老年人摔倒現(xiàn)場錄像機(jī)重點

1、基于STM32的彩信發(fā)送老人摔倒前圖像+定位裝置摘要：近年來，關(guān)于老人摔倒后無人攙扶、撞倒老人后迅速跑掉的新聞屢見不鮮。隨著人們對于道德的淡忘和人情的冷漠，越來越多的老人在發(fā)生意外時得不到及時的幫助，本文闡述的裝置基于coretex-M3內(nèi)核，通過攝像頭、內(nèi)存卡和GSM/GPRS模塊實現(xiàn)采集圖像、存儲圖像、發(fā)送圖像以及定位的作用。能夠?qū)先藨敉獍踩珕栴}產(chǎn)生較大幫助。 關(guān)鍵詞：coretex-M3；STM32；OV2640模塊；SIM900A模塊；SD卡；彩信；基站定位0 引言圖2 顯示事故地點圖1 彩信發(fā)送事故前環(huán)境圖片老人出門佩戴本文裝置時，裝置能在老人摔倒時，將摔倒之前幾秒鐘內(nèi)的環(huán)境圖片發(fā)

2、送給子女的手機(jī)，如圖1，并將老人摔倒地點顯示在子女手機(jī)上，如圖2。顯而易見這個裝置有兩個優(yōu)點：第一，如果有人撞倒老人后不承認(rèn)或者跑掉，那么，子女手機(jī)上的圖片會成為直接證據(jù)或破案線索。第二，裝置記錄下了老人摔倒的真實情況，消除了路人想去幫忙但又擔(dān)心承擔(dān)責(zé)任的顧慮，有利于老人得到路人的及時救助。1 硬件介紹裝置完成上述功能，需實現(xiàn)下述流程：開機(jī)后，攝像頭即進(jìn)入拍照狀態(tài)，設(shè)置拍照頻率為1秒/張，將照片存入內(nèi)存卡中，當(dāng)有較大震動的時候，立即進(jìn)入中斷，獲取經(jīng)緯度并上傳，之后調(diào)取大震動前6秒內(nèi)圖像，通過彩信發(fā)送。由于是在戶外使用，所以需要配備電池，所以必須考慮如何降低功耗，在這個流程的基礎(chǔ)上，裝置增加了一

3、個待機(jī)模式，如圖3。當(dāng)老人在正常行走過程中，會引起裝置輕微的震動，這個小震動保證裝置正常運行，當(dāng)老人將裝置放在桌子上或其他原因?qū)е卵b置25秒內(nèi)感受不到輕微震動時，裝置自動進(jìn)入待機(jī)模式。圖3 流程圖1.1 處理器模塊處理器模塊采用STM32F103RBT6核心板，它的處理速度滿足上述功能要求，而且，STM32在待機(jī)狀態(tài)下最低僅需要2A的電流，能夠?qū)崿F(xiàn)降低功耗的目的。核心板見圖4。圖4 STM321.2 圖像采集和存儲部分?jǐn)z像頭模塊采用OV2640，相對于76*圖5 OV2640與STM32連線圖系列攝像頭模塊，OV2640優(yōu)勢很明顯，不需要FIFO，通過內(nèi)部DSP壓縮后直接輸出jpg圖像數(shù)據(jù)，以

4、320像素×240像素RGB565圖片為例，76*模塊輸出原始數(shù)據(jù)在150KB左右，而OV2640輸出JPEG數(shù)據(jù)只有46KB，雖然是有損壓縮，但圖像質(zhì)量仍然非常好，而且同樣圖像傳輸JPEG比傳輸原始數(shù)據(jù)更快。OV2640與STM32的連接方式如圖5（其中USART3_RX是SDA第30pin PB11，USART3_TX是SCL第29pin PB10）。關(guān)于彩信發(fā)送方面，本文設(shè)定將6張圖像集中在1個彩信中發(fā)送，中國移動對外宣稱彩信最大容量為100KB，這使得 OV2640模塊成為最優(yōu)選擇。由于在事故發(fā)生時裝置要調(diào)出之前6張照片，單靠處理器內(nèi)存壓力很大，所以本文中為裝置增加了一個8G

