智慧养老系统宠物健康安全监测项圈研制(附件)
随着社会发展和生活水平质量的能提高，饲养宠物以及成为一种生活时尚。本文基于STM32单片机设计的宠物智能项圈，包括GPS+BDS双定位模块，MPU6050姿态监测模块，GPRS通信模块,心率监测模块，实现了对宠物地理位置的定位，距离监测以及健康心率数据采集的功能。系统利用最小二乘法将GPS和BDS定位数据进行分析，提高了室外定位精度。室内通过zigbee的RSSI信号判定宠物与主人的距离，实现宠物活动范围的设定，超出安全距离预警。通过GPRS模块将宠物的定位信息以短信的形式发送至主人的手机。关键词智能养老系统，宠物安全，监测项圈，单片机
目 录
1 绪论 1
1．1 课题研究背景和意义 1
1．2 智能穿戴设备的发展现状 2
1．3宠物智能设备发展现状 3
2 硬件设计 5
2．1 整体方案设计 5
2．1电源模块 6
2．2主控芯片模块 7
2．3定位模块 8
2．4心率监测模块 9
2．5语音报警模块 10
2．6姿态监测模块 10
2．6无线通信模块 11
2．7 OLED 显示模块 12
3 软件算法的设计 13
3．1软件算法使用软件 13
3．2软件算法整体思路 14
3．3室外定位精度程序设计 16
3．4安全距离程序设计 18
3．5 OLED 显示程序设计 20
3．6 串口通信方式—IIC 20
4 系统调试 22
4.1定位检测 22
4.2室内运动轨迹判断 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
1．1 课题研究背景和意义
随着中国经济的快速增长和改革开放的不断深入，自计划生育的实施多年以后，中国社会老龄化程度不断加深，独生子女家庭与空巢老人越来越多。在城市甚至在农村中，饲养宠物越来越普及，对于宠物的饲养的要求随着人们生活水平的不断提高也越来越高。宠物丢失给人们带来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
很大的损失，丢失的宠物大多变成流浪狗，流浪猫等流浪动物，在无人看管的情况下，既对人们的生活环境产生影响，同时威胁小孩等弱势群体，传播疾病细菌。
根据速途研究院和中商产业研究院发布的报告显示，在2015年我国宠物市场的营业额达到了978亿元，按照2010年至2013年增长率每年超过50%的发展，以及对于宠物消费观念的不断提高，在未来的5年内将达到1500亿的市场份额。2008年国内的注册在内的宠物为0.3亿只，但到了2015年达到了1.8亿只，增长率达到了500%。按照增长率为29.7%，在2018年宠物总量将达到2.4亿只。如图1.1是20042014年国内宠物行业消费规模与增速。
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图1.1 20042014年国内宠物行业消费规模与增速
在宠物市场的发展中，宠物食品占市场销售的39.3%，单近年来，宠物的医疗以及智能服务的比重正在逐渐提高，特别在宠物的安全健康。在健康安全中，宠物安全项圈正在变成高端、科技、智能方向发展。由于城市高楼林立人口密集，特别是在高流量的人群中行走时，一不留神，在没有物理绳索的限制下，宠物极易丢失，而且不便于主人立刻看见，宠物矮小灵活，穿梭在大量人群中不易被寻找。尤其是老年人很难有体力和精力对宠物步步紧跟，全天候照看。对宠物进行准确定位追踪，超出安全距离进行预警，尤为重要。通过监测宠物的心率、呼吸频率、体温以及消耗的热量等运动健康信息，有利于主人了解宠物健康信息。
在这种需求下，本文设计了一种基于STM32单片机的宠物智能项圈，通过现代科技手段采集宠物的生理参数以及运动范围的定位信息。实现宠物走失后精确定位、超出安全距离预警以及健康数据采集处理等功能，具有一定的推广应用价值。
1．2 智能穿戴设备的发展现状
相对于宠物智能项圈的研制，人类手环相对发展非常迅速。根据上海科学技术情报研究所（ISTIS）整理，如图表1，现在比较流行的穿戴设备有智能手环，智能手表以及智能眼镜。可穿戴的芯片一般分为MCU（微控制单元）和AP（应用处理器）两种。MCU是一种低功耗，廉价的单片机计算器。而AP是一种低功耗，价格高，功能强大的集成多媒体处理中心。[1]一般手环都采用MCU处理器。
表1 三大类主流智能穿戴设备产品比较
智能穿戴终端
代表产品
主要功能
智能手环
Nike+FuelBand、 Jawbone Up、 Fitbit Flex、咕咚手环、小米手环、华为手环
健身计步＋睡眠监测＋震动唤醒。
少数具备心率测量、来电提醒
手机伴侣
Apple Watch、 Pebble、三星智能手表、索尼智能手表、MOTO360、果壳Geak Watch
信息查看、事件提醒、电话接听、
运动健康
独立手机终端
Omate TrueSmart智能腕表、联通儿童定位手表
独立通话、精准定位、独立云端交
互、数据业务
智能眼镜
Google glass、 Oculus rift、 VuzixM100
实时摄像、地图导航、虚拟现实
传感器是可穿戴设备获取外部信息的窗口，可是不同产品设计的主要方向。现在较流行的可穿戴设备都采用微型化低成本的MEMS(微电机系统)设计。如图表2：传感器目前大致分为三类，交互传感类、生理参数监测类、环境感知类。采集人类的运动步数，心率监测以及实时定位等功能。通过加速度计，陀螺仪记录人们运动的步数，反馈运动的时间和运动量。对于老人和有疾病者通过非接触式生理检测模块采集他们的生理指标，如心率，血糖等信息，通过通讯设备将信息传回终端进行数据的整理，当发现有异常时进行报警，同时对于周边环境的检测，提示环境污染等信息。
