基于msp430的智能安全报警鞋垫设计

文/汪文婷 支强 施锋

（沈阳师范大学科信软件学院 辽宁省沈阳市 110034）

近来社会上安全问题频发，从大学生被拐到滴滴打车事件到银行被歹徒抢劫，安全防护意识一刻也不能松懈。目前，人口老龄化形势也十分严峻，未来将更加突出。“未富先老”是我国的一个基本国情，需要大力发展经济,建立健全社会养老公共服务制度，加大投入，应对老龄社会的各项挑战。在国内外的银行中，存在一款类似的报警鞋，职员可以根据这种鞋在不知不觉间完成报警，但是必须要依赖于建设在银行附件的专用通信线路才能报警。基于现状，本文研究了基于msp430 的新型智能报警鞋垫设计。

1 系统设计

1.1 系统特点

可穿戴技术指的是可以穿在身体上的智能系统，与人体交互形态主要基于人体能力和设备内置能力配合实现，是计算“以人为本、人机合一”理念的产物。本产品作为一款智能安全报警鞋垫，不仅安全隐蔽可穿戴，在未来随着5G技术的发展，还能快速的通过脚部动作发出相应指令比如发送定位，即使是在偏僻的地方，也能自动向亲朋好友拨打求救电话。

1.2 系统的总体设计

此产品将可发送定位，便于携带，可呼救，使用隐蔽等特点结合到了一起，形成了一个可发送定位，可呼救，使用隐蔽的报警鞋垫。基于智能安全报警鞋垫此时处于低级阶段。其处理流程如图1 所示。

可见其误触的概率很大，在一些混乱的场合，会给使用者会造成一定的麻烦。当实验者为老人时，震动误触提醒的效果可能不太会引人注意。并且此类产品主要针对个人，因而没有太大的利用价值，不能被平台使用。

1.3 方案的提出和具体实现

图1 阐述了原有产品设计的实现过程，发现了其中的弊端，基于实用性对产品的启动进行了改造，加入了：

（1）按压模块：采用薄膜式压力传感器，压力传感器主要是由敏感元件组成，敏感元件是用压电的材料制作而成的，而当压电材料受到外力作用的时候，其表面会形成电荷，电荷会通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗以后被转换成为与所受到的外力成正比关系的电量输出，感知到设定的动作之后对做出的设定动作进行处理。

（2）震动马达模块： 震动提醒设备已打开。

（3）拾音模块：拾取使用者身边音源，做出相应的处理。

（4）GPRS 模块：GPRS 是General Packet Radio Serivice 是通信分组无线业务的简称。GPRS 和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜，可以降低产品的成本。

（5）电源模块：对于每一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。因此我们的产品是通过安装一个电源模块去对我们的产品去进行基本的供电和能源支撑。

图1：处理流程

图2：可供平台使用的系统流程图

在鞋垫前后设置两个按压模块，侧面设置总开关与充电口，就可以减小发送误触的概率，通过特定的动作利用4G 和GPRS 模块发送给手机或平台，手机将会在一段时间后自动发送定位，并拨通接收者电话，关闭装置的方式为再次做下动作关闭。基于以上设计，再次针对平台与个人对智能安全报警鞋垫的系统结构与流程进行了改造。

如图2 所示，将使用者分为了平台与个人。单模块用户则利用4G 模块将报警信息发送到个人APP 上，并做震动记录发送给监护人，监护人可通过GPRS 模块对使用者进行拾音与定位。系统用户则利用4G 模块将报警信息发送到平台上，并做记录，此功能适用于养老院或医院等场所，对老人、病人的健康情况做出记录。

2 实现原理

2.1 硬件设计

2.1.1 感知和处理

目前市面上的压力传感器有很多，因此也存在一些比较小的压力传感器，例如薄膜式压力传感器，其重量较轻、工作可靠、结构很简单、信噪比很高、灵敏度很高以及信频宽等等，安装在鞋垫上不会对鞋垫的外观等造成太大的影响。