5、 Micro SD卡，插在Micro SD卡模塊中，用來存儲照片。1.3 發(fā)送模塊為了保證裝置在戶外能夠進(jìn)行定位和發(fā)送彩信，需要用到SIM卡。必不可少的與之配套還要有GSM/GPRS模塊，這里選擇SIM900A模塊，SIM900A是一個2頻的GSM/GPRS模塊，支持接打電話、接發(fā)短信、接發(fā)彩信、基站定位、GPRS功能。工作頻段為：EGSM圖6 SIM900A模塊 900MHZ和DCS 1800MHZ。SIM900A支持GPRS multi-slot class 10/class 8(可選)和GPRS編碼格式 CS-1，CS-2，CS-3 and CS-4。SIM900A采用省電技術(shù)設(shè)計，在S

6、LEEP模式下最低耗流只有1mA，能夠保證裝置在沒有事故發(fā)生時，模塊處于SLEEP狀態(tài)省電的需要。SIM900A模塊帶一組232電平接口，可以和電腦直接連接，也可以通過USB-TTL連接電腦，模塊可以通過AT指令設(shè)置自己將讀取到的每條指令寫出，在串口調(diào)試助手上直觀地顯示出了模塊接收到的每一條指令以及模塊對應(yīng)做出的回應(yīng)，這點對于測試非常方便。此外，該模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，擴(kuò)展的TCP/IP命令讓用戶能夠很容易使用TCP/IP協(xié)議，這些在數(shù)據(jù)傳輸方面應(yīng)用時非常有用。但是SIM900A模塊有一點不完美，在搜尋網(wǎng)絡(luò)和上傳數(shù)據(jù)時，模塊的峰值電流將達(dá)到2A，所以一般的充電電池就不能滿足需要，通過比較，

7、最終選擇了1800mah的12V聚合物鋰電池，體積只有62mm×37mm×17mm，通過可調(diào)降壓模塊將電壓從12V降到4V（SIM900A模塊電壓范圍3.5V-4.5V），電流即可滿足峰值需要。硬件連線示意圖見圖7。圖7 硬件連線示意圖2 軟件介紹在顯示事故地點方面，需要手機(jī)軟件的配合。本文介紹一款國內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)平臺Yeelink。Yeelink目前定位于做一個開放的通用物聯(lián)網(wǎng)平臺，主要提供傳感器數(shù)據(jù)的接入，存儲和展現(xiàn)服務(wù)，為所有的開源軟硬件愛好者、制造型企業(yè)，提供一個物聯(lián)網(wǎng)項目的平臺，使得硬件和制造業(yè)者能夠在不關(guān)心服務(wù)器實現(xiàn)細(xì)節(jié)和運維的情況下，擁有交付物聯(lián)網(wǎng)化的

8、電子產(chǎn)品的能力。它有很多功能，這里本文僅拿要用到的接入傳感器設(shè)備這個功能進(jìn)行描述：它能夠支持用戶使用HTTP，MQTT或socket等方式連入平臺，支持以Json，XML等標(biāo)準(zhǔn)格式上傳傳感器的數(shù)據(jù)，在socket模式下，還能提供實時的傳感器設(shè)備實時反向控制功能（即由web或APP遠(yuǎn)程控制接入設(shè)備），所有的數(shù)據(jù)存入和取回等API手冊完全開放，并支持客戶進(jìn)行二次開發(fā)，利用這個功能，裝置可以通過SIM900A獲取裝置經(jīng)緯度，然后通過HTTP請求，與Yeelink平臺建立連接，將經(jīng)緯度信息上傳平臺，平臺同步更新手機(jī)APP和電腦地圖界面的坐標(biāo)顯示。手機(jī)界面如圖8。電腦界面如圖9。圖中顯示了本文在創(chuàng)建的設(shè)

