间由此看出这个小芯片还有输出设备单片机的接口电路主要用来连接计算机和其他外部设备，且各功能模块之间相互联系性能良好CS-51单片机通常采用自动复位和按键复位两种方式这里采用按键复位和上电复位两种电路结合通常STC12C5A60S2单片机在5V的电压下进行工作接5V电压，接地CPU最小系统中主要有晶振电路、时钟电路、连接外界的串口和电源[6]复位电路在所有的电路中都是尤为重要的当电路出现问题时，按下复位键就可以重启电路统框图如图2所示图单片机最小系统框时钟电路在该系统中也特别的重要，时钟电路控制着单片机的节奏，是该系统最的核心构成部分。

是反相放大器的输入，是反相放大器的输出该系统的震荡周期是12，放大节奏是利用石英晶体来实现的晶振电路为典型的晶振取11.0592M，晶振越大，则单片机的处理速度越快单片机最初用作微控制器，应用于工业领域的许多方面是最核心的装置，有许多用来发送和接收的接口，用来控制单片机内的数据单片机的最小系统设计为如图3.4所示 图3.4 单片机最小系统的设计电路 3硬件简述：3.1GPS模块VK2828U7G5LF部分在本次设计采用了设计要求的VK2828U7G5LF模块，这个模块主芯片是UBX-G7020-KT，通过串口通信与单片机相连接，当使他工作的时候，就会开始定位，并将数据通过串口送给单片机，数据遵守NMEA0183协议，里面有时间、位置、地面速度信息等，我们可以直接对送过来的数据进行解读，就可以获取我们所先要的时间信息1.正常工作条件：RF射频属性:NMEA0183协议NMEA 0183 输出GGA：时间、位置、定位类型GLL：经度、纬度、 UTC 时间GSA：GPS 接收机操作模式，定位使用癿卫星，DOP 值GSV：可见 GPS 卫星信息、仰角、方位角、信噪比（SNR）RMC：时间、日期、位置、速度VTG：地面速度信息MSS：。