空巢老人心率实时监测及跌倒检测系统
我国是世界上老龄人口最多的国家， 近年来，独居老人也越来越多。 独居老人由于全身各脏器功能减退、免疫功能下降及生活自理能力差、行动不便、反应迟钝等原因，在受到诸如摔倒、心脏病突发等伤害时缺乏自救能力,容易发生休克、感染和多脏器功能不全等并发症,并失去积极救治的最佳机会。现在市场上投入的老人跌倒检测报警系统，主要是被动式系统， 是依靠老人按动报警器实现求救，性价比低、实时性弱、缺乏网络化和智能化。所以本课题研究一种基于三轴加速度传感器和 GSM 模块的老人跌倒检测及远程报警系统。该系统以单片机为核心，实时检测三轴加速度传感器输出信号变化，并配合脉搏传感器检测老人跌倒过程中的心率变化，最终触发 GSM 模块实现报警短信远传。关键词 GSM模块，心率，跌倒，三轴加速度目 录
1 引言1
1.1 跌倒的定义1
1.2 老年人跌倒的因素及预防措施2
1.3 课题研究现状3
2 跌倒原理检测和心率检测原理3
2.1 跌倒原理检测3
2.2 ECG心率检测原理 4
3 系统总体设计5
3.1 方案选择5
3.2 使用的器件模块8
4 系统软件设计19
4.1 功能按键采集任务20
4.2 心率检测和备份曲线任务20
4.3 三轴加速度传感器数据采集任务20
4.4 报警短信发送与接受25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
附录 源程序代码 30
1 引言
目前，世界人口的老龄化问题越来越严重。随着老年人口的比例增加，老年人的健康问题越来越关注。我国是世界上老龄人口最多的国家，近年来，空巢老人也越来越多。老年人因为全身大部分器官功能衰退、免疫力下降及行动不便、反应迟缓等原因，在发生意外事件例如摔倒、突发性心脏病等伤害时缺乏基本的自救能力,非常容易发生休克、感染和多脏器功能不全等并发症,并失去积极救治的最佳机会。近年来，国外有许多科研机构在政府的支持下开展了对独居老人实时监护的研究工作。例如美国、日本、法国等发达国家分别成立了医疗设备自动化研究中心、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
上老龄人口最多的国家，近年来，空巢老人也越来越多。老年人因为全身大部分器官功能衰退、免疫力下降及行动不便、反应迟缓等原因，在发生意外事件例如摔倒、突发性心脏病等伤害时缺乏基本的自救能力,非常容易发生休克、感染和多脏器功能不全等并发症,并失去积极救治的最佳机会。近年来，国外有许多科研机构在政府的支持下开展了对独居老人实时监护的研究工作。例如美国、日本、法国等发达国家分别成立了医疗设备自动化研究中心、国立长寿研究所、系统结构分析实验室，在智能居所监护、无监督的健康监护、空巢老人的多感应器的远程监护等方面进行了相关探索。
老年人最容易发生的意外就是跌倒，是导致老年人群伤残、失能和死亡的罪魁祸首，而且也会使老年人产生抑郁或者焦虑的心理，严重威胁到老人的身体健康，给家庭和社会带来了巨大的负担。通过这些年的调查发现，老年人死亡的原因有70%与跌倒有关，跌倒乃是老年人群在保健方面首要注意的问题，必须要引起我们乃至国家的重视。我国学者近年来对老人跌倒监测报警系统也进行了卓有成效的研究。现在市场上投入的老人跌倒检测报警系统，主要是被动式系统，是依靠老人按动报警器实现求救，性价比低、实时性弱、缺乏网络化和智能化。
为此，我们的课题是研究一种跌倒检测报警系统，以单片机为核心，集成三轴加速度传感器、GSM 模块、脉搏传感器，可实现老人跌倒状态的实时检测并进行远程报警。
1.1 跌倒的定义
跌倒是指人体不自主的、突然的、无意识的位置变化，跌倒在较低的平面或者地上。根据国际疾病中心对跌倒的分类，其包括以下两种情况：（1）同一平面的跌倒；（2）从一个地方至另一个地方的跌落。在我国发生死亡的事件，由跌倒造成的排名第三，而达到65岁的老年人中，跌倒是造成死亡最重要的原因。并且老年人由于年龄增长，由跌倒引起的死亡比率也同步增长。除了导致老年人直接死亡以外，跌倒同时会是许多老人身患残疾，这会严重干扰了老人的心理素质。好比摔倒后的恐惧心理会制约老年人的活动范围，如若严重的跌倒还会给老人的日常活动带来麻烦等。这些都将威胁到老年人晚年的生活质量。
1.2 老年人跌倒的因素及预防措施
1.2.1内部因素：生理因素，病理因素，药物因素，心理因素
生理因素：随着年龄的不断增长，人体的身体机能会不断弱化，总会发生一些力所不能及的突发性事件。而对于老年人，身体机能弱化主要表现在行动缓慢、反应迟钝、视力严重下降几个方面。而在一些突发性事件面前，身体就不能像年轻人那样做出及时的反应，就会很容易发生跌倒。