9、備中添加了2個傳感器：一個是GPS，說是GPS定位，其實并不準(zhǔn)確，因為SIM900A不帶GPS定位功能，僅帶有基站定位功能。GPS適合露天能夠搜索到衛(wèi)星的地方，在室內(nèi)幾乎不能使用，而基站定位，雖然提供的經(jīng)緯度誤差相對于GPS大些，但可以在室內(nèi)實現(xiàn)定位，本文裝置雖然考慮用于戶外，但不能排除老人在商場等室內(nèi)場所摔倒的可能，加上節(jié)省成本的考慮，所以這里直接使用了SIM900A自帶的基站定位。另外一個是遠(yuǎn)控開關(guān)，這部分可以實現(xiàn)功能是：當(dāng)老人走失后，子女通過打開這個開關(guān)，GPS地圖部分即可傳回老人所在的地點（由于本文重點不在走失上，所以不對這部分進(jìn)行詳述）。圖8 Yeelink手機(jī)軟件界面圖9 Yeel

10、ink電腦界面3 程序設(shè)計3.1 OV2640模塊部分單片機(jī)與OV2640的通信采用串行與并行結(jié)合的方式。OV2640帶有SCCB（Serial Camera Control Bus）雙線串行接口，單片機(jī)通過SCCB接口配置和讀取OV2640的信息，通過并行接口總線的方式來接收OV2640的圖像數(shù)據(jù)。從OV2640獲取圖像數(shù)據(jù)，需要用到的信號線包括：8位數(shù)據(jù)總線Y2Y9，幀同步信號VSYNC，行同步信號HREF，像素同步信號PCLK，SCCB總線SIO_C和SIO_D。其圖像數(shù)據(jù)輸出的時序圖如圖10。圖10 OV2640數(shù)據(jù)時序圖幀同步信號VSYNC是低電平有效，HREF是高電平有效，當(dāng)引腳V

11、SYNC為高電平時表示一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，當(dāng)由高電平變成低電平時表明是一幀圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。為了得到有效的像素數(shù)據(jù)，一般將HREF和PCLK連接一個與非門，使得在行信號無效時不輸出像素同步信號，用其輸出信號作為像素數(shù)據(jù)同步。OV2640的初始化配置：OV2640_ReadID(&OV2640_Camera_ID); /*讀取OV2640 ID，測試硬件*/OV2640_JPEGConfig(JPEG_320x240); /*輸出320x240像素JPG圖片*/OV2640_BrightnessConfig(0x20); /*配置亮度，0x40:+2，0x30:+1，0x20:0，0x

12、10:-1，0x00:-2*/OV2640_BandWConfig(0x00); /* 設(shè)置黑白彩色模式0x18:B&W，0x40:Negative，0x58:B&W negative，0x00:Normal */OV2640_CaptureGpioInit(); /*數(shù)據(jù)采集引腳初始化*/OV2640在中斷函數(shù)中，通過一個全局圖像緩存區(qū)JpegBuffer存儲每張圖片數(shù)據(jù)，然后在存儲程序中將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存卡，涉及到的中斷程序如下：void EXTI15_10_IRQHandler(void) if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line15) != RESET)

13、/檢查指定的EXTI0線路觸發(fā)請求發(fā)生與否EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line15); /清除EXTI0線路掛起位JpegBufferJpegDataCnt+ = (u8)(GPIOC->IDR);/把圖像數(shù)據(jù)存入JpegBuffer3.2 內(nèi)存卡存儲部分SD卡（Secure Digital Memory Card）的指令由6個字節(jié)組成，字節(jié)1的最高2位固定位01，低6位為命令號（比如CMD16，為10000即16進(jìn)制的0x10，完整的CMD16，第一字節(jié)為01010000，即0x10+0x40）。字節(jié)25為命令參數(shù)，有些命令是沒有參數(shù)的。字節(jié)6的高七位為CR

