一种低成本的多功能防跌倒装置

邓伟强 刘忠湃 王金喜

摘要：对于现阶段社会老龄化人口的加重，老年人的健康安全问题越来越重视。本文提出了一种针对老人跌倒而开发的一种低成本多功能装置。该设计主要由三轴加速度传感器、主控制芯片、GPS模块组成无线模块。主控芯片对由传感器传输的数据执行跌倒检测算法。一旦该算法发现老人跌倒，主控芯片拨打指定的紧急电话号码和无线电模块将告警指令发送给接收者。从而实现在最短时间保护老年人的安全。

关键词：实时检测；智能语音；防跌倒预警；GSM通讯；便携

一、 背景

随着我国人口老龄化的加剧和期望寿命的延长，老年人的健康安全问题逐渐成为当今社会首要解决的问题。通过计算机技术来解决老年人的医疗保健问题逐渐成为热门的研究领域。而据相关调查显示，老年人到医院因伤就诊的病例中，跌倒病例已经超过了50%；伤情严重需要住院的病例中80%为跌倒病例。而如果跌倒后不能及时接受适当的治疗的话，伤情会进一步恶化。据统计，世界上每年都有大约424000例死亡与跌倒行为直接相关，跌倒是世界上造成意外伤害死亡的第二大原因（仅次于交通事故）。研究表明，在65岁以上的老年人中，每年有1次到多次跌倒经历的比例高达1/3，其中20%～30%的老人在跌倒事件中会造成擦伤、髋部骨折、头部外伤等，并随着年龄的增加而增加。由此可见，跌倒成为威胁老年人生命安全和增加社会负担的重要因素。

本文主要讨论了针对老年人跌倒的一种检测装置，并实现了无线定位和自动报警功能，使跌倒损伤的老年人可以尽快地接受到相关治疗。

二、 主电路设计

（一） 一种基于STC89C52单片机的老人防跌倒报警系统，其特征在于，包括主控模块、倾角检测模块、GPS模块、GSM短信收发模块、移动通信客户端和电源电路。主控模块采用STC89C52单片机，倾角检测模块连接至主控模块，倾角检测模块检测到的倾角范围超过预设范围值后，主控模块通过GPS模块获取位置信息后，再通过GSM短信收发模块向移动通信客户端发送信息，主控模块连接有蜂鸣器电路。

（二） 根据所述的基于STC89C52单片机的老人防跌倒报警系统，其特征在于，所述蜂鸣器电路包括蜂鸣器BCLL，蜂鸣器BCLL一端连接至电源正极，另一端串联三极管Q1的发射极，三极管Q1的基极接电阻R1后接到STC89C52单片机的P1.4引脚，三极管Q1的集电极接地。

（三） 根据所述的基于STC89C52单片机的老人防跌倒报警系統，其特征在于，所述倾角检测模块采用倾角传感器ADXL345，倾角传感器ADXL345的P1.2引脚STC89C52的P1.2引脚，ADXL345的P1.3引脚接STC89C52 P1.3引脚，ADXL345的引脚2接电源正极VCC，ADXL345的引脚6接地。

（四） 根据所述的基于STC89C52单片机的老人防跌倒报警系统，其特征在于，所述电源电路包括开关SW2，电源正极VCC与电阻R4、二极管D2、直流接口DC PORT、开关SW2串联连接，二极管D2与直流接口DC PORT的公共端口接地。

（五） 根据所述的基于STC89C52单片机的老人防跌倒报警系统，其特征在于，报警系统还包括GSM模块供电电路，GSM模块供电电路采用LD29300P2M芯片，电源正极VCC接引脚LD29300P2M芯片1INH、2IN，电容C4两端分别连接至电源正极和GND引脚，电阻R6连接LD29300P2M芯片引脚5ADJ，另一端接地；引脚4OUT引出两个引脚，其一接电阻R5后与引脚5ADJ相连，另一个引脚连接至极电电容EC1，极电电容EC1另一端接地。

（六） 根据所述的基于STC89C52单片机的老人防跌倒报警系统，其特征在于，报警系统还包括按键模块，按键模块采用CON20，CON20的引脚1、2、3、4、5接Pow42，引脚6、7、8、9、10、11接地，引脚12与发光二极管、电阻R3串联后接至电源正极，引脚13与STC89C52的P31TXD相连接，引脚14与STC89C52的P30RXD相连接，引脚P11接STC89C52的P11。

