基于ADXL345傾角傳感器的老人防跌倒檢測與報警系統

聶影 邵世云龍

摘?要：隨著當今社會老齡化進程的逐步加劇，我們在新聞中經常能看到老人跌倒了，無人扶，進而導致老人的死亡。本文提出了一種基于ADXL345傾角傳感器的跌倒檢測與報警系統。通過ADXL345傾角傳感器實時采集老人在日常活動中產生的傾角數據，然后將數據送到單片機STC89C52進行處理，并判斷老年人的運動狀態，另外運用DS18B20實時檢測人體溫度。當系統檢測到跌倒發生時，發出報警聲音提醒老人和周圍的人，并且能夠將報警短信發送到相關人員手機上。

關鍵詞：老人防跌系統;單片機STC89C52;ADXL345傾角傳感器

一、研究背景

21世紀被稱為“銀發世紀”，人口老齡化是當今社會面臨的重大挑戰之一。隨著全球人口老齡化的到來，失獨老人的比例也越來越大。年親人忙于工作，在外打拼。如果父母均在還能相互扶持，但如果只剩下單親，而經濟條件又不允許請保姆看護的情況下，老人的安全問題就有了很大的隱患。

據世界衛生報告，跌倒已經成為老年人致死的大概率事件。世界衛生報告數據如下，全球每年有約40萬的老人死于跌倒后無人看護、及時就醫。其中60歲以上的占50%以上，70歲以上的占40%。世衛組針對居住在社區的65歲及以上的老年人進行調查，發現其中30%在一年中發生過跌倒，80歲以上的則達到了50%。大約70%的老人，都因跌倒后無人送醫而落下殘疾或者直接死亡。由于老年人的身體恢復慢，跌倒會嚴重影響他們的生活質量，衣食住行等都很不方便，而且長期就醫也會到來沉重的經濟負擔。因此我們希望設計出一種能感應老年人是否跌倒，以及能監考老人體溫的檢測器。在發現老年人跌倒或高燒等癥狀后，能夠及時通過GSM發出求救信號通知其家人或醫護人員，使老年人能夠在第一時間得到及時的救助，從而降低傷害，提高老年人的生活質量。

二、方案設計

本設計由STC89C52單片機電路+ADXL345加速度傳感器電路+按鍵電路+蜂鳴器報警電路+DS18B20溫度傳感器電路+LED燈電路+GSM模塊電路+電源電路組成。

（1）板子豎直放置的時候，蜂鳴器不報警，板子歪倒一定角度，則蜂鳴器鳴叫報警。一段時間約15s未回復正確狀態，GSM發送報警信息給手機：Help me！！。

（2）如果溫度超過38度，蜂鳴器報警，持續溫度過高約15s左右，同時短信報警：has a cold。

（3）設計帶有誤報警按鍵，蜂鳴器報警的時候，如果老人認為是誤報警，則按鍵按下，蜂鳴器停止報警，如果持續問題存在還會報警。

（4）短信處理過程有指示燈顯示。

（5）GSM模塊是SIM800A，能在芯片檢測到跌倒或者高溫后發送信息給家人或者醫護人員，使老人第一時間能夠得到救助。

本系統具體框圖如圖1所示：

STC89C52單片機最小系統電路由復位電路、時鐘電路和電源電路。擁有這三部分電路后，單片機即可正常工作。單片機最小系統原理圖如圖2所示。

如圖3所示，本設計選擇傾角傳感器ADXL345模塊，能夠實時檢測相關的狀態信息。ADXL345是一款小而薄的超低功耗3軸加速度計，分辨率高，測量范圍達±16g。數字輸出數據為16位二進制補碼格式，可通過SPI（3線或4線）或I2C數字接口訪問。ADXL345非常適合移動設備應用。

DS18B20是常用的數字溫度傳感器，其輸出的是數字信號，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。如圖4，DS18B20傳感器耐磨耐碰，體積小，使用方便。封裝形式多樣，是電子設計中最為常見的一款溫度測量傳感器，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。

三、系統軟件設計

完整的控制系統由硬件系統和軟件系統組成，前面主要闡述了系統的硬件電路的設計方案，若要充分發揮系統的設計功能，則需要支持硬件平臺的軟件程序，即燒寫到單片機內部的程序。

本設計中單片機開發環境是Keil uVision5，Keil uVision5開發軟件是同時支持51系列單片機，以及STM32系列單片機，是目前最主流的程序開發軟件，Keil uVision5是STC公司推出最新一代單片機處理器的編譯、連接和調試集成環境。它可以降低開發周期，從而減少很多成本。Keil uVision5可支持Windows的多種開發環境界面，軟件可以使用C/C++語言。Keil uVision5與C語言匹配效率很高，且能檢測C語言編寫的語法邏輯錯誤，能夠非常便捷地編程、查錯、更正，使使開發者非常方便地用C語言進行程序編程。

四、系統調試

在搭建調試平臺后，需要對軟件程序進行調試。若程序調試通過后，就可驗證系統功能。檢查傾角超過45度后，系統是否能夠發送信號。若功能有問題，需要找到問題所在，多次重復調試，直到問題解決，所有功能正常運行為止。

軟件調試步驟如下：

（1）在Keil5軟件中先創建一個工程：單擊菜單欄中的“工程”，輸入新建工程名“老人防跌報警裝置”，并保存;然后器件選擇“Atmel”目錄下的“AT89C52”。

（2）新建用戶源文件：新建一個空白文檔，保存為“老人防跌報警裝置.c”，在空白文檔中編寫源代碼。再將.c文檔添加到工程文件中。

（3）程序編譯和調試：程序編寫完成后，單擊編譯按鈕，系統會對文件進行運行。一般編寫的程序，會出現一些錯誤或警告。此時可以在輸出窗口中可看到提示信息，根據提示找出錯誤行并改正。如此多次重復操作，直到提示沒有錯誤為止。

（4）若程序編譯無錯誤后，鏈接生成.HEX文件，將生成的.HEX文件通過串口燒寫到單片機中。燒寫成功后，開始驗證系統功能是否滿足要求。測試傾角報警功能，高溫報警功能等是否正常。若功能有問題，需要找到問題所在，多次重復調試，直到問題解決，所有功能正常運行為止。

經過測試，系統測試正常。傾角歪倒超過45度，則蜂鳴器鳴叫報警。一段時間約15s未回復正確狀態，GSM發送報警信息給手機：Help me！！。溫度超過38度，蜂鳴器報警，持續溫度過高約15s左右，同時短信報警：has a cold。通過此設計，大大減少了老人獨自在家，跌倒或發燒無人照看的幾率，采取措施有效挽救老人的生命！

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基金：1.校級課題《信息化教學背景下的智能控制技術專業課程改革與實踐》（項目編號：2019JG03）：2.省質量工程教改建設省級課題《工業4.0背景下的電氣自動化專業改革探究》（項目編號：GDJD-2018-63）;3.省級課題青年創新人才類（自熱科學）《5G時代下萬物互聯的智慧交通模型研究》（項目編號：2019GkQNCX014）;4.攀登計劃《基于人口老齡化現狀而制作的老人跌倒安全預警裝置》（項目編號：pdjh2020a1447）;5.攀登計劃《基于Arduino控制的可語音識別的智能分類垃圾桶》（項目編號：pdjh2020a1444）