基于多传感器的老年人跌倒检测报警系统设计
本课题设计的是基于STC89C52单片机的跌倒检测报警系统，系统能够实时对跌倒进行判定并且进行报警。系统硬件部分可分为传感器检测模块、单片机处理模块以及通信报警模块三个模块。其中传感器采集模块采用的是GY-521倾角传感器，可实时采集我们所需分析的倾角值；单片机处理模块将接收到的倾角传感器的数字信号，通过阈值判定法对使用者的跌倒状态进行判定，同时给SIM900A模块发送报警指令；通信报警模块则采用的是SIM900A模块，通过GSM网络来实现远程短信报警。此设计的优点在于其检测和报警的实时性，最大的一个缺点是不能避免误报警。关键词 跌倒检测，单片机，传感器，GSM网络
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究意义 1
1.2 本课题采用的技术 2
1.3 本课题研究的内容 4
2 系统设计 4
2.1 设计方案的选择 4
2.2 设计方案的要求 5
3 硬件部分设计 6
3.1 STC89C52单片机模块 7
3．2 倾角传感器模块 12
3.3 通信模块 13
4 跌倒检测 16
4.1 跌倒状态判定 16
4.2 跌倒算法的设计 18
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
附 录 25
1 绪论
就目前而言，全世界许多国家都已经开始相继步入老龄化社会了，老龄化人口的持续快速增长使得我们不得不采取一些有效的措施来保障和保护老年人的健康这一问题。我国人口数量众多，同时也是世界上60岁以上的老龄人口最多的国家，根据最新的一次2010年的第六次全国人口普查显示，我国60岁以上人口数量已经是约为1.8亿，是我国总人口数量的近百分之十四，65岁以上人口接近1.2亿，占到了我国总人口的近百分之九。老年人由于他们年龄的增长，身体机能的退化，在日常生活行动中的受限以及反应能力的迟钝缓慢，在面对一些突发情况，例如：跌倒、突发性的疾病的时候，往往会表现出一些力不从心，无能为力的情况，导致错过了最佳的治疗时机，给老年人带来了不可弥补的损失。有人曾经调查过，65岁以上的老年人每年基本上会有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
三分之一的人次会发生一次跌倒，而且伴随着年龄的增长，跌倒发生的次数还在增多。每年因老年人跌倒所消耗的人力和财力也非常多，有的老年人虽然在一次跌倒后痊愈了，但是出于对跌倒的恐惧，使得他们的日常生活中的很多行为受到了限制，这就直接影响到了他们的生活质量、水平和他们的晚年生活幸福指数，因此现在全世界都在关注如何减少老年人跌倒所产生的伤害。本次毕业设计，我将针对老人年跌倒这一现象，设计一种以51单片机为控制系统，采用倾角传感器模块对老年人的活动进行检测，并通过SIM900A模块进行远程报警的跌倒检测报警系统【12】。
1.1 本课题研究意义
自上世纪90年代开始，由于计划生育的普及，我国的新增人口数量得到了控制，但这也导致了老龄人口所占的比例增多，下图1所示即为2010年至2050年我国老龄人口的趋势图，跌倒对老年人的健康所产生的威胁十分巨大，因此，老年人跌倒的预防或者是老年人跌倒后的救助这个问题我们应该给与足够的重视。
本次毕业设计，我将针对老年人跌倒后的救助这一问题，设计一种能够实时对老年人的跌倒进行检测，当判定老年人确实跌倒后，便自动发出报警信息的系统。
本次设计共有如下几个优点：
（1）携带方便，只需要将报警装置挂于老年人的胸前即可；
（2）实时监控老年人的跌倒情况，实时报警；
（3）报警求助前会有蜂鸣器报警，如果发现是误报警还可取消报警；
（4）如果判定为跌倒，自动报警，不需要老年人进行任何操作，这样就算是在老年人无意识的情况下，依旧能够进行报警。
图1 中国20102050年 60岁以上老人趋势图
1.2 本课题采用的技术
1.2.1倾角传感器技术
