老人防摔GPS 定位报警系统的设计

2020-11-30韩金威

科学技术创新 2020年34期

韩金威

（南阳医学高等专科学校，河南南阳473000）

随着社会人口比例变化，大多数家庭都出现了老人多，年轻人少的情况，老人照顾不到位，老人安全问题成为每个家庭的安全隐患。老年人摔倒现象时有发生，摔倒本身不会出现多大问题，但摔倒后处理不当会造成严重后果。因此实时了解老年人独自上街的行为状态十分重要。本文针对相关问题开展研究，设计出对应跌倒报警器，以51 单片机为设计系统核心，包括可以检测出跌倒信号的传感器ADXL345 进行跌倒识别，GPS 模块VK2828U7G5LF 部分实时检查老人位置信息，GSM 模块的SIM900 能给监护人发去老人摔倒位置信息，使摔倒老人及时得到救助治疗，降低摔倒后的不利后果。

1 线路设计

1.1 GSM模块

SIM900A 是通过串口发送AT 指令来完成控制的，所以我们需要一块多串口的51 单片机STC12C5A，检查好电源和接地后，SIM900A 的TXD 和RXD 分别连接到STC12C5A 的P3.0 和P3.1 即可。当ADXL345 检查到老人摔倒数据后，通过单片机指令实现老人摔倒后位置信息的发送。

1.2 GPS 模块

VK2828U7G5LF 通过串口通信与单片机进行数据传输，当芯片的PPS 指示灯1 秒一闪烁绿灯时，它就开始实时定位了，它给单片机传输获得的定位数据，里面有、时间、位置信息等，只要产品开机并且该模块有信号就实时检查老人位置信息。通过STC12C5A60S2 对数据处理，让GSM模块把信息发送到指定手机号上。例如多个监护人电话号码、医院急救车电话等。

1.3 ADXL345 模块

ADXL345 是一款三轴、数字化的加速度传感器，它能测X、Y、Z 三个方向轴上的对应的速度信号。该模块能够对各种条件下的加速度进行检测。第一步主要通过其自带的感应器检测出加速度信号，然后进行信号转换，转换为可识别的模拟信号，从模拟信号和数字信号的定义可知，模拟量和数字量有着本质的差异。模拟信号具有幅度和时间上连续的特点；而数字量在表达幅度大小的数字域和时间域上均是离散的。当检查到老人摔倒时，通过单片机里的程序指令，让GSM模块发出求救信息，并使蜂鸣器报警。

1.4 单片机STC12C5A60S2 的功能及最小系统的电路设计

STC12C5A60S2 的主要功能有许多，作为核心控制模块可很好通过I/O 口对传感器，ADC0832 模数转换器，LCD1602 液晶显示器进行控制。该单片机是51 单片机分支，可兼容51 单片机旗下所有单片机。当前流通单片机大多数为CPLD 和C51，这两种单片机所针对系统不同。CPLD 针对功能复杂多样的系统，所需控制模块较多的系统，性价低。C51 单片机所针对的系统功能较简单，所需控制模块较少系统，性价比较高，使用性较强。

该单片机部分引脚功能特点为：PO 端口是I/O 端口的一种。I/O 端口是一个双工接口，有in 口和out 口。PO 端口需要在外部添加一个上拉电阻以改善阻抗。更特殊的P1 端口是P1.0和P1.1。这两个定时器可用作微控制器中的定时器。编程时，这个接口接收低8 位的地址字符，内部有一个上拉电阻和一个双向输入接口，用于系统编程。P2 端口和P1 端口之间存在明显差异，当作为输出口时，在连接外部系统是默认作为低电平，此外内部含有一个电阻，此电阻能带动四个低电平，在访问外载寄存器时，输出高8 位。

P3 口和其他接口还不一样。该接口内部也有电阻，但其在用C 语言编程时，一些不被其他接口检测到的控制信号它也能接受。P3 口同时具有8 位双向I/O 接口。一些Flash 闪存也可被P3 口接收，并接受一些控制信号。

RST 端口为重置输入。当振荡器运行工作时，按下复位按钮能复位RST 引脚。

ALE/PROG 端口可作为地址锁存器或编程脉冲。当ALE/PROG 端口作为编程脉冲，工作时要对Flash 编程。当ALE/PROG 端口用作地址锁存器时，问外部程序存储器或正确访问存储器时，仍然是固定脉冲信号，是时钟振荡周期的6 倍。

PSEN 是否允许控制程序的存储是其功能,每个运行周期允许两次的时候有效。EA/VPP 是允许外部访问的开关。如果CPU要想连接外部存储器，就保持EA 低电平。

2 系统分析与调试

本系统设计主要用Keil 软件进行C 语言编写进而控制单片机进行工作，然后进行程序调试，看是否有异常或错误。要把程序烧录进去,当编写程序时，由于系统本身原因，会出现很多问题。在软件调试过程中有些过程可能太短或延迟太长，如按钮的消抖动过程中时间较短，会导致连续值等，并将在此过程中不断修改。在编写完程序后检查该程序编写是否存在错误，以便为后续硬件调试减少麻烦。该软件可生成一个HEX 文件，允许刻录到微控制器，该软件编译、操作都方便简单。

当程序编译成功后，再将程序烧录进去开发板内，进行与硬件电路板对应各种元器件相结合共同工作。最后，当程序烧录结束后，开始进行对各部分元器件工作性能检测，并使用万用表对线路中各部分元器件间连接进行检测，看是否发生某元器件短路。如果没有则开始对硬件部分的主控制板进行检测，观察当对应按键接通时，数码管对应的显示情况。并检验传感器能否根据给出的触发信号，发出相应指令给系统。

最后阶段遇到的问题与相应处理方法：

使用万用表检测线路各部分的连接时发现有一个电阻发生短路，经过观察发现，是在进行焊接时，焊锡使用的太多导致的，最后又使用电烙铁进行加热，并重新进行焊接，之后再用万用表进行检测时发现电路各处连接正常。

在各部分装置都安装焊接完毕后，进行实际运行操作时发现，当供给电源后，小喇叭一直不停发出杂音，经过认真检查，发现对应的三极管的引脚连接出错，经过修改后，其可以正常工作。

报警器在收到人体给出的正确指令时，报警器没有反应，这个问题困扰了我很久，然后经过检查硬件电路各元器件间对应外部连线时发现，发现线路连接都是正确，最后经过对程序重新整理时发现，报警器对应程序编写少编写了声音检测部分。最后通过对该程序添加后，确保各部分都准确无误后，再重新给传感器以正确指令信号，这时报警器发出警报，整个装置都可以成功运行。