14、C值，最低位恒定為1，如表1。幾個主要的命令如表2。表1 SD卡命令格式字節(jié)1字節(jié)25字節(jié)6765 031 07 1001command命令參數(shù)CRC1表2 SD卡主要命令命令參數(shù)回應(yīng)描述CMD0（0x00）NONER1復(fù)位SD卡CMD8（0x08）VHS+Check patterR7發(fā)送接口狀態(tài)命令CMD9（0x09）NONER1讀取卡特定數(shù)據(jù)寄存器CMD10（0x0A）NONER1讀取卡標(biāo)志數(shù)據(jù)寄存器CMD16（0x10）塊大小R1設(shè)置塊大小（字節(jié)數(shù)）CMD17（0x11）地址R1讀取一個塊的數(shù)據(jù)CMD24（0x18）地址R1寫入一個塊的數(shù)據(jù)CMD41（0x29）NONER3發(fā)送給主機(jī)容量

15、支持信息和激活卡初始化過程CMD55（0x37）NONER1告訴SD卡，下一個是特定應(yīng)用命令CMD58（0x3A）NONER3讀取OCR寄存器所有主機(jī)與SD卡間的通信由主機(jī)控制，主機(jī)發(fā)送下述兩類命令，對卡而言也有兩類操作：·卡識別模式在重置（reset）后當(dāng)主機(jī)查找總線上的新卡時，處于卡識別模式。重置后SD卡始終處于該模式，直到收到SEND_RCA命令（CMD3）。·數(shù)據(jù)傳輸模式一旦卡的REC發(fā)布后，將進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式。主機(jī)一旦識別了所有總線上的卡后，將進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式。圖11 SPI模式SD卡操作流程有兩種方式可對SD卡進(jìn)行通信，SPI（Serial Peripheral

16、 Interface）和SDIO（Secure Digital Input and Output Card），這里筆者采用的是SPI模式，在SD卡收到復(fù)位命令（CMD0）時，CS為有效電平（低電平）則SPI模式被啟用，要注意在發(fā)送CMD0之前，必須發(fā)送大于74個時鐘脈沖，這是因為SD卡內(nèi)部有個供電電壓上升時間，而且還需要SD卡同步，在卡初cc，CLK時鐘最大不能超過400KHz。SPI模式下SD卡的操作流程如圖11。對卡的基本讀寫操作命令有：數(shù)據(jù)塊讀命令READ_BLOCK(CMD17)、多數(shù)據(jù)塊讀命令EAD_MULTIPLE_BLOCK(CMD18)和數(shù)據(jù)塊寫命令WRITE_BLOCK(CM

17、D24)、多數(shù)據(jù)塊寫命令WRITE_MULTIPLE_BLOCK(CMD25)。初始化步驟：1. 初始化與SD卡連接的硬件條件（MCU的SPI配置，IO口配置）。2. 上電延時（>74個CLK）。3. 復(fù)位卡（CMD0），進(jìn)入IDLE狀態(tài)。4. 發(fā)送CMD8，檢查是否支持2.0協(xié)議。5. 根據(jù)不同協(xié)議檢查SD卡（命令包括：CMD55、CMD41、CMD58和CMD1等）。6. 取消片選，發(fā)多8個CLK，結(jié)束初始化。讀取步驟：1. 發(fā)送CMD17。2. 接收卡響應(yīng)R1。3. 接收數(shù)據(jù)起始令牌0xFE。4. 接收數(shù)據(jù)。5. 接收2個字節(jié)的CRC，如果不使用CRC，這兩個字節(jié)在讀取后可以丟掉。

18、6. 禁止片選之后，發(fā)多8個CLK。寫操作步驟：1. 發(fā)送CMD24。2. 接收卡響應(yīng)R1。3. 發(fā)送寫數(shù)據(jù)起始令牌0xFE。4. 發(fā)送數(shù)據(jù)。5. 發(fā)送2字節(jié)的偽CRC。6. 禁止片選之后，發(fā)多8個CLK。通過SD卡初始化程序SD_Init()完成SD卡的初始化。然后通過下面程序判斷SD卡初始化情況：switch(SD_Init() case 0: USART_SendString ("SD Card Init Success!n"); break; /初始化成功case 1: USART_SendString ("Time Out!n");break;