本次设计对于跌倒判断的主体研究部分就是对于老年人运动过程中的倾角的研究，通过对于倾角的处理来判断出老年人是否处在了跌倒的状态下【34】。本次设计所采用的是MPU6050倾角传感器模块，这是众多倾角传感器模块中的一种，这种模块也是根据倾角的基本原理来进行工作的。这种倾角传感器其实是运用了惯性原理的一种加速度传感器，这种传感器是一种静态又或者说是准静态的测量传感器加上陀螺芯片构成的，并且采用了卡尔曼的滤波算法。
本次所采用的MPU6050倾角传感器的优点在于它的体积小、重量轻，便于嵌入式的焊接，而且能够比较准确地测量出所需角度的变化值。
1.2.2 GSM通信
GSM全称是Global System for Mobile Communication，这是当今世界上使用最为广泛的一种通信系统，全世界共有约超过10亿人都在使用GSM电话，相较于之前的而言，GSM的信令和语音信道都是数字的。GSM的主要优势就在于它的高质量的通话和短信的低费用。下图2所示即为GSM的网络模型示意图。
图2 GSM网络模型示意图
GSM是当今世上应用最为广泛的通信系统之一，随着多年来的使用，已经可以说是十分可靠而且稳定的一种通信方式，而且它的覆盖范围十分的全面，GSM通信技术如今在电话通信、可视通信、GPS定位、数据的采集和发送、超远距离的监控和数据传输以及远程报警方面都有着非常广泛的应用。
在GSM的系统结构方面，GSM网络是由移动台、基站的子系统、移动网的子系统和操作支持的子系统这四个部分组成。这里面的移动台也就相当于我们的手机，就是我们用户可以接触到的一个通信设备，总的而言，移动台其实就是我们的用户端吧。
基站子系统其实就是GSM和无线蜂窝直接的组成部分，它是通过无线接口和移动台连接在一起的方式，来实现资源的管理和收发的工作任务的。当然，它也可以和移动业务交换中心连接在一起，从而实现移动用户以及固定用户之间的通信工作等。移动子网系统其实就是管理GSM的移动用户和固定网路用户的通信的连接的，同时也具有了用户数据管理所需的数据库的功能。移动网子系统是由它内部各实体通过信令和协议来通信的。对于操作支持子系统，就需要完成用户、设备、网络的管理以及维护工作。
GSM的技术优势如下：
（1）GSM系统覆盖范围广，可以和各个公用的通信网络相连接实现数据通信；
（2）GSM系统能够随时随地十分方便地提供各种所需业务，如通话、GPS定位、短信报警等；
（3）GSM系统的蜂窝系统在空中接口处采用了数字信号，使得整个系统的抗干扰能力变强了；
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究意义 1
1.2 本课题采用的技术 2
1.3 本课题研究的内容 4
2 系统设计 4
2.1 设计方案的选择 4
2.2 设计方案的要求 5
3 硬件部分设计 6
3.1 STC89C52单片机模块 7
3．2 倾角传感器模块 12
3.3 通信模块 13
4 跌倒检测 16
4.1 跌倒状态判定 16
4.2 跌倒算法的设计 18
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
附 录 25
1 绪论
就目前而言，全世界许多国家都已经开始相继步入老龄化社会了，老龄化人口的持续快速增长使得我们不得不采取一些有效的措施来保障和保护老年人的健康这一问题。我国人口数量众多，同时也是世界上60岁以上的老龄人口最多的国家，根据最新的一次2010年的第六次全国人口普查显示，我国60岁以上人口数量已经是约为1.8亿，是我国总人口数量的近百分之十四，65岁以上人口接近1.2亿，占到了我国总人口的近百分之九。老年人由于他们年龄的增长，身体机能的退化，在日常生活行动中的受限以及反应能力的迟钝缓慢，在面对一些突发情况，例如：跌倒、突发性的疾病的时候，往往会表现出一些力不从心，无能为力的情况，导致错过了最佳的治疗时机，给老年人带来了不可弥补的损失。有人曾经调查过，65岁以上的老年人每年基本上会有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
