计算机视觉的空巢老人跌倒监测系统设计(附件)
随着社会的老龄化，空巢老人的人口数量明显上升，怎样对他们的进行智能化的家庭看护管理问题日益凸显出来，成为了热门的社会话题。本次设计基于计算机视觉的空巢老人跌倒监测系统，通过PC机连接的摄像头监控老人的行动，调用open CV计算机视觉库判断老人是否发生跌倒，如果老人发生跌倒，PC机会通过串口控制下位机（STM32）。下位机接收到跌倒的信息之后驱动GSM模块发送给老人家属的手机一条提示信息，提示老人在家中跌倒。这样家属在接收到老人跌倒的提示信息之后便能够给老人提供合适的援助，使老人及时获得救治。关键词 open CV，STM32，计算机视觉，GSM模块
目录
1 引言 1
1.1课题研究背景 1
2 课题分析与方案选择 2
2.1课题分析 2
2.2 方案论证与设计 2
2.3 系统总体方案描述 3
3 人体姿态估计原理 4
3.1 运动捕捉技术 4
3.2 人体姿态描述方法 7
3.3 Kinect控制与人体关键点数据捕捉 9
3.4 OPENCV简介 12
4 硬件电路设计 12
4.1 单片机模块设计 12
4.2 USBTTL模块 15
4.3 GSM模块 16
4.4 Kinect摄像头模块 17
5 软件设计 18
5.1 软件整体设计 18
5.2 PC机程序的设计 19
5.3 人体关键点数据处理程序的设计 20
5.4 STM32中程序的设计 20
5.5 双机通信程序的设计 21
6 调试与结果分析 22
6.1 串口通信部分调试与分析 22
6.2 PC算法检测摔倒程序调试与分析 22
6.3 GSM模块调试与分析 24
6.4 设计结果及分析 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
附录A 硬件原理图 27
附录B 硬件实物图 32
附录 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
C 软件程序 33 1 引言
1.1课题研究背景
伴随着我国老龄化速度不断增长，老人空巢化也变得异常严重。专家估计，到2030年，我国空巢老人将达2.7亿人。全国老龄工作委员会办公室2013年的数据显示当时中国城乡养老机构共计4.18万个，其拥有365万张养老床位，平均每50位老人在排队等着一张床位。大约有47%的老年人跌倒后如果没人帮助是无法自行恢复平衡并且求助亲人，其中半数躺在地面超过一个小时的老年人将会在跌倒后六个月内死亡。快速准确检测到老人跌倒后及时通知亲人可以帮助老年人获得最佳的治疗时间，很大程度的降低治疗费用和死亡率。
随着社会的老龄化，空巢老人的人口数量明显上升，怎样对他们的进行智能化的家庭看护管理问题日益凸显出来，成为了热门的社会话题。基于以上背景，设计一个以计算机视觉为核心的空巢老人跌倒检测系统。通过PC机连接的摄像头监控老人的行动，如果老人发生跌倒，PC机会通过串口控制下位机（stm32）。下位机接收到跌倒的信息之后驱动GSM模块发送给老人家属的手机一条提示信息，提示老人在家中跌倒。这样家属在接收到老人跌倒的提示信息之后便能够给老人提供合适的援助，使老人及时获得救治。
LD3320是一款由iCroute生产的芯片，既能识别语音又含有外围电路，还带有麦克风和模数转换电路等等。应用激励、声道语音信号的数字模型和HMM于处理器内部以进行语音识别，控制声音和人机对话。凭借占比小，低能耗和高通用的特点，此系统受到越来越多专业领域人员的重视。
本次设计基于计算机视觉的空巢老人跌倒监测系统，通过PC机连接的摄像头监控老人的行动，调用OPENCV计算机视觉库判断老人是否发生跌倒，如果老人发生跌倒，PC机会通过串口控制下位机（stm32）。下位机接收到跌倒的信息之后驱动GSM模块发送给老人家属的手机一条提示信息，提示老人在家中跌倒。这就是本文所设计的计算机视觉的空巢老人跌倒监测系统设计。
2 课题分析与方案选择
2.1课题分析
本次设计基于计算机视觉的空巢老人跌倒监测系统，通过PC机连接的摄像头监控老人的行动，运用计算机视觉库判断老人是否发生跌倒，如果老人发生跌倒，系统会发送给老人家属的手机一条提示信息，提示老人在家中跌倒。
系统应包括①Kinect摄像头部分，②个人电脑终端，③STM32单片机控制部分，④GSM，⑤TTLUSB。
2.2 方案论证与设计
方案一 ：采用传统单目摄像头采集老人的图像信息。
传统的单目摄像头的优势在于成本较低，对计算资源的要求不高，系统结构相对简单。由于单目摄像头不具备获得图片的深度信息的功能，或者获取的方式需要大量的计算，以模拟出深度信息，但这种模拟的方式，计算量大，且达到的效果并不一定准确。通过单目摄像头的结构如图2.1所示。
/
图2.1 单目摄像头
方案二：采用Kinect摄像头采集老人的图像信息。
图2.2为Kinect的硬件结构。
/
图2.2 Kinect的硬件结构
此设计的所有参数全部由Kinect所提供。含有彩色和深度红外摄像头、红外线投影机、以及4只麦克风阵列（线性）。Kinect1.0不仅能够多视角收集可见的颜色深度、骨骼和红外视频参数，还能够将声源的方向进行定位。
