基于msp430的智能安全報警鞋墊設(shè)計

文/汪文婷 支強 施鋒

（沈陽師范大學(xué)科信軟件學(xué)院 遼寧省沈陽市 110034）

近來社會上安全問題頻發(fā)，從大學(xué)生被拐到滴滴打車事件到銀行被歹徒搶劫，安全防護意識一刻也不能松懈。目前，人口老齡化形勢也十分嚴峻，未來將更加突出。“未富先老”是我國的一個基本國情，需要大力發(fā)展經(jīng)濟,建立健全社會養(yǎng)老公共服務(wù)制度，加大投入，應(yīng)對老齡社會的各項挑戰(zhàn)。在國內(nèi)外的銀行中，存在一款類似的報警鞋，職員可以根據(jù)這種鞋在不知不覺間完成報警，但是必須要依賴于建設(shè)在銀行附件的專用通信線路才能報警。基于現(xiàn)狀，本文研究了基于msp430 的新型智能報警鞋墊設(shè)計。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)特點

可穿戴技術(shù)指的是可以穿在身體上的智能系統(tǒng)，與人體交互形態(tài)主要基于人體能力和設(shè)備內(nèi)置能力配合實現(xiàn)，是計算“以人為本、人機合一”理念的產(chǎn)物。本產(chǎn)品作為一款智能安全報警鞋墊，不僅安全隱蔽可穿戴，在未來隨著5G技術(shù)的發(fā)展，還能快速的通過腳部動作發(fā)出相應(yīng)指令比如發(fā)送定位，即使是在偏僻的地方，也能自動向親朋好友撥打求救電話。

1.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計

此產(chǎn)品將可發(fā)送定位，便于攜帶，可呼救，使用隱蔽等特點結(jié)合到了一起，形成了一個可發(fā)送定位，可呼救，使用隱蔽的報警鞋墊?；谥悄馨踩珗缶瑝|此時處于低級階段。其處理流程如圖1 所示。

可見其誤觸的概率很大，在一些混亂的場合，會給使用者會造成一定的麻煩。當實驗者為老人時，震動誤觸提醒的效果可能不太會引人注意。并且此類產(chǎn)品主要針對個人，因而沒有太大的利用價值，不能被平臺使用。

1.3 方案的提出和具體實現(xiàn)

圖1 闡述了原有產(chǎn)品設(shè)計的實現(xiàn)過程，發(fā)現(xiàn)了其中的弊端，基于實用性對產(chǎn)品的啟動進行了改造，加入了：

（1）按壓模塊：采用薄膜式壓力傳感器，壓力傳感器主要是由敏感元件組成，敏感元件是用壓電的材料制作而成的，而當壓電材料受到外力作用的時候，其表面會形成電荷，電荷會通過電荷放大器、測量電路的放大以及變換阻抗以后被轉(zhuǎn)換成為與所受到的外力成正比關(guān)系的電量輸出，感知到設(shè)定的動作之后對做出的設(shè)定動作進行處理。

（2）震動馬達模塊： 震動提醒設(shè)備已打開。

（3）拾音模塊：拾取使用者身邊音源，做出相應(yīng)的處理。

（4）GPRS 模塊：GPRS 是General Packet Radio Serivice 是通信分組無線業(yè)務(wù)的簡稱。GPRS 和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜，可以降低產(chǎn)品的成本。

（5）電源模塊：對于每一個完整的電子設(shè)計來講，首要問題就是為整個系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的前提和基礎(chǔ)。因此我們的產(chǎn)品是通過安裝一個電源模塊去對我們的產(chǎn)品去進行基本的供電和能源支撐。

圖1：處理流程

圖2：可供平臺使用的系統(tǒng)流程圖

在鞋墊前后設(shè)置兩個按壓模塊，側(cè)面設(shè)置總開關(guān)與充電口，就可以減小發(fā)送誤觸的概率，通過特定的動作利用4G 和GPRS 模塊發(fā)送給手機或平臺，手機將會在一段時間后自動發(fā)送定位，并撥通接收者電話，關(guān)閉裝置的方式為再次做下動作關(guān)閉?；谝陨显O(shè)計，再次針對平臺與個人對智能安全報警鞋墊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與流程進行了改造。

如圖2 所示，將使用者分為了平臺與個人。單模塊用戶則利用4G 模塊將報警信息發(fā)送到個人APP 上，并做震動記錄發(fā)送給監(jiān)護人，監(jiān)護人可通過GPRS 模塊對使用者進行拾音與定位。系統(tǒng)用戶則利用4G 模塊將報警信息發(fā)送到平臺上，并做記錄，此功能適用于養(yǎng)老院或醫(yī)院等場所，對老人、病人的健康情況做出記錄。

2 實現(xiàn)原理

2.1 硬件設(shè)計

2.1.1 感知和處理

目前市面上的壓力傳感器有很多，因此也存在一些比較小的壓力傳感器，例如薄膜式壓力傳感器，其重量較輕、工作可靠、結(jié)構(gòu)很簡單、信噪比很高、靈敏度很高以及信頻寬等等，安裝在鞋墊上不會對鞋墊的外觀等造成太大的影響。