三分之一的人次会发生一次跌倒，而且伴随着年龄的增长，跌倒发生的次数还在增多。每年因老年人跌倒所消耗的人力和财力也非常多，有的老年人虽然在一次跌倒后痊愈了，但是出于对跌倒的恐惧，使得他们的日常生活中的很多行为受到了限制，这就直接影响到了他们的生活质量、水平和他们的晚年生活幸福指数，因此现在全世界都在关注如何减少老年人跌倒所产生的伤害。本次毕业设计，我将针对老人年跌倒这一现象，设计一种以51单片机为控制系统，采用倾角传感器模块对老年人的活动进行检测，并通过SIM900A模块进行远程报警的跌倒检测报警系统【12】。
1.1 本课题研究意义
自上世纪90年代开始，由于计划生育的普及，我国的新增人口数量得到了控制，但这也导致了老龄人口所占的比例增多，下图1所示即为2010年至2050年我国老龄人口的趋势图，跌倒对老年人的健康所产生的威胁十分巨大，因此，老年人跌倒的预防或者是老年人跌倒后的救助这个问题我们应该给与足够的重视。
本次毕业设计，我将针对老年人跌倒后的救助这一问题，设计一种能够实时对老年人的跌倒进行检测，当判定老年人确实跌倒后，便自动发出报警信息的系统。
本次设计共有如下几个优点：
（1）携带方便，只需要将报警装置挂于老年人的胸前即可；
（2）实时监控老年人的跌倒情况，实时报警；
（3）报警求助前会有蜂鸣器报警，如果发现是误报警还可取消报警；
（4）如果判定为跌倒，自动报警，不需要老年人进行任何操作，这样就算是在老年人无意识的情况下，依旧能够进行报警。
图1 中国20102050年 60岁以上老人趋势图
1.2 本课题采用的技术
1.2.1倾角传感器技术
本次设计对于跌倒判断的主体研究部分就是对于老年人运动过程中的倾角的研究，通过对于倾角的处理来判断出老年人是否处在了跌倒的状态下【34】。本次设计所采用的是MPU6050倾角传感器模块，这是众多倾角传感器模块中的一种，这种模块也是根据倾角的基本原理来进行工作的。这种倾角传感器其实是运用了惯性原理的一种加速度传感器，这种传感器是一种静态又或者说是准静态的测量传感器加上陀螺芯片构成的，并且采用了卡尔曼的滤波算法。
本次所采用的MPU6050倾角传感器的优点在于它的体积小、重量轻，便于嵌入式的焊接，而且能够比较准确地测量出所需角度的变化值。
1.2.2 GSM通信
GSM全称是Global System for Mobile Communication，这是当今世界上使用最为广泛的一种通信系统，全世界共有约超过10亿人都在使用GSM电话，相较于之前的而言，GSM的信令和语音信道都是数字的。GSM的主要优势就在于它的高质量的通话和短信的低费用。下图2所示即为GSM的网络模型示意图。
图2 GSM网络模型示意图
GSM是当今世上应用最为广泛的通信系统之一，随着多年来的使用，已经可以说是十分可靠而且稳定的一种通信方式，而且它的覆盖范围十分的全面，GSM通信技术如今在电话通信、可视通信、GPS定位、数据的采集和发送、超远距离的监控和数据传输以及远程报警方面都有着非常广泛的应用。
在GSM的系统结构方面，GSM网络是由移动台、基站的子系统、移动网的子系统和操作支持的子系统这四个部分组成。这里面的移动台也就相当于我们的手机，就是我们用户可以接触到的一个通信设备，总的而言，移动台其实就是我们的用户端吧。
基站子系统其实就是GSM和无线蜂窝直接的组成部分，它是通过无线接口和移动台连接在一起的方式，来实现资源的管理和收发的工作任务的。当然，它也可以和移动业务交换中心连接在一起，从而实现移动用户以及固定用户之间的通信工作等。移动子网系统其实就是管理GSM的移动用户和固定网路用户的通信的连接的，同时也具有了用户数据管理所需的数据库的功能。移动网子系统是由它内部各实体通过信令和协议来通信的。对于操作支持子系统，就需要完成用户、设备、网络的管理以及维护工作。
GSM的技术优势如下：
（1）GSM系统覆盖范围广，可以和各个公用的通信网络相连接实现数据通信；
（2）GSM系统能够随时随地十分方便地提供各种所需业务，如通话、GPS定位、短信报警等；
（3）GSM系统的蜂窝系统在空中接口处采用了数字信号，使得整个系统的抗干扰能力变强了；
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