方案二中能够获取人的深度信息，另外Kinect提供了方便的API编程接口，方便用户进行二次开发。
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1 引言 1
1.1课题研究背景 1
2 课题分析与方案选择 2
2.1课题分析 2
2.2 方案论证与设计 2
2.3 系统总体方案描述 3
3 人体姿态估计原理 4
3.1 运动捕捉技术 4
3.2 人体姿态描述方法 7
3.3 Kinect控制与人体关键点数据捕捉 9
3.4 OPENCV简介 12
4 硬件电路设计 12
4.1 单片机模块设计 12
4.2 USBTTL模块 15
4.3 GSM模块 16
4.4 Kinect摄像头模块 17
5 软件设计 18
5.1 软件整体设计 18
5.2 PC机程序的设计 19
5.3 人体关键点数据处理程序的设计 20
5.4 STM32中程序的设计 20
5.5 双机通信程序的设计 21
6 调试与结果分析 22
6.1 串口通信部分调试与分析 22
6.2 PC算法检测摔倒程序调试与分析 22
6.3 GSM模块调试与分析 24
6.4 设计结果及分析 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
附录A 硬件原理图 27
附录B 硬件实物图 32
附录 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
C 软件程序 33 1 引言
1.1课题研究背景
伴随着我国老龄化速度不断增长，老人空巢化也变得异常严重。专家估计，到2030年，我国空巢老人将达2.7亿人。全国老龄工作委员会办公室2013年的数据显示当时中国城乡养老机构共计4.18万个，其拥有365万张养老床位，平均每50位老人在排队等着一张床位。大约有47%的老年人跌倒后如果没人帮助是无法自行恢复平衡并且求助亲人，其中半数躺在地面超过一个小时的老年人将会在跌倒后六个月内死亡。快速准确检测到老人跌倒后及时通知亲人可以帮助老年人获得最佳的治疗时间，很大程度的降低治疗费用和死亡率。
随着社会的老龄化，空巢老人的人口数量明显上升，怎样对他们的进行智能化的家庭看护管理问题日益凸显出来，成为了热门的社会话题。基于以上背景，设计一个以计算机视觉为核心的空巢老人跌倒检测系统。通过PC机连接的摄像头监控老人的行动，如果老人发生跌倒，PC机会通过串口控制下位机（stm32）。下位机接收到跌倒的信息之后驱动GSM模块发送给老人家属的手机一条提示信息，提示老人在家中跌倒。这样家属在接收到老人跌倒的提示信息之后便能够给老人提供合适的援助，使老人及时获得救治。
LD3320是一款由iCroute生产的芯片，既能识别语音又含有外围电路，还带有麦克风和模数转换电路等等。应用激励、声道语音信号的数字模型和HMM于处理器内部以进行语音识别，控制声音和人机对话。凭借占比小，低能耗和高通用的特点，此系统受到越来越多专业领域人员的重视。
本次设计基于计算机视觉的空巢老人跌倒监测系统，通过PC机连接的摄像头监控老人的行动，调用OPENCV计算机视觉库判断老人是否发生跌倒，如果老人发生跌倒，PC机会通过串口控制下位机（stm32）。下位机接收到跌倒的信息之后驱动GSM模块发送给老人家属的手机一条提示信息，提示老人在家中跌倒。这就是本文所设计的计算机视觉的空巢老人跌倒监测系统设计。
2 课题分析与方案选择
2.1课题分析
本次设计基于计算机视觉的空巢老人跌倒监测系统，通过PC机连接的摄像头监控老人的行动，运用计算机视觉库判断老人是否发生跌倒，如果老人发生跌倒，系统会发送给老人家属的手机一条提示信息，提示老人在家中跌倒。
系统应包括①Kinect摄像头部分，②个人电脑终端，③STM32单片机控制部分，④GSM，⑤TTLUSB。
2.2 方案论证与设计
方案一 ：采用传统单目摄像头采集老人的图像信息。
传统的单目摄像头的优势在于成本较低，对计算资源的要求不高，系统结构相对简单。由于单目摄像头不具备获得图片的深度信息的功能，或者获取的方式需要大量的计算，以模拟出深度信息，但这种模拟的方式，计算量大，且达到的效果并不一定准确。通过单目摄像头的结构如图2.1所示。
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图2.1 单目摄像头
方案二：采用Kinect摄像头采集老人的图像信息。
图2.2为Kinect的硬件结构。
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图2.2 Kinect的硬件结构
此设计的所有参数全部由Kinect所提供。含有彩色和深度红外摄像头、红外线投影机、以及4只麦克风阵列（线性）。Kinect1.0不仅能够多视角收集可见的颜色深度、骨骼和红外视频参数，还能够将声源的方向进行定位。
方案二中能够获取人的深度信息，另外Kinect提供了方便的API编程接口，方便用户进行二次开发。
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