107基于51单片机老人防跌倒体温检测GSM短信设计说明Word文件下载.doc

1、1.1课题背景及其意义31.2国内外的研究状况 1.3本文的主要研究内容及论文结构安排4第二章 方案的设计与论证52.1控制方案的确定52.2控制方式的选择52.2.1 单片机芯片的选择52.2.2声音报警电路方案的选择52.2.3倾角传感器的选择62.2.4无线遥控模块的选择62.2.5温度采集模块的选择7第三章 硬件电路的设计93.1系统的功能分析及体系结构设计93.1.1系统功能分析93.1.2系统总体结构93.2模块电路的设计93.2.1 STC89C52单片机核心系统电路设计93.2.2 5V电源电路设计133.2.3 LED信号指示灯电路设计143.2.4 GSM_SIM800A模

2、块电路设计143.2.5按键电路设计183.2.6 蜂鸣器报警电路（低电平有效）设计183.2.7 ADXL345倾角传感器模块电路设计193.2.8 DS18B20温度传感器模块电路设计21第四章 系统软件设计244.1 编程语言选择244.2单片机程序开发环境244.3 Keil uVision4软件开发流程254.4 STC-ISP-15xx-v6.85p程序烧录软件介绍264.5 PL2303串口程序烧写模块介绍274.6 程序流程图28第五章 系统焊接与调试305.1 电路焊接305.2 系统调试315.2.1 系统程序调试315.2.2硬件测试325.3 实物测试32致谢34参 考

3、 文 献35第一章 绪论21世纪被称为“银发世纪”，人口老龄化是当今社会面临的重大挑战之一。通常认为65岁以上的比率超过总人口的7%，就称为“老龄化社会”，而超过14%就称为“老龄社会”。目前，世界上所有发达国家都已经进入老龄社会，许多发展中国家正在或即将进入老龄社会。截至2008年底，我国65岁以上人口10956万人，占全国总人口的8.3%。中国作为世界上人口最多的发展中国家，人口老龄化的趋势加速发展，预计到2030年中国将进入深度老龄化，并超过日本成为全国人口老龄化程度最高的国家。随着全球人口老龄化的到来，跌倒已经成为老年人致残和致死的重要原因之一。据世界卫生报告，“2002年全球有39.

4、1万人死于跌倒，其中60岁以上的占50%以上，70岁以上的占40%。许多发达国家对居住在社区的65岁及以上的老年人研究发现，其中28%35%在一年中发生过跌倒，80岁以上的则达到了50%。大约40%70%的跌倒会造成伤害。”对于住在医院里的老年人，跌倒的发生率则会更高。跌倒会严重影响老年人的健康水平和生活质量，也会到来沉重的经济负担。因此，采取适当的措施为老年人提供救助十分重要。随着计算机、通信等技术的发展，电子设备的智能化、小型化，我们希望设计出一种针对老年人跌倒的检测器，在检测到老年人跌倒后能够及时发出求救信号通知其家人或医护人员，使老年人能够得到及时的救助，从而降低伤害，提高老年人的生活

5、质量。目前，国内外对跌到检测系统的研究很多，主要方法可分为以下几种：（1）基于视频的跌倒检测系统此种方法要求在用户可能活动的地方安装摄像头，来捕捉人体运动的画面，经过图像处理判断用户是否存在跌倒的图像特征。该方法不需要用户穿戴任何装备，不影响日常生活，但是监测的范围有限。例如加拿大的CarolineRougier通过摄像头采集老年人跌倒时的画面，将运动过程和人体的形态相结合，判断老人是否跌倒。（2）基于地板震动的跌倒检测系统此种方法是根据人体跌倒在木地板上的声音或人体跌倒时与地板的冲击来判断使用者是否跌倒。但该方法只适用于室内，且不同质地的地板得到的震动信息也不同，应用范围较小。例如弗吉尼亚大

6、学的MARC研究中心通过检测不同物体落地时地板的震动方式来检测人体跌倒。（3）基于可穿戴技术的跌倒检测系统此种方法将传感器嵌入到可穿戴的设备，可以实时监测人体的活动，并在检测到跌倒时进行及时的报警。该方法不受地点的限制，使用范围广，且设备便于携带。基于可穿戴跌到检测系统，目前国内外的研究很多，基本上都是通过各种传感器采集人体的活动数据，并通过一定的算法判断老人是否跌倒。这是目前主流检测方法。1.3本文的主要研究内容及论文结构安排第1章 .主要介绍本设计的课题背景及国内外研究状况；第2章 .主要说明系统方案的选择；第3章.主要介绍硬件电路的组成及使用方法；第4章.主要介绍软件设计；第5章.主要介