药物因素：现在的一些药物会对老人的身体机能带来影响，老年人的视力、血压、神经等一旦受到影响就会引发跌倒。比如催眠药、降压药、抗抑郁药就会影响到老年人的视力、血压、神经、平衡、代谢。久而久之，会对身体机能产生极大影响，更能引发跌倒。
心理因素：很多老年人都不服老，认为自己还能像年轻时那么有活力，外出活动时总是不麻烦家人的陪伴，而当突发性事件来临时，又不能做出及时的反应、判断。更有心理因素不够好的，在发生跌倒这些突发性事件时，会产害怕，恐慌的心理，这往往会增加老年人心脏病发生的概率。
1.2.2外在因素
（1）周围环境：老年人的跌倒跟周围环境息息相关，比如湿滑的地面，阴暗的房屋，凹凸不平的小道，雨雪期的恶劣天气。据统计，在跌倒中，每年大概有一半是因为一些湿滑的路面引起脚底打滑，从而发生跌倒。
（2）社会环境：随着社会的发展，路上的车是越来越多，老年人往往在行走时因为不能及时的避让，就会被一些车给碰倒，严重的直接导致残疾或死亡。还有就是由于一些人骑车不遵守交通规则，就会意外的给一些老年人造成伤害。
1.2.3 预防措施
防备老年人摔倒是当今社会必须重视的问题，从以上几个因素着手
控制老年人过多的外出活动时间
老年人的外出必须有家人的陪伴
在药物上努力改进
对老人必要的心理辅导
改变周围环境，避让一些湿滑的路面
加强交通安全管制
1.3 课题研究现状
当前对于跌倒检测技术方面重要的研究内容是使用加速度传感器检测装置,监测在跌倒事件发生时人体各方向加速度值，与阀值进行比较或者模式识别的方法，老年人的身体姿态的实时状态监测，通过算法判断老人是否跌倒，在使用远程无线报警系统报警，通知医务人员进行处理，实现对老人的远程监控功能。
国外就是收集的反映人体加速度信息的传感器信号通过无线发送的通信方式，传递到PC终端进行最后数据的融合。而国内对于跌倒检测就是使用机器人，已经使用的机器人的塔米就是看护老人，对老人的血压和心率进行实时监控，一旦发生异常会立即报警并联系救护人员；同时国家为了开发实用性产品，将服务类机器人作为为了国家高新技术的头等计划，就是想凭借高科技技术改善老年人和残障人士的生活质量。
目前应用最普遍的跌倒检测技术有三类：
（1）第一种是用拍摄图像视频的方法，摄像头拍摄人体的活动图像，经过算法运算后判定老人的行为姿态，比较准确，不过用户隐私是一个需要解决的问题；
（2）第二种是对音频信号进行分析，分析因为跌倒而产生的振动频率，不过实用性和准确性较差，而且制作成本较高，一般不会使用；
（2）
1 引言1
1.1 跌倒的定义1
1.2 老年人跌倒的因素及预防措施2
1.3 课题研究现状3
2 跌倒原理检测和心率检测原理3
2.1 跌倒原理检测3
2.2 ECG心率检测原理 4
3 系统总体设计5
3.1 方案选择5
3.2 使用的器件模块8
4 系统软件设计19
4.1 功能按键采集任务20
4.2 心率检测和备份曲线任务20
4.3 三轴加速度传感器数据采集任务20
4.4 报警短信发送与接受25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
附录 源程序代码 30
1 引言
目前，世界人口的老龄化问题越来越严重。随着老年人口的比例增加，老年人的健康问题越来越关注。我国是世界上老龄人口最多的国家，近年来，空巢老人也越来越多。老年人因为全身大部分器官功能衰退、免疫力下降及行动不便、反应迟缓等原因，在发生意外事件例如摔倒、突发性心脏病等伤害时缺乏基本的自救能力,非常容易发生休克、感染和多脏器功能不全等并发症,并失去积极救治的最佳机会。近年来，国外有许多科研机构在政府的支持下开展了对独居老人实时监护的研究工作。例如美国、日本、法国等发达国家分别成立了医疗设备自动化研究中心、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
上老龄人口最多的国家，近年来，空巢老人也越来越多。老年人因为全身大部分器官功能衰退、免疫力下降及行动不便、反应迟缓等原因，在发生意外事件例如摔倒、突发性心脏病等伤害时缺乏基本的自救能力,非常容易发生休克、感染和多脏器功能不全等并发症,并失去积极救治的最佳机会。近年来，国外有许多科研机构在政府的支持下开展了对独居老人实时监护的研究工作。例如美国、日本、法国等发达国家分别成立了医疗设备自动化研究中心、国立长寿研究所、系统结构分析实验室，在智能居所监护、无监督的健康监护、空巢老人的多感应器的远程监护等方面进行了相关探索。
