基于STM32的養老呼叫系統設計

樊海紅 武琰 李一峰

摘 要 人口老齡化和政府對民生問題的關注，對健全養老機構的設施提出更高的要求。基于單片機的養老無線呼叫系統由無線nRF905發送模塊、LCD顯示程序、聲光報警程序、呼叫接收端無線nRF905接收模塊組成。該系統的應用有助于養老機構工作人員更方便、及時關照老年人，老年人得到更好的照顧，使老人安享晚年，讓子女放心。

關鍵詞 單片機;老年人;STM32;養老呼叫系統

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）08-0039-03

Design of Old-age Call System based on Single-chip Microcom-puter//FAN Haihong， WU Yan， LI Yifeng

Abstract Aging of population and the governments attention to the

livelihood issues have placed higher demands on the facilities of sound old-age care institutions. The wireless calling system for the

old-age based on single-chip microcomputer is composed of wireless

nRF905 transmitting module， LCD display program， sound and light

alarm program， and call receiving wireless nRF905 receiving module.

The application of the system helps the staff of the aged care institu-tions to be more convenient and timely to care for the elderly， and the

elderly are better taken care of， so that the elderly can enjoy their old-age and reassure their children.

Key words single-chip microcomputer; elderly; STM32; old-age call system

1 引言

20世紀70年代開始實行的計劃生育政策，使我國人口生育率不斷降低。而隨著科學技術的高速發展，以及現代醫學水平的不斷進步，老年人的平均壽命有了很大提高。因此，我國老年人口比例不斷上升，人口老齡化已經成為我國一個極為嚴峻的社會問題。面對老齡化社會，應該做好準備[1-2]。

孝敬老人是中華民族的傳統美德，是社會主義核心價值觀的體現。20世紀七八十年代出生的獨生子女面對工作競爭、撫養孩子、贍養老人等問題，著實感到力不從心。為此，老年公寓、養老院、社區養老等養老模式越來越受到大眾青睞。社會經濟的快速發展，人民生活水平不斷提高，對老年人的養老條件提出更高的要求。

基于單片機的養老呼叫系統使用簡單方便，當老人遇到困難或危機情況時，可快速按下求助按鈕，在終端的呼叫設備發出呼叫聲;同時，液晶顯示屏顯示呼叫求助的位置，工作人員接收到這些信息后可以馬上趕到求助點處理。這樣可以有效地保證老年人能夠及時得到工作人員的幫助、看護，同時為養老機構的管理帶來極大便利，從而提高養老服務質量。

基于單片機的養老呼叫系統是以nRF905芯片為核心器件的無線呼叫系統，老年人無論是在房間、閱覽室、棋牌室，還是在花園，只要有需要，就可以隨時隨地按求助按鈕，發出求助信息;工作人員可以在第一時間趕到現場，采取相應的服務或搶救措施。這樣既方便了老人，也減少了醫護人員的麻煩，更減少了因時間耽誤而引起的不可挽救的后果。

2 系統結構

本設計是以STM32F103C8T6單片機為核心的無線養老呼叫求助系統，系統由呼叫發送端和呼叫接收終端兩部分構成[3]。

呼叫發出端 呼叫發送端由求助按鍵模塊、nRF905無線發送模塊組成。老年人按下所處位置呼叫發送端的求助按鍵，無線模塊nRF905對傳輸的信號進行編碼，在盡可能大的抗干擾的情況下發送求助信號。呼叫發送端的結構框圖如圖1所示。

呼叫接收端 呼叫接收終端由nRF905無線接收模塊、LCD顯示模塊和聲光報警模塊組成。呼叫接收端的無線模塊監測空中信號、接收信號并對接收到的信號進行譯碼，聲光報警模塊的蜂鳴器發出鳴叫，同時LED燈閃爍，告知工作人員有人發出求助，LCD顯示模塊顯示呼叫地點、日期、時間等信息，直到工作人員按下應答鍵。配置一個取消報警的按鍵作為應答信號。呼叫接收端的結構框圖如圖2所示[4]。

3 系統程序

本系統采用模塊化程序設計，整個程序設計包含呼叫發送端程序、呼叫接收端程序、nRF905無線模塊程序、LCD顯示程序、聲光報警程序和按鍵掃描程序。

呼叫發送端程序流程 老年人在房間、花園等地需要工作人員服務，或是忽感不適，本人或同伴按下呼叫發送端按鍵，這時呼叫發送端的nRF905被設置為發送模式，并且初始化輸入輸出引腳;系統接著判斷求助按鍵功能，讀取EEPROM中的求助地ID數據，并對求助地的ID數據進行編碼處理，處理后發射數據給呼叫接收端。nRF905發送數據完成后，再次配置I/O引腳，進入待機狀態，準備下次數據的發送。呼叫發送端主程序流程圖如圖3所示。

呼叫發送端無線模塊nRF905的接收工作模式是由MCU電路通過控制PWR_UP、PWR_UP和TX_EN的三個接口的高低電平來決定的。無線模塊nRF905在待機模式下，MCU將數據和地址分別傳送到nRF905的TX_payload寄存器和TX_address寄存器，傳送完成后，主函數中的MCU將PWR_UP