7、绍硬件调试。第二章 方案的设计与论证2.1控制方案的确定本设计由STC89C52单片机电路+ADXL345加速度传感器电路+按键电路+蜂鸣器报警电路+DS18B20温度传感器电路+LED灯电路+GSM模块电路+电源电路组成。2.2控制方式的选择2.2.1 单片机芯片的选择方案一采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器，CPLD可以实现各种复杂的功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑，最终放弃了此

8、方案。方案二采用ST公司的STC89C52单片机作为主控制器，STC89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。该单片机功耗低、接口丰富，成本低廉，完全能满足本设计要求。方案三采用单片机芯片控制MSP430单片机是美国德州仪器（TI）推出的一种16位超低功 耗的混合信号处理器（Mixed Signal Processor），主要是针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”混合信号处理的解决方案。MSP430F149是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，具有可靠性高、功耗低、扩展灵活

9、、体积小、价格低和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表、专用设备智能化管理及过程控制等领域，有效地提高了控制质量与经济效益，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。然而其成本太高，故舍弃。故选择方案二。2.2.2声音报警电路方案的选择采用语音集成芯片ISD4004报警，由于ISD4004需要扩充喇叭驱动电路且其本身控制比较繁琐、电路比较复杂，稳定性差。基于以上考虑，所以放弃了此方案。通过蜂鸣器实现报警电路，具有电路简单，性能可靠、稳定等优点，最重要的是低成本，故选择方案二。采用音乐片作为本系统门铃的音乐模块，音乐芯片是一种比较简单的语音电路，它通过内部的振荡电路，再外接小量分立元件，就能产生各种音

10、乐信号，音乐芯片是语音集成电路的一个重要分支，目前广泛用于音乐卡、电子玩具、电子钟、电子门铃、家用电器等场合。其具有电路简单，成本低廉等优点。2.2.3倾角传感器的选择采用陀螺仪来检测老人的位置信息，陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，该模块精度高，稳定性强，但控制复杂。方案二：采用基于ADI公司的倾角传感器ADXL345模块来检测老人的位置信息，adxl345功能很强大，内置很多寄存器，而且成本低，易于控制。2.2.4无线遥控模块的选择采用红外遥控模块系统进行无线控制，红外载波频率：38KHz，其理论遥控范围为8-10米，遥控范围内，

11、电路简单，成本极低。中间有无障碍物等因素会影响到遥控距离，实际遥控距离可能更短，丧失了遥测的有用性。采用315M无线模块对系统进行无线控制，其广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测等方面，数据模块具有较宽的工作电压范围312V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3V时，空旷地传输距离约2050米，发射功率较小，当电压5V时约100200米，当电压9V时约300500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700800米，发射功率约500毫瓦。其遥控距离要比红外遥控远得多。然而315M无

12、线模块只能传输简单的数据，且距离较近，故舍弃。使用WIFI模块进行本系统数据的无线传输。Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。Wi-Fi主要是用于替代工作场所一般局域网接入中使用的高速线缆的。这类应用有时也称作无线局域网（WLAN）。其覆盖性强，传输距离远。但是其安全性不高，很容易被黑客窜改数据。方案四使用蓝牙模块进行本系统数据的无线传输。蓝牙可以替代很多应用场景中的便携式设备的线

13、缆，在能够应用于一些固定场所，如智能家庭能源管理（如恒温器）等。其数据传输为10米，完全满足本设计要求，而且其数据传输的安全性非常高。由于蓝牙模块传输距离较近，故舍弃。方案五使用GSM模块SIM800A作为信息传输的媒介，只需要插上移动卡，即可在全球有移动网络的地方接收到信号。由于本设计考虑远距离监控，故选择方案五。2.2.5温度采集模块的选择采用PT100铂电阻温度传感器，此传感器属于电阻式传感器，它的电阻随着温度的变化而变化。这种温度传感器有零度电阻值和电阻变化率，它性能比较稳定，测量范围达到-200850，但是使用它要复杂的转换关系，要清楚的知道电阻和温度之间的关系。其采集电路主要采用的是电阻分压网络，在电阻分压网络的设计上，由于定值电阻随着测量环境温度变化时，其阻值会有所变化，这就会给系统带来误差，使系统采集的温度值产生偏差，并且其电压值要进行AD转换，增加了系统的复杂程度。PT100自身体积较大，温度变化时，反应速度会优先减慢，如果环境变化温度较快时，将会有部分的中间温度会被直接过滤掉，使实时温度信息不准，实时性较差。采用AD590，AD590是现在温度测量较为常见的温度传感器，测量精度高、温度范围宽，但是成本很高，一般的廉价应用上不会使用。AD590是电流型温度传感器，在