2.1.2 定位

一般的GPS 模块只能发送一个静态的定位，而GPRS 模块不仅能够发送定位，还能够对定位进行追踪和处理。GPRS 定位模块在经过特定的动作指令且指令无误后对GPRS 模块进行触发，然后通过蓝牙模块与手机的联系进行发送定位。虽然目前市场上的GPS模块多多少少都会存在一定的误差，但是一般误差都不大，定位的GPRS 模块对于目前产品的需求是符合的，因此对于产品的功能的实现不会造成影响，能够较为准确的对地点进行定位。这是智能安全报警鞋垫如何实现定位的基本原理和目前对于产品的定位初步实现的追求。

2.1.3 供电

对于每一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。因此可通过安装一个电源模块对产品进行基本的供电和能源支撑。同时选择的电源模块在满足基本供电的需求上，尽量缩小其体积，让其对智能安全报警鞋垫产品的外观不会产生太大的影响。同时所选用的电源模块也具有一个可充电的安卓接口，用来为产品进行充电，从而提高产品的实用性以及产品的使用周期。

2.2 软件设计

Msp430 单片机控制函数主要是以：void ExternalInterruptInit(); void ADC12Init();void TimerAInit();void ShockerInit();为主。用不同的函数来做对不同模块的初始化，以及设置不同的反应。

3 功能设计

3.1 传感器模块

3.1.1 薄膜式压力传感器模块

使用者可以进行特定的脚部动作设定，来开启报警鞋垫发送定位的功能。产品通过压力传感器感知到特定动作。图3 为薄膜式压力传感模块原理图。

3.1.2 拾音模块

通过拾取使用者身边音源来完成相应的处理。设备未启动时通过特定音源来确定是否启动设备，设备启动后拾取使用者身边音源并记录到数据库。

3.2 震动马达模块

震动马达模块的使用可以对产品因为误触而可能造成的一系列不良的安全性问题有一个很好的解决，也极大的提高了智能安全报警鞋垫的可使用价值和使用者对于本产品的放心使用程度。

3.3 通信模块

3.3.1 GPRS 模块

通常情况下，使用者在遇到危险时，做出相应指令动作，发出传输指令，报警装置可根据用户前期设定应用GPRS 导航定位模块，报警装置，来进行点对点的报警信息或者定位的发送。

3.3.2 4G 模块

4G 通信技术,相比于之前的2G、3G 通信技术，4G 通信工程施工技术具有非常明显的优势,该技术在通信领域内的应用显著提高了网络信息传输的速度,也给人们带来了非常良好的上网体验。由于人们研究4G 通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet 的速率，因此4G 通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。利用4G 模块可以更快的将信息发送到阿里云平台上，保证消息传递的及时性。4G 模块原理图如图4 所示。

3.4 电源模块

电源采用可充电式电源，为系统提供电能。

4 结论

图3：薄膜式压力传感模块原理图

图4：4G 模块原理图

智能安全报警鞋垫不仅便于携带，可呼救，比较于常规手持迷你报警器使用起来更隐蔽，更方便。5G移动通信发展是全球移动通信领域新一轮技术竞争的开始。在未来随着5G技术的发展，还能更快的通过脚部动作发送出响应指令，比如说发送定位，能做到即使是在偏僻的地区也能准确向亲朋好友发送求救信息。对于在家中无人看护的老人也可以提供有效的帮助，对老人出现的意外情况进行报警。对于医院，养老院等场所，可以通过此产品对老人的位置情况进行监测，并在平台上接收老人的报警信号，能随时监控健康状态，及时发现问题，从而避免更严重的问题出现，并通过数据库进行记录。在后期还能对本产品进行一些扩展，比如增加心率测量模块，血压测量模块，让智能安全报警鞋垫更广泛的运用到大众当中。