老年摔倒报警仪的设计与实现

老年摔倒报警仪的设计与实现
发布时间：2022-06-17T09:18:23.911Z 来源：《科学与技术》2022年第4期2月作者：齐美晴，周佳伟，仲雪伟，徐铭泽，丛运扬，张琦[导读] 我国每年有大量的老人因为摔倒得不到及时救治，在生命和健康受到威胁的同时，也给家庭带来了沉重的负担
齐美晴，周佳伟，仲雪伟，徐铭泽，丛运扬，张琦
（沈阳工学院高等职业技术学院，辽宁抚顺）
摘要:我国每年有大量的老人因为摔倒得不到及时救治，在生命和健康受到威胁的同时，也给家庭带来了沉重的负担。

本文设计了一种利用STM32F103单片机、ADXL345三轴加速度传感器、GSM通讯和GPS定位模块的老人摔倒报警仪，实现对老人摔倒检测报警，并向报警仪中存储的紧急联系人发送位置信息的功能，以增加老人摔倒后及时获救的机会。

关键词:老年人摔倒;摔倒检测;三轴加速度
1.设计背景
我国老龄化程度日趋严重，据统计,截至2002年全世界共有39.1万人死于摔倒,当中60岁之上的高达50%以上,70岁之上的约占40%,超过40%~70%的老人摔倒都可能导致伤害,而摔倒已极大危及了老人的生命安全。

而现在年轻人的生活压力和节奏不断加快，因此对老年人的健康监护成亟待解决的热点问题。

我国每年有大量的老人因为摔倒得不到及时救治，在生命和健康受到威胁的同时，也给家庭带来了沉重的负担。

因此为了解决此问题，设计和实现能对老人摔倒进行监测的设备成为必须。

2.设计原理
本次设计老人摔倒检测仪中STM32F103单片机是核心控制芯片；三轴加速度传感器ADXL345根据老人摔倒时的加速度变化，将检测信号发送给单片机；GPS模块负责定位老人所处的位置；GSM模块通过插入的手机卡，在摔倒时刻将关键信息发送给预留在检测仪中的紧急联系人，增加被有效施救的机会。

本设计的系统组成框图如图1所示。

图1 系统组成框图
本次设计老人摔倒检测仪主要由核心控制芯片、摔倒检测、定位模块、无线通讯模块组成，各部分的具体功能如下：
2.1核心控制芯片
核心控制芯片采用STM32F103单片机,是一款采用了ARM Cortex-M内核具有高性能、低成本、低功耗的微控制器。

选用此款控制芯片主要原因有：在运算处理速度高的前提下，能够为本系统提供低电压和低功耗设计；2.0V至3.6V的工作电压范围兼容锂电池、镍氢电池等主流电池技术；有四种低功耗模式，可将电流耗费降低到两微安；从低功耗模式快捷启动也节省了电能。

同时，本系统在满足基本摔倒报警功能的前提下，能够方便扩展更多样的连接和功能，在成本最小化的基础上支持更多样化的扩展，满足老年人的需求。

2.2摔倒检测
摔倒检测部分采用ADXL345三轴加速度传感器。

它具有体积小、功耗低、高分辨率的特点，可以检测到摔倒时倾斜角的变化，而且适用于运动状态下的追踪，以及运动或撞击作用下瞬时加速度的变化，为提高了摔倒检测的准确性提供了硬件支持。

三轴加速度传感器将检测到的数据传送给STM32单片机进行处理。

ADXL345三轴加速度传感器电路原理图如图2所示。

图2 ADXL345三轴加速度传感器电路原理图
2.3 定位模块
GPS模块采用U-BLOXNEO模块，负责定位老人所处的位置。

它具有高灵敏度、低功耗、小型化的特点，在普通GPS接收模块不能定位
的地方，如城市狭窄街区、密集的森林中，都能高精度定位。

为老人摔倒后得到准确施救提供了有力的保障。

2.4无线通讯模块
GMS模块采用EC200S无线通讯模块，GSM模块通过插入的手机卡，在摔倒时刻将关键信息发送给预留在检测仪中的手机号，增加被有效施救的机会。

GSM模组同时具备了收发SMS短信,语音电话,GPRS数据以及通过GSM网络实现通讯的一切能力。

因此也为后续根据老年人需求进行扩展提供了空间。

3.软件部分设计
本次设计老人摔倒检测仪中STM32F103单片机是核心控制芯片，为了保证摔倒检测过程中减少误判，对数据处理时用到了多种软件摔倒检测算法，以保证检测的准确性。

而且ADXL345三轴加速度传感器能够用来判断单轴的加速度值是否超出阈值；还能用用于自由落体的感应的检测等等。

这些多样化的功能都有助于使老人摔倒检测更加的准确而全面。

另外，在降低功耗方面，ADXL345三轴加速度传感器除了自身功耗低之外，还可以用作系统的动作开关，从而进行有效的电源管理。

三轴加速度传感器ADXL345根据老人摔倒时的加速度等数据量的变化，将检测信号发送给STM32单片机；经过单片机的处理和判断，如果判断为摔倒，单片机将GPS模块返回的位置信息，通过GSM模块发送给预留在检测仪中的紧急联系人，增加被有效施救的机会。

4.结束语
老人摔倒报警仪能够在老人发生摔倒后得到及时获救发挥很好的作用。

摔倒报警仪通过检测摔倒后，给预先设定的亲情号发送位置等有效信息，从而使老人能够得到及时的救助。

本设计具有低功耗的特点，方便老人使用。

并且系统还可以根据个性化需求提供可扩展的空间。

因此具有很好的市场应用和研发价值，有很可观的发展前景。

参考文献
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