老年人最容易发生的意外就是跌倒，是导致老年人群伤残、失能和死亡的罪魁祸首，而且也会使老年人产生抑郁或者焦虑的心理，严重威胁到老人的身体健康，给家庭和社会带来了巨大的负担。通过这些年的调查发现，老年人死亡的原因有70%与跌倒有关，跌倒乃是老年人群在保健方面首要注意的问题，必须要引起我们乃至国家的重视。我国学者近年来对老人跌倒监测报警系统也进行了卓有成效的研究。现在市场上投入的老人跌倒检测报警系统，主要是被动式系统，是依靠老人按动报警器实现求救，性价比低、实时性弱、缺乏网络化和智能化。
为此，我们的课题是研究一种跌倒检测报警系统，以单片机为核心，集成三轴加速度传感器、GSM 模块、脉搏传感器，可实现老人跌倒状态的实时检测并进行远程报警。
1.1 跌倒的定义
跌倒是指人体不自主的、突然的、无意识的位置变化，跌倒在较低的平面或者地上。根据国际疾病中心对跌倒的分类，其包括以下两种情况：（1）同一平面的跌倒；（2）从一个地方至另一个地方的跌落。在我国发生死亡的事件，由跌倒造成的排名第三，而达到65岁的老年人中，跌倒是造成死亡最重要的原因。并且老年人由于年龄增长，由跌倒引起的死亡比率也同步增长。除了导致老年人直接死亡以外，跌倒同时会是许多老人身患残疾，这会严重干扰了老人的心理素质。好比摔倒后的恐惧心理会制约老年人的活动范围，如若严重的跌倒还会给老人的日常活动带来麻烦等。这些都将威胁到老年人晚年的生活质量。
1.2 老年人跌倒的因素及预防措施
1.2.1内部因素：生理因素，病理因素，药物因素，心理因素
生理因素：随着年龄的不断增长，人体的身体机能会不断弱化，总会发生一些力所不能及的突发性事件。而对于老年人，身体机能弱化主要表现在行动缓慢、反应迟钝、视力严重下降几个方面。而在一些突发性事件面前，身体就不能像年轻人那样做出及时的反应，就会很容易发生跌倒。
药物因素：现在的一些药物会对老人的身体机能带来影响，老年人的视力、血压、神经等一旦受到影响就会引发跌倒。比如催眠药、降压药、抗抑郁药就会影响到老年人的视力、血压、神经、平衡、代谢。久而久之，会对身体机能产生极大影响，更能引发跌倒。
心理因素：很多老年人都不服老，认为自己还能像年轻时那么有活力，外出活动时总是不麻烦家人的陪伴，而当突发性事件来临时，又不能做出及时的反应、判断。更有心理因素不够好的，在发生跌倒这些突发性事件时，会产害怕，恐慌的心理，这往往会增加老年人心脏病发生的概率。
1.2.2外在因素
（1）周围环境：老年人的跌倒跟周围环境息息相关，比如湿滑的地面，阴暗的房屋，凹凸不平的小道，雨雪期的恶劣天气。据统计，在跌倒中，每年大概有一半是因为一些湿滑的路面引起脚底打滑，从而发生跌倒。
（2）社会环境：随着社会的发展，路上的车是越来越多，老年人往往在行走时因为不能及时的避让，就会被一些车给碰倒，严重的直接导致残疾或死亡。还有就是由于一些人骑车不遵守交通规则，就会意外的给一些老年人造成伤害。
1.2.3 预防措施
防备老年人摔倒是当今社会必须重视的问题，从以上几个因素着手
控制老年人过多的外出活动时间
老年人的外出必须有家人的陪伴
在药物上努力改进
对老人必要的心理辅导
改变周围环境，避让一些湿滑的路面
加强交通安全管制
1.3 课题研究现状
当前对于跌倒检测技术方面重要的研究内容是使用加速度传感器检测装置,监测在跌倒事件发生时人体各方向加速度值，与阀值进行比较或者模式识别的方法，老年人的身体姿态的实时状态监测，通过算法判断老人是否跌倒，在使用远程无线报警系统报警，通知医务人员进行处理，实现对老人的远程监控功能。
国外就是收集的反映人体加速度信息的传感器信号通过无线发送的通信方式，传递到PC终端进行最后数据的融合。而国内对于跌倒检测就是使用机器人，已经使用的机器人的塔米就是看护老人，对老人的血压和心率进行实时监控，一旦发生异常会立即报警并联系救护人员；同时国家为了开发实用性产品，将服务类机器人作为为了国家高新技术的头等计划，就是想凭借高科技技术改善老年人和残障人士的生活质量。
目前应用最普遍的跌倒检测技术有三类：
（1）第一种是用拍摄图像视频的方法，摄像头拍摄人体的活动图像，经过算法运算后判定老人的行为姿态，比较准确，不过用户隐私是一个需要解决的问题；
（2）第二种是对音频信号进行分析，分析因为跌倒而产生的振动频率，不过实用性和准确性较差，而且制作成本较高，一般不会使用；
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