基于單片機的跌倒檢測報警系統設計

李欣欣 徐 靜 文歡

摘? ?要：當代社會，老年人群健康安全監護的需求日益增加，老年人跌倒檢測的研究成為社會關注熱點。故文章設計了一種基于單片機的跌倒檢測報警系統，選用STC89C52單片機作為控制芯片、ADXL345傳感器作為檢測模塊以及GSM發送裝置作為通信模塊。首先，利用檢測模塊采集老人日常活動中的運動數據，經模數轉換后將其發送給單片機，以判斷老年人當前狀態。當滿足觸發條件時，報警模塊發出聲音提醒老人和周圍的人，并將求救短信發送到相關人員手機上。本設計有耗能低、易攜帶、傳輸距離遠等特點，為老年人的安全防護提供一種智能手段。

關鍵詞：老人防跌倒;全球移動通信系統;加速度傳感器

隨著醫療條件的改善和生活水平的提高，人口平均壽命顯著增長，加速了人口老齡化的進程。人口老齡化帶來諸多社會問題，在保障老年人的基本生活之外，減少老年人因意外造成的損失是目前亟待解決的問題。據統計，中國每年都有2 000萬以上的老年人發生2 500萬次左右的跌倒事件，其中，40%～70%的跌倒會造成傷害，70%的死亡與老年人的跌倒相關[1]。因此，為有效解決老年人跌倒后救助不及時問題，本文設計了一種基于單片機的跌倒檢測報警系統，實時監測無監護時老年人的身體狀況，快速檢測、判斷是否發生跌倒并向監護人發出警報。本設計旨在減少家屬不在身邊時跌倒對于老年人造成的二次危害，減少經濟損失，提高老年人的生活質量。

1? ? 跌倒檢測報警系統的設計

1.1? 系統的總體設計

本設計的內容主要涉及單片機控制、跌倒檢測與報警通信3個主要模塊，以實現對于日常生活中老年人跌倒事件的監測以及報警的功能。先由檢測模塊檢測到裝置發生變化，經過模數轉換發送給單片機模塊進行分析，單片機模塊經過判斷若發生跌倒狀況則報警并發送短信至監護人。總體框架如圖1所示。

1.2? 傳感器的選型

本設計需要能夠區分正常運動與跌倒兩種狀態，一旦跌倒，能夠快速、準確地判定并發出信號，因此，本設計選擇ADXL加速度傳感器作為檢測模塊[2-3]。該傳感器可以通過任意軸上的加速度與用戶設置的閾值來檢測用戶有無運動發生，具有靈敏度高、低功耗、體積小等特點，且成本較低符合老年人的購買能力。

1.3? 通信模塊的選擇

通信模塊負責將單片機處理的報警信息發送給患者的家人以及醫護人員。根據實際情況，考慮到老人在室外活動的可能性，通信模塊必須支持遠距離通信。全球移動通信系統（Global System for Mobile Communications，GSM）屬于第二代移動通信技術，在遠距離通信上有明顯優勢[4]，并且在數據傳輸方面更加有效、快捷，因此，選擇GSM模塊作為本次設計的通信模塊。

2? ? 硬件設計與制作

2.1? 跌倒檢測電路設計

本設計的檢測模塊采用ADXL345模塊，該模塊會實時采集用戶的運動狀態信息。若感應到傾斜角度以及動力加速度，將檢測到的運動變化數據在模塊內進行模數轉換，通過其串行時鐘線（Serial ClockLine，SCL）與串行數據采集（Serial Data Acquisition，SDA）引腳將信號發送給單片機，進而判斷用戶是否為跌倒狀態。

2.2? 報警通信模塊電路設計

2.2.1? 報警電路設計

本設計的報警模塊選用5 V有源蜂鳴器，電路中采用三極管9012來驅動。當單片機判斷用戶為跌倒狀態時，通過單片機P14引腳發送一個高電平，使蜂鳴器進行報警，并且可以通過控制單片機引腳方波輸出形式控制蜂鳴器的鳴叫方式。

2.2.2? GSM模塊電路設計

GSM模塊的接收數據（Receive Data，RXD）與發送數據（Transmit Data，TXD）引腳與單片機的P3.0與P3.1引腳相連，若單片機判斷用戶為跌倒狀態，則GSM模塊發送短信至監護人。當短信發送成功時，LED指示電路接收到單片機P11端口的一個低電平，使二極管導通，LED發光表示用戶短信發送成功。

2.2.3? 誤報解除按鍵電路設計

按鍵的單片機控制引腳默認為高電平，當用戶按下按鈕時，向單片機的P22引腳發送一個低電平信號，單片機接收信號后判斷為誤報狀態，阻止定時器倒計時并中斷短信發送。

3? ? 軟件設計

初始化定時器，檢測傾斜角度與動力加速度是否超過設定的閾值，若沒有超過，判定為正常運動不做任何處理;若超過閾值，蜂鳴器報警。再檢測誤報解除按鈕是否按下，若為按下狀態則認為是誤報，解除報警，反之觸發通信模塊。程序流程如圖2所示。

4? ? 結語

本文通過分析針對老年人跌倒檢測的需求，設計出了一個智能化的報警方案。選用靈敏度較高的傾角傳感器檢測人體運動數據，在其內部進行模數轉換后，將信號傳送到單片機，以判斷是否處于跌倒狀態。當單片機判定為跌倒狀態時，報警模塊與通信模塊能夠快速做出響應，使跌倒老人能夠得到及時的救助。本設計有耗能低、易攜帶、傳輸距離遠等特點，為老年人的安全防護提供一種智能手段。

[參考文獻]

[1]俞浩，羅鵬飛，韓仁強，等.2010—2016年江蘇省老年人群意外跌倒死亡流行特征[J].現代預防醫學，2018（22）：4046-4049.

[2]秦昉，孫子文，白勇.基于加速度傳感器的無線跌倒檢測系統[J].控制工程，2016（1）：124-128.

[3]卓從彬，楊龍頻，周林.基于MPU6050加速度傳感器的跌倒檢測與報警系統設計[J].電子器件，2015（4）：821-825.

[4]張義偉，李孟嬌，劉寶元.基于STM32和GSM的煤礦瓦斯報警系統的設計[J].煤炭技術，2019（6）：130-132.