老年多功能機的設(shè)計與實現(xiàn)

謝雙璐　魏永　柴昊

摘要：老年多功能機主要由屏幕顯示、CPU主控器、GSM、ADXL345加速度模塊、MP3等模塊組成。系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機作為控制和計算芯片，采用加速度模塊檢測老人運動加速度的變化，判斷是否摔倒并通過GSM模塊發(fā)短信通知監(jiān)護人。系統(tǒng)設(shè)計電路簡潔，同時兼具摔倒檢測、脈搏檢測、GSM短信發(fā)送、MP3音樂播放、撥打電話等功能，易于攜帶，具有很大的實用性，是一款專門為老年人設(shè)計的多功能監(jiān)護設(shè)備。

關(guān)鍵詞： STC12C5A60S2單片機；ADXL345；GSM；摔倒

一、緒論

老齡化問題是全球性問題，老年人的監(jiān)護己成為社會研究的熱點問題，近年來中國的人口老年人占據(jù)了很大的比例，到2025年以后我國的老齡將達到一個高峰期，老年人的監(jiān)護就成了一個問題。越來越多的組織和科研機構(gòu)致力于研究老人多功能機即老人監(jiān)護系統(tǒng)，其研究成果大致歸納為以下幾類：基于多傳感設(shè)備的生活環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、基于可穿戴設(shè)備的生理參數(shù)采集系統(tǒng)、基于智能終端的跌倒檢測系統(tǒng)以及基于計算機視覺的監(jiān)護系統(tǒng)，往往造價較高，而本項目采用常用STC12C5A60S2單片機，重點針對老年人摔倒情況進行檢測并采用GSM短信方式通知家人，重點解決老人跌倒后無人問津的問題，及時讓老人得到救助。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)主要由MCU主控模塊、摔倒檢測模塊、GSM通信模塊、音樂播放模塊、脈搏檢測模塊、液晶屏幕顯示模塊組成。主控模塊采用STC12C5A60S2單片機組成的CPU模塊的控制和計算。摔倒檢測模塊采用ADXL345三軸加速度芯片采集加速度變化參數(shù)，通過計算判斷老人是否摔倒然后通過GSM通信模塊發(fā)短信通知監(jiān)護人。音樂播放模塊采用MP3芯片儲備娛樂相關(guān)內(nèi)容并進行切換和音量的調(diào)整。液晶屏顯示模塊除了可以顯示日期之外也可顯示單片機采集和處理過脈搏、音樂等各功能模塊采集數(shù)據(jù)（整體框圖如圖1所示）。

GSM通信模塊，采用SIM900A集成的模塊，可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。尺寸不超過3MM，外觀精巧，方便攜帶。

脈搏檢測模塊電路由光電傳感器、信號處理、數(shù)碼顯示、電源等部分組成。隨著心臟的跳動，人體血管中血液的流量發(fā)生變化，紅外接收管的電流也跟著改變，并輸出脈沖信號。該信號經(jīng)放大、濾波、整形后輸出，MCU對輸入的脈沖信號進行計算處理后存儲并通過液晶顯示電路顯示。

在設(shè)計過程中為了減弱由一塊STC12C5A60S2作為MCU帶來的運行速度過慢以及大大影響到在前文提到的摔倒檢測功能、脈搏檢測功能等核心功能的正常運行，于是本產(chǎn)品采用兩塊STC12C5A60S2 其中一塊主要使用串口與ADXL345，從而保證摔倒檢測功能、脈搏檢測功能等核心功能的正常運行。剩下的一塊作為CPU控制本產(chǎn)品的整體的合理穩(wěn)定的運行，系統(tǒng)擴展性較強可以添加過溫報警，偷竊報警等外設(shè)功能電路。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)設(shè)計

多功能老年機中采用ADXL345與單片機之間是通過IO口模擬的I2C來通信。單片機采用STC12C5A60S2單片機，其通過不停的檢測ADXL345模塊，檢測老年人加速度的變化，在結(jié)合三軸加速度跌倒檢測算法，判斷老人是否跌倒。通過檢測加速度，根據(jù)公式算出角度變化量，檢測振蕩動作進行檢測摔倒判斷。其程序流程圖如圖2所示：

四、結(jié)語

該設(shè)計以采用三軸加速度跌倒檢測算法和GSM短信發(fā)送，利用常用單片機和光電脈搏檢測，進行了老年機的設(shè)計和開發(fā)，設(shè)計電路簡介輕巧，集成了娛樂、脈搏檢測、跌倒檢測和短信發(fā)送功能，在進行跌倒報警功能的基礎(chǔ)上兼具了脈搏顯示、音樂播放等功能，在一定程度上滿足了老人的護理要求。

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項目：本文系國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目 “老年多功能機設(shè)計”（項目編號：201713998005）階段性研究成果