（七） 根据所述的基于STC89C52单片机的老人防跌倒报警系统，其特征在于，报警系统还包括复位电路，复位电路包括开关SW1与电容C1，开关SW1与电容C1并联连接，开关SW1一端连接至电源正极，另一端连接至电阻R2，电阻R2的另一个引脚连接至电源负极。电容C1与电阻R2的公共引脚端接STC89C52单片机的RST/VPD引脚。

三、 电路图设计

基于STC89C52单片机的即时通讯老人防跌倒报警系统，包括电源模块、主控模块、倾角检测模块、GPS模块、复位模块、时钟模块、GSM短信收发模块和移动通信客户端，主控模块采用STC89C52单片机，电源模块给STC89C52单片机供电，倾角检测模块实时检测佩戴者的身体姿势，倾角检测模块检测到的倾角范围超过预设范围值后，主控模块向移动通信客户端发送信息，首先采用倾角传感器ADXL345模块，实时检测人的身体倾斜角度的状态信息，采用蜂鸣器作为报警信息，向周围发送报警信息，以引起周围人的注意。同时，以短信的形式将位置信息发送给移动通信客户端，提醒监控人老人摔倒的信息。

倾角传感器采用基于ADI公司的倾角传感器ADXL345来检测使用者的姿态、倾角信息，ADXL345功能很强大，内置很多寄存器，而且成本低，易于控制。电源电路采用锂电池供电，经过7805稳压器将供电电压变换后为单片机、传感器供电。经过实验验证，系统在工作时，单片机、传感器的工作电压稳定，能够满足系统的要求，而且电池更换方便。报警器采用蜂鸣器作为报警器件，蜂鸣器驱动电路简单，成本低廉，易于控制。GSM模块采用有电信网络模块与移动网络模块，故采用芯讯通公司生产的SIM900A模块作为短信发送的电路模块。

蜂鸣器电路：开关SW1与电容C1并联连接，开关SW1一端连接至电源正极，另一端连接至电阻R2，电阻R2的另一个引脚连接至电源负极。电容C1与电阻R2的公共引脚端接STC89C52单片机的RST/VPD引脚；蜂鸣器BCLL一端连接至电源正极，蜂鸣器BCLL串联在三极管Q1的发射极，三极管Q1的基极接电阻R1后接到STC89C52单片机的P1.4引脚，三极管Q1的集电极接地。

倾角传感器ADXL345的P1.2引脚STC89C52的P1.2引脚，ADXL345的P1.3引脚接STC89C52 P1.3引脚，ADXL345的引脚2接电源正极VCC，引脚6接地。

下载电路Header，引脚1接电源正极VCC，引脚2接STC89C52的P9.1TXD，引脚3接STC89C52的P9.0RXD，引脚4接地。

GSM模块供电电路采用LD29300P2M芯片，电源正极VCC接引脚LD29300P2M芯片1INH、2IN，电容C4两端分别连接至电源正极和GND引脚，电阻R6连接LD29300P2M芯片引脚5ADJ，另一端接地；引脚4OUT引出两个引脚，其一接电阻R5后与引脚5ADJ相连，另一个引脚连接至极电电容EC1，极电电容EC1另一端接地。

按键模块采用CON20，CON20的引脚1、2、3、4、5接Power42，引脚6、7、8、9、10、11接地，引脚12与发光二极管、电阻R3串联后接至电源正极，引脚13与STC89C52的P31TXD相连接，引脚14与STC89C52的P30RXD相连接，引脚P11接STC89C52的P11。

电源电路：电源正极VCC与电阻R4、二极管D2、直流接口DC PORT、开关SW2串联连接，二极管D2与直流接口DC PORT的公共端口接地。

优选的上述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6的阻值分别为100Ω、10kΩ、2kΩ、1kΩ、100kΩ和47kΩ。上述电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和极电电容EC1的值分别为10μF、30pF、30pF、330nF和10μF。

四、 总结

本文介绍了一种基于STC89C52单片机的防跌倒报警设计，完成了系统的硬件和软件设计。通过对人体行为加速度数值的采集与分析，根据使用传感器的特性制定了一套用于检测人体跌倒的算法。并通过带有GPS定位功能的GSM模块发出报警，一旦发生意外，本系统将对佩戴者的医疗救治提供了及时性。通过软硬件的结合实现了对于跌倒探测的功能。

参考文献：

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作者简介：

邓伟强，刘忠湃，王金喜，安徽省滁州市，滁州学院电子与电气工程学院。