老年人摔倒现场录像机.docx
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老年人摔倒现场录像机
基于STM32的彩信发送老人摔倒前图像+定位装置
摘要：
近年来，关于老人摔倒后无人搀扶、撞倒老人后迅速跑掉的新闻屡见不鲜。
随着人们对于道德的淡忘和人情的冷漠，越来越多的老人在发生意外时得不到及时的帮助，本文阐述的装置基于coretex-M3内核，通过摄像头、内存卡和GSM/GPRS模块实现采集图像、存储图像、发送图像以及定位的作用。
能够对老人户外安全问题产生较大帮助。
关键词：
coretex-M3；STM32；OV2640模块；SIM900A模块；SD卡；彩信；基站定位
0引言
老人出门佩戴本文装置时，装置能在老人摔倒时，将摔倒之前几秒钟内的环境图片发送给子女的手机，如图1，并将老人摔倒地点显示在子女手机上，如图2。
显而易见这个装置有两个优点：
第一，如果有人撞倒老人后不承认或者跑掉，那么，子女手机上的图片会成为直接证据或破案线索。
第二，装置记录下了老人摔倒的真实情况，消除了路人想去帮忙但又担心承担责任的顾虑，有利于老人得到路人的及时救助。
1硬件介绍
装置完成上述功能，需实现下述流程：
开机后，摄像头即进入拍照状态，设置拍照频率为1秒/张，将照片存入内存卡中，当有较大震动的时候，立即进入中断，获取经纬度并上传，之后调取大震动前6秒内图像，通过彩信发送。
由于是在户外使用，所以需要配备电池，所以必须考虑如何降低功耗，在这个流程的基础上，装置增加了一个待机模式，如图3。
当老人在正常行走过程中，会引起装置轻微的震动，这个小震动保证装置正常运行，当老人将装置放在桌子上或其他原因导致装置25秒内感受不到轻微震动时，装置自动进入待机模式。
图3流程图
1.1
处理器模块
处理器模块采用STM32F103RBT6核心板，它的处理
速度满足上述功能要求，而且，STM32在待机状态下最低仅需要2μA的电流，能够实现降低功耗的目的。
核心板见图4。
1.2图像采集和存储部分
摄像头模块采用OV2640，相对于76**
系列摄像头模块，OV2640优势很明显，不需要FIFO，通过内部DSP压缩后直接输出jpg图像数据，以320像素×240像素RGB565图片为例，76**模块输出原始数据在150KB左右，而OV2640输出JPEG数据只有4～6KB，虽然是有损压缩，但图像质量仍然非常好，而且同样图像传输JPEG比传输原始数据更快。
OV2640与STM32的连接方式如图5（其中USART3_RX是SDA第30pinPB11，USART3_TX是SCL第29pinPB10）。
关于彩信发送方面，本文设定将6张图像集中在1个彩信中发送，中国移动对外宣称彩信最大容量为100KB，这使得OV2640模块成为最优选择。
由于在事故发生时装置要调出之前6张照片，单靠处理器内存压力很大，所以本文中为装置增加了一个8GMicroSD卡，插在MicroSD卡模块中，用来存储照片。
1.3
发送模块
为了保证装置在户外
能够进行定位和发送彩信，需要用到SIM卡。
必不可少的与之配套还要有GSM/GPRS模块，这里选择SIM900A模块，SIM900A是一个2频的GSM/GPRS模块，支持接打电话、接发短信、接发彩信、基站定位、GPRS
功能。
工作频段为：
EGSM
图6SIM900A模块
900MHZ和DCS1800MHZ。
SIM900A支持GPRSmulti-slotclass10/class8（可选）和GPRS
编码格式CS-1，CS-2，
CS-3andCS-4。
SIM900A采用省电技术设计，在SLEEP模式下最低耗流只有1mA，能够保证装置在没有事故发生时，模块处于SLEEP状态省电的需要。
SIM900A模块带一组232电平接口，可以和电脑直接连接，也可以通过USB--TTL连接电脑，模块可以通过AT指令设置自己将读取到的每条指令写出，在串口调试助手上直观地显示出了模块接收到的每一条指令以及模块对应做出的回应，这点对于测试非常方便。
此外，该模块内嵌TCP/IP协议，扩展的TCP/IP命令让用户能够很容易使用TCP/IP协议，这些在数据传输方面应用时非常有用。
但是SIM900A模块有一点不完美，在搜寻网络和上传数据时，模块的峰值电流将达到2A，所以一般的充电电池就不能满足需要，通过比较，最终选择了1800mah的12V聚合物锂电池，体积只有62mm×37mm×17mm，通过可调降压模块将电压从12V降到4V（SIM900A模块电压范围3.5V-4.5V），电流即可满足峰值需要。
硬件连线示意图见图7。
图7硬件连线示意图
2软件介绍
在显示事故地点方面，需要手机软件的配合。
本文介绍一款国内创业公司开发的物联网
平台——Yeelink。
Yeelink目前定位于做一个开放的通用物联网平台，主要提供传感器数据的接入，存储和展现服务，为所有的开源软硬件爱好者、制造型企业，提供一个物联网项目的平台，使得硬件和制造业者能够在不关心服务器实现细节和运维的情况下，拥有交付物联网化的电子产品的能力。
它有很多功能，这里本文仅拿要用到的接入传感器设备这个功能进行描述：
它能够支持用户使用HTTP，MQTT或socket等方式连入平台，支持以Json，XML等标准格式上传传感器的数据，在socket模式下，还能提供实时的传感器设备实时反向控制功能（即由web或APP远程控制接入设备），所有的数据存入和取回等API手册完全开放，并支持客户进行二次开发，利用这个功能，装置可以通过SIM900A获取装置经纬度，然后通过HTTP请求，与Yeelink平台建立连接，将经纬度信息上传平台，平台同步更新手机APP和电脑地图界面的坐标显示。
手机界面如图8。
电脑界面如图9。
图中显示了本文在创建的设备中添加了2个传感器：