引腳、TX_EN引腳和TRX_CE引腳均設置為高電平，使nRF905

芯片進入發送數據的模式。無線通信會自動開啟對數據進行加字頭和CRC校驗碼打包處理，打包處理后以GFSK的形式將信號發送出去;如果信號發送完畢，nRF905會將DR引腳設置為高電平，就會通知主MCU可以為下次發送數據做準備[5]。

呼叫接收端程序流程 呼叫接收端通電后，首先對程序的相應功能模塊進行初始化操作，然后進入循環程序流程，即實時讀取時鐘信號，刷新LCD顯示，檢測nRF905是否收到信息等。

1）若收到信息，則進入相應處理程序;否則，判斷為沒有收到呼叫求助信息。

2）若系統判斷收到呼叫求助信息，則nRF905對接收的數據包開始解碼，并且將系統中的ID號與求助地逐一映射檢索，檢索后存儲對應的呼叫信息[5-6]。

3）系統把檢索后的呼叫發送地信息送給LCD顯示，同時驅動LED閃爍和蜂鳴器報警，以提示工作人員作出反應。

呼叫接收端的程序流程圖如圖4所示。

呼叫接收端無線模塊nRF905在工作模式下，主MCU電路將PWR_UP口、TRX_CE口、TX_EN口均設置為高電平，經過650 ?s后，芯片則開啟接收模式。

nRF905進入接收工作模式后，不斷地監測環境中的無線信號，一旦發現周圍環境中出現同一頻段的信號，并且接收的數據地址與呼叫接收終端的地址匹配，則將CD接口設置為高電平。nRF905將收到的數據包進行CRC檢查、校驗、處理并保存，保存的數據通過SPI接口讀出，等待所有的保存數據讀取完畢之后就將AM引腳和DR引腳設置為低電平，準備下一次接收數據。

4 系統電源

本系統采用AMS1117-5.0三端式穩壓芯片作為電源電路。AMS1117-5.0芯片輸出電壓為5 V的正向低壓降穩壓器，內部加入過熱保護。在最大輸出1 A電流的情況下，壓降為1.2 V，并隨負載電流的減小而逐漸降低。電源穩壓的電路圖如圖5所示，電路中VDD給MCU供電。

本系統還采用一個按鍵加上一個電阻作為復位電路，當系統出現問題時按下復位鍵，可以恢復正常功能。

5 結語

老年人受到人體機能的客觀影響，普遍行動不便。基于單片機的養老無線呼叫系統在養老機構的應用，可以方便老年人在需要幫助的時候不用跑來跑去尋求工作人員，避免老年人匆忙、焦急行走引起受傷。老年人身體的突發情況頻頻發生，本無線呼叫系統的應用有助于老年人任何時刻向工作人員求助，及時解決困難。基于單片機的養老無線呼叫系統方便了養老機構醫護人員和老年人之間的信息交流，提高了養老機構的工作效率和服務質量，提高了老年人生活的幸福指數，實現讓老年人滿意、使親屬放心和替政府分憂[7-8]。

參考文獻

[1]李志宏.新時代我國老齡工作的新使命：積極應對人口老齡化 構建理想老齡社會[J].老齡科學研究，2018（9）：3-11.

[2]劉霞.積極應對人口老齡化 加快養老服務業發展[J].江南論壇，2018（10）：15-17.

[3]劉火良，楊森.STM32庫開發實戰指南[M].北京：機械工業出版社，2013.

[4]戴圣偉，王林，張婷.基于STM32的GPRS無線通訊新型智能安防儀的研究與開發[J].湖南工業大學學報，2014（6）：76-80.

[5]孫英達，徐文琴，丁立新.nRF905無線收發芯片的應用[J].機械制造與自動化，2009，38（6）：115-116，123.

[6]鄧安慶.基于RF的無線傳感器網絡在設備監控系統中的應用研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[7]王瑩.基于“智慧”養老的社區養老建設研究[J].勞動保障世界，2018（33）：20-21.

[8]于建偉.讓老年人的生活更加美好[J].中國社會工作，2017（23）：12-13.

基金項目：廣東省科技計劃項目“高精度智能多界面液位傳感器的研制”（項目編號：2011B010300016）;教育部高教司2017年第二批產學合作協同育人項目“校企合作電氣自動化類專業協同設計育人實踐方案”（項目編號：201702016010）;廣東省大學生創新創業訓練計劃項目“汽車自動調光的前照燈的研究”（項目編號：CQ201410566094）。

作者：樊海紅，廣東海洋大學電子與信息工程學院，講師，主要研究方向為電工電子;武琰，通訊作者，廣東海洋大學電子與信息工程學院，講師，研究方向為計算機與通信技術;李一峰，通訊作者，廣東海洋大學電子與信息工程學院系主任，副教授，研究方向為電力系統繼電保護（524088）。