穿戴设备的算法是在硬件基础之上数据的精确度进行改进。算法的设计直接影响定位的精度，数据的采集准确度，直接决定了产品的等级。目前算法的获取有两个途径：第三方授权或者自主研发。
表2 可穿戴设备中常用的三类传感器
应用分类
传感器
目 录
1 绪论 1
1．1 课题研究背景和意义 1
1．2 智能穿戴设备的发展现状 2
1．3宠物智能设备发展现状 3
2 硬件设计 5
2．1 整体方案设计 5
2．1电源模块 6
2．2主控芯片模块 7
2．3定位模块 8
2．4心率监测模块 9
2．5语音报警模块 10
2．6姿态监测模块 10
2．6无线通信模块 11
2．7 OLED 显示模块 12
3 软件算法的设计 13
3．1软件算法使用软件 13
3．2软件算法整体思路 14
3．3室外定位精度程序设计 16
3．4安全距离程序设计 18
3．5 OLED 显示程序设计 20
3．6 串口通信方式—IIC 20
4 系统调试 22
4.1定位检测 22
4.2室内运动轨迹判断 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
1．1 课题研究背景和意义
随着中国经济的快速增长和改革开放的不断深入，自计划生育的实施多年以后，中国社会老龄化程度不断加深，独生子女家庭与空巢老人越来越多。在城市甚至在农村中，饲养宠物越来越普及，对于宠物的饲养的要求随着人们生活水平的不断提高也越来越高。宠物丢失给人们带来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
很大的损失，丢失的宠物大多变成流浪狗，流浪猫等流浪动物，在无人看管的情况下，既对人们的生活环境产生影响，同时威胁小孩等弱势群体，传播疾病细菌。
根据速途研究院和中商产业研究院发布的报告显示，在2015年我国宠物市场的营业额达到了978亿元，按照2010年至2013年增长率每年超过50%的发展，以及对于宠物消费观念的不断提高，在未来的5年内将达到1500亿的市场份额。2008年国内的注册在内的宠物为0.3亿只，但到了2015年达到了1.8亿只，增长率达到了500%。按照增长率为29.7%，在2018年宠物总量将达到2.4亿只。如图1.1是20042014年国内宠物行业消费规模与增速。
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图1.1 20042014年国内宠物行业消费规模与增速
在宠物市场的发展中，宠物食品占市场销售的39.3%，单近年来，宠物的医疗以及智能服务的比重正在逐渐提高，特别在宠物的安全健康。在健康安全中，宠物安全项圈正在变成高端、科技、智能方向发展。由于城市高楼林立人口密集，特别是在高流量的人群中行走时，一不留神，在没有物理绳索的限制下，宠物极易丢失，而且不便于主人立刻看见，宠物矮小灵活，穿梭在大量人群中不易被寻找。尤其是老年人很难有体力和精力对宠物步步紧跟，全天候照看。对宠物进行准确定位追踪，超出安全距离进行预警，尤为重要。通过监测宠物的心率、呼吸频率、体温以及消耗的热量等运动健康信息，有利于主人了解宠物健康信息。
在这种需求下，本文设计了一种基于STM32单片机的宠物智能项圈，通过现代科技手段采集宠物的生理参数以及运动范围的定位信息。实现宠物走失后精确定位、超出安全距离预警以及健康数据采集处理等功能，具有一定的推广应用价值。
1．2 智能穿戴设备的发展现状
相对于宠物智能项圈的研制，人类手环相对发展非常迅速。根据上海科学技术情报研究所（ISTIS）整理，如图表1，现在比较流行的穿戴设备有智能手环，智能手表以及智能眼镜。可穿戴的芯片一般分为MCU（微控制单元）和AP（应用处理器）两种。MCU是一种低功耗，廉价的单片机计算器。而AP是一种低功耗，价格高，功能强大的集成多媒体处理中心。[1]一般手环都采用MCU处理器。
表1 三大类主流智能穿戴设备产品比较
智能穿戴终端
代表产品
主要功能
智能手环
Nike+FuelBand、 Jawbone Up、 Fitbit Flex、咕咚手环、小米手环、华为手环
健身计步＋睡眠监测＋震动唤醒。
少数具备心率测量、来电提醒
手机伴侣
Apple Watch、 Pebble、三星智能手表、索尼智能手表、MOTO360、果壳Geak Watch
信息查看、事件提醒、电话接听、
运动健康
独立手机终端
Omate TrueSmart智能腕表、联通儿童定位手表
独立通话、精准定位、独立云端交
互、数据业务
智能眼镜
Google glass、 Oculus rift、 VuzixM100
实时摄像、地图导航、虚拟现实
传感器是可穿戴设备获取外部信息的窗口，可是不同产品设计的主要方向。现在较流行的可穿戴设备都采用微型化低成本的MEMS(微电机系统)设计。如图表2：传感器目前大致分为三类，交互传感类、生理参数监测类、环境感知类。采集人类的运动步数，心率监测以及实时定位等功能。通过加速度计，陀螺仪记录人们运动的步数，反馈运动的时间和运动量。对于老人和有疾病者通过非接触式生理检测模块采集他们的生理指标，如心率，血糖等信息，通过通讯设备将信息传回终端进行数据的整理，当发现有异常时进行报警，同时对于周边环境的检测，提示环境污染等信息。
穿戴设备的算法是在硬件基础之上数据的精确度进行改进。算法的设计直接影响定位的精度，数据的采集准确度，直接决定了产品的等级。目前算法的获取有两个途径：第三方授权或者自主研发。
表2 可穿戴设备中常用的三类传感器
应用分类
传感器
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