一个是GPS，说是GPS定位，其实并不准确，因为SIM900A不带GPS定位功能，仅带有基站定位功能。
GPS适合露天能够搜索到卫星的地方，在室内几乎不能使用，而基站定位，虽然提供的经纬度误差相对于GPS大些，但可以在室内实现定位，本文装置虽然考虑用于户外，但不能排除老人在商场等室内场所摔倒的可能，加上节省成本的考虑，所以这里直接使用了SIM900A自带的基站定位。
另外一个是远控开关，这部分可以实现功能是：
当老人走失后，子女通过打开这个开关，GPS地图部分即可传回老人所在的地点（由于本文重点不在走失上，所以不对这部分进行详述）。
图8Yeelink手机软件界面
图9Yeelink电脑界面
3程序设计
3.1OV2640模块部分
单片机与OV2640的通信采用串行与并行结合的方式。
OV2640带有SCCB（SerialCameraControlBus）双线串行接口，单片机通过SCCB接口配置和读取OV2640的信息，通过并行接口总线的方式来接收OV2640的图像数据。
从OV2640获取图像数据，需要用到的信号线包括：
8位数据总线Y2～Y9，帧同步信号VSYNC，行同步信号HREF，像素同步信号PCLK，SCCB总线SIO_C和SIO_D。
其图像数据输出的时序图如图10。
图10OV2640数据时序图
帧同步信号VSYNC是低电平有效，HREF是高电平有效，当引脚VSYNC为高电平时表示一帧数据已经准备好，当由高电平变成低电平时表明是一帧图像数据传输的开始。
为了得到有效的像素数据，一般将HREF和PCLK连接一个与非门，使得在行信号无效时不输出像素同步信号，用其输出信号作为像素数据同步。
OV2640的初始化配置：
OV2640_ReadID（&OV2640_Camera_ID）;/*读取OV2640ID，测试硬件*/
OV2640_JPEGConfig（JPEG_320x240）;/*输出320x240像素JPG图片*/
OV2640_BrightnessConfig（0x20）;/*配置亮度，0x40:
+2，0x30:
+1，0x20:
0，0x10:
-1，0x00:
-2*/
OV2640_BandWConfig（0x00）;/*设置黑白彩色模式0x18:
B&W，0x40:
Negative，0x58:
B&W
negative，0x00:
Normal*/
OV2640_CaptureGpioInit（）;/*数据采集引脚初始化*/
OV2640在中断函数中，通过一个全局图像缓存区JpegBuffer存储每张图片数据，然后在存储程序中将数据写入内存卡，涉及到的中断程序如下：
voidEXTI15_10_IRQHandler（void）
{
if（EXTI_GetITStatus（EXTI_Line15）!
=RESET）//检查指定的EXTI0线路触发请求发
生与否
{
EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line15）;//清除EXTI0线路挂起位
JpegBuffer[JpegDataCnt++]=（u8）（GPIOC->IDR）;//把图像数据存入JpegBuffer[]
}
}
3.2内存卡存储部分
SD卡（SecureDigitalMemoryCard）的指令由6个字节组成，字节1的最高2位固定
位01，低6位为命令号（比如CMD16，为10000即16进制的0x10，完整的CMD16，第一字节为01010000，即0x10+0x40）。
字节2～5为命令参数，有些命令是没有参数的。
字节6的高七位为CRC值，最低位恒定为1，如表1。
几个主要的命令如表2。
表1SD卡命令格式
字节1
字节2～5
字节6
7
6
50
310
71
0
0
1
command
命令参数
CRC
1
表2SD卡主要命令
命令
参数
回应
描述
CMD0（0x00）
NONE
R1
复位SD卡
CMD8（0x08）
VHS+Checkpatter
R7
发送接口状态命令
CMD9（0x09）
NONE
R1
读取卡特定数据寄存器
CMD10（0x0A）
NONE
R1
读取卡标志数据寄存器
CMD16（0x10）
块大小
R1
设置块大小（字节数）
CMD17（0x11）
地址
R1
读取一个块的数据
CMD24（0x18）
地址
R1
写入一个块的数据
CMD41（0x29）
NONE
R3
发送给主机容量支持信息和激活卡初始化过程
CMD55（0x37）
NONE
R1
告诉SD卡，下一个是特定应用命令
CMD58（0x3A）
NONE
R3
读取OCR寄存器
所有主机与SD卡间的通信由主机控制，主机发送下述两类命令，对卡而言也有两类操作：
·卡识别模式——在重置（reset）后当主机查找总线上的新卡时，处于卡识别模式。
重置后SD卡始终处于该模式，直到收到SEND_RCA命令（CMD3）。
·数据传输模式——一旦卡的REC发布后，将进入数据传输模式。
主机一旦识别了所有总线上的卡后，将进入数据传输模式。
有两种方式可对SD卡进行通信，SPI（SerialPeripheralInterface）和SDIO（SecureDigitalInputandOutputCard），这里笔者采用的是SPI模式，在SD卡收到复位命令（CMD0）时，CS为有效电平（低电平）则SPI模式被启用，要注意在发送CMD0之前，必须发送大于74个时钟脉冲，这是因为SD卡内部有个供电电压上升时间，而且还需要SD卡同步，在卡初cc，CLK时钟最大不能超过400KHz。
SPI模式下SD卡的操作流程如图11。
对卡的基本读写操作命令有：
数据块读命令READ_BLOCK（CMD17）、多数据块读命令EAD_MULTIPLE_B
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