应用于独居老人无线监护系统的设计

应用于独居老人无线监护系统的设计

摘要

为了防止独居老人在家中发生意外情况，保障老人的人身安全，同时保护老人的个人隐私，本文结合单片机串行全双工通信和无线高频收发电路与热释红外探头设计了适用于独居老人的无线监控系统。该系统具有地址显示、呼叫回复和自动呼叫报警等功能，性能稳定可靠，实用性强。

本文详细描述了应用于独居老人的无线监护系统的设计方案、设计过程和特色。

关键词：远程监护；无线收发；呼叫系统；红外探头

引言

随着世界经济的发展，人们的思想意识不断改变，“丁克族”的不断增加，出生率小于死亡率，人口负增长，已经让世界逐渐步入人口老龄化。

我国是人口大国，也是老年人口最多的国家，目前60 岁以上的老年人口已达1.43 亿，占总人口的11% ，并正以每年3 ％的速度增长。在未来的五年，我国60 岁及以上老年人口将从2005年的1.43 亿增加到2010 年的1.74 亿。随着城市建设的发展，人们生活习俗的改变，家庭结构也发生了变化。原来“三代同堂”、“四世同堂”、“儿孙绕膝”的传统家庭生活模式正在逐渐退化。城市独居老人的队伍越来越庞大，已成为不可忽视的社会问题。独居老人的增多，带来生活照料，生病护理的困难，独居老人在家中发生重大意外无法自救的情况比比皆是，严重的可能对家庭造成不可挽回的遗憾等等。本文重点介绍了在分析独居老人生活起居规律的基础上，将热释红外监控探头、单片机电路和无线电收发技术有机的结合在一起组成了应用于独居老人的无线监护系统，该系统安装方便，成本低，使用简单，应用前景好。

第1章应用于独居老人的无线监控系统简介

1.1 系统主要功能和应用

本系统主要用于独居老人的居室，根据需要通常在卧室和卫生间各设一个热释红外监控探头：

1.卫生间：根据老人的生活习惯设置，当老人进入卫生间后超过一定时间未出来或超过一定时间未进入卫生间时，系统都要向监控室发送报警信号；

2.卧室和床上：根据老人的睡眠时间设置，超过预定睡眠时间老人未上床或者到预定起床时间老人未起床，系统都要向监控室发送报警信号；

3.主动呼救：当老人在家中遇有不适的状况需要帮助时,可直接按紧急呼救按钮；

4.自动检测功能：因系统处于长期工作状态，为保证工作的可靠性，在设定的时间内，主机每天数次自动向各个分机发射检测信号，分机收到信号后即回送信息表示工作正常，否则系统会报警；

5.正常工作时，当监控室主机收到报警信号时会自动显示出呼救人的地址并发出声光信息，同时向对方回送信息表示收到信号，报警方收到回送的信息后即停止发送，否则会连续发送报警信号。

本系统可广泛应用于居民住宅区、干休所、养老院、疗养院、医院和宾馆等地。

1.2 系统组成

本系统由主机和分机两大部分组成，每个应用区域设主机一个，分机若干个。主机监控室可安装在各个应用区域的管理中心或医务室，分机分别安置在各个独居老人的住处。

主机由无线电收发电路、单片机电路、监控面板和电源部分组成；分机由热释红外监控探头、无线电收发电路、单片机电路和电源部分组成。（见图1.1系统方框图）各组成部分的原理或功能如下：

1.2.1 热释红外监控探头

热释电红外线传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制。

热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm 的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10～20米范围内人的行动。

菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。

人体辐射的红外线中心波长为9～10--um ，而探测元件的波长灵敏度在0.2～20--um

图1.1 系统方框图

分机

范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7～10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消。菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。

被动式热释电红外探头的主要特点是：

1、本身不发任何类型的辐射。

2、抗干扰性能好。

•防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。

•抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。

•抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。

3、器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。

1.2.2 单片机电路

在分布式控制系统中, 一般常需要多个处理器协同工作, 单片机的控制能力较强, 在许多控制系统中, 经常被采用, 当系统中有多个单片机时, 机间的通信是一个重要问题, 由于串行通信方式线路简单, 且适宜远距离的场合故单片机间的通信通常采用串行方式。系统中的每个单片机集数据采集、运算、控制、通信于一体, 如何实现单片机之间的数据通信是整个系统可靠、有效工作的基本保证。而单片机一般只有一个串行通信口, 通常都用于与后台计算机交换数据, 再与其他单片机进行通信时, 就显得串行通信口不够用。因此, 需要串行口的扩展。本系统给出的基于CPLD设计的扩展串行口, 可同时扩展3个串行异步通信口, 通信的两个方向上可以同时进行数据传输。

以一个单片机与3个单片机之间的扩展串行通信口设计为例, 其系统组成框图如图1.2所示。在该系统中, 主单片机和 3个从单片机之间的数据通信, 是采用由CPLD设计的扩展串行口来完成的, 串行口1与分机1通信, 串口2与分机2通信, 串口3与分机3通信。利用CPLD进行硬件电路设计, 既节省器件成本、减少电路板尺寸、又容易进行电路修改、缩短开发周期。此设计中的扩展串行口与主单片机的接口是8位总线, 其