2.1.2 定位

一般的GPS 模塊只能發(fā)送一個靜態(tài)的定位，而GPRS 模塊不僅能夠發(fā)送定位，還能夠?qū)Χㄎ贿M行追蹤和處理。GPRS 定位模塊在經(jīng)過特定的動作指令且指令無誤后對GPRS 模塊進行觸發(fā)，然后通過藍牙模塊與手機的聯(lián)系進行發(fā)送定位。雖然目前市場上的GPS模塊多多少少都會存在一定的誤差，但是一般誤差都不大，定位的GPRS 模塊對于目前產(chǎn)品的需求是符合的，因此對于產(chǎn)品的功能的實現(xiàn)不會造成影響，能夠較為準確的對地點進行定位。這是智能安全報警鞋墊如何實現(xiàn)定位的基本原理和目前對于產(chǎn)品的定位初步實現(xiàn)的追求。

2.1.3 供電

對于每一個完整的電子設(shè)計來講，首要問題就是為整個系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的前提和基礎(chǔ)。因此可通過安裝一個電源模塊對產(chǎn)品進行基本的供電和能源支撐。同時選擇的電源模塊在滿足基本供電的需求上，盡量縮小其體積，讓其對智能安全報警鞋墊產(chǎn)品的外觀不會產(chǎn)生太大的影響。同時所選用的電源模塊也具有一個可充電的安卓接口，用來為產(chǎn)品進行充電，從而提高產(chǎn)品的實用性以及產(chǎn)品的使用周期。

2.2 軟件設(shè)計

Msp430 單片機控制函數(shù)主要是以：void ExternalInterruptInit(); void ADC12Init();void TimerAInit();void ShockerInit();為主。用不同的函數(shù)來做對不同模塊的初始化，以及設(shè)置不同的反應(yīng)。

3 功能設(shè)計

3.1 傳感器模塊

3.1.1 薄膜式壓力傳感器模塊

使用者可以進行特定的腳部動作設(shè)定，來開啟報警鞋墊發(fā)送定位的功能。產(chǎn)品通過壓力傳感器感知到特定動作。圖3 為薄膜式壓力傳感模塊原理圖。

3.1.2 拾音模塊

通過拾取使用者身邊音源來完成相應(yīng)的處理。設(shè)備未啟動時通過特定音源來確定是否啟動設(shè)備，設(shè)備啟動后拾取使用者身邊音源并記錄到數(shù)據(jù)庫。

3.2 震動馬達模塊

震動馬達模塊的使用可以對產(chǎn)品因為誤觸而可能造成的一系列不良的安全性問題有一個很好的解決，也極大的提高了智能安全報警鞋墊的可使用價值和使用者對于本產(chǎn)品的放心使用程度。

3.3 通信模塊

3.3.1 GPRS 模塊

通常情況下，使用者在遇到危險時，做出相應(yīng)指令動作，發(fā)出傳輸指令，報警裝置可根據(jù)用戶前期設(shè)定應(yīng)用GPRS 導(dǎo)航定位模塊，報警裝置，來進行點對點的報警信息或者定位的發(fā)送。

3.3.2 4G 模塊

4G 通信技術(shù),相比于之前的2G、3G 通信技術(shù)，4G 通信工程施工技術(shù)具有非常明顯的優(yōu)勢,該技術(shù)在通信領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用顯著提高了網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)乃俣?也給人們帶來了非常良好的上網(wǎng)體驗。由于人們研究4G 通信的最初目的就是提高蜂窩電話和其他移動裝置無線訪問Internet 的速率，因此4G 通信給人印象最深刻的特征莫過于它具有更快的無線通信速度。利用4G 模塊可以更快的將信息發(fā)送到阿里云平臺上，保證消息傳遞的及時性。4G 模塊原理圖如圖4 所示。

3.4 電源模塊

電源采用可充電式電源，為系統(tǒng)提供電能。

4 結(jié)論

圖3：薄膜式壓力傳感模塊原理圖

圖4：4G 模塊原理圖

智能安全報警鞋墊不僅便于攜帶，可呼救，比較于常規(guī)手持迷你報警器使用起來更隱蔽，更方便。5G移動通信發(fā)展是全球移動通信領(lǐng)域新一輪技術(shù)競爭的開始。在未來隨著5G技術(shù)的發(fā)展，還能更快的通過腳部動作發(fā)送出響應(yīng)指令，比如說發(fā)送定位，能做到即使是在偏僻的地區(qū)也能準確向親朋好友發(fā)送求救信息。對于在家中無人看護的老人也可以提供有效的幫助，對老人出現(xiàn)的意外情況進行報警。對于醫(yī)院，養(yǎng)老院等場所，可以通過此產(chǎn)品對老人的位置情況進行監(jiān)測，并在平臺上接收老人的報警信號，能隨時監(jiān)控健康狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題，從而避免更嚴重的問題出現(xiàn)，并通過數(shù)據(jù)庫進行記錄。在后期還能對本產(chǎn)品進行一些擴展，比如增加心率測量模塊，血壓測量模塊，讓智能安全報警鞋墊更廣泛的運用到大眾當中。