19、 /錯誤，初始化時間過長 case 99: USART_SendString ("No Card!n");break; /錯誤，沒有SD卡 default: USART_SendString ("Oh Mygodn");break; /錯誤，其他情況由于每張圖片僅3KB左右，所以筆者選擇通過SD卡最基礎(chǔ)的直接向扇區(qū)寫入和讀取的方式來存儲和調(diào)出圖片數(shù)據(jù)，SD卡讀取寫入語句：SD_WriteSingleBlock(30,send_data);/向扇區(qū)30寫入512字節(jié)數(shù)據(jù)（單個塊）SD_ReadSingleBlock(30,receive_data);/讀出

20、扇區(qū)30的所有數(shù)據(jù)（單個塊）SD_WriteMultiBlock(50,send_data,6);/從扇區(qū)50開始，寫入6個扇區(qū)的數(shù)據(jù)（多個塊）SD_ReadMultiBlock(50,receive_data,6);/從扇區(qū)50開始，讀出6個扇區(qū)的數(shù)據(jù)（多個塊）3.3 彩信程序SIM900A模塊與STM32之間是串口通信，通過下面兩條程序接收STM32指令：USART_SendString(unsigned char *p_STR);/發(fā)送字符串指令USART1_Transmit(u8 ch_data);/發(fā)送單字節(jié)彩信指令發(fā)送程序：USART_SendString("ATrn&q

21、uot;);/檢驗串口通信是否正常USART_SendString("AT+CPIN?rn");/查詢SIM卡的狀態(tài)，主要是PIN碼USART_SendString("AT+CGATT?rn");/查詢GPRS網(wǎng)絡(luò)附著情況USART_SendString("AT+CMMSINITrn");/初始化彩信USART_SendString("at+cmmscurl=""rn");/配置中國移動手機(jī)彩信中心地址USART_SendString("AT+CMMSCID=1rn");/設(shè)

22、置承載上下文IDUSART_SendString("at+cmmsproto="72",80rn");USART_SendString("at+cmmssendcfg=6,3,0,0,2,4rn");/配置彩信USART_SendString("AT+SAPBR=3,1,"Contype","GPRS"rn");/設(shè)置網(wǎng)絡(luò)USART_SendString("AT+SAPBR=3,1,"APN","CMWAP"r

23、n");USART_SendString("AT+SAPBR=1,1rn"); USART_SendString("AT+SAPBR=2,1rn");USART_SendString("AT+CMMSEDIT=1rn");/進(jìn)入彩信模式for(i2=0;i2<6;i2+)/分6次讀取6張圖片放在JpegBuffer1中a+=20; /每張圖片間隔20個扇區(qū)if(a = 120)a = 0;DuQu(address+a);/DuQu()是一個讀取每張圖片的子函數(shù)for(i=0;i<6144;i+)/jpg格式圖片以

24、FF D8開頭，F(xiàn)F D9結(jié)尾，接收到FF D9跳出if(JpegBuffer1i=0xD9)aa1 = i;aa1-;if(JpegBuffer1aa1=0xFF)break;aa1+;/aa1為圖片所占字節(jié)數(shù)ab13 = (aa1%10+48);/將個位賦給ab3aa1/=10;ab12 = (aa1%10+48);/將十位賦給ab2aa1/=10;ab11 = (aa1%10+48);/將百位賦給ab1aa1/=10;ab10 = (aa1%10+48);/將千位賦給ab0USART_SendString("AT+CMMSDOWN="PIC",")

25、;/for(i=0;i<4;i+)USART_Transmit(ab1i); /AT指令中必須有圖片字節(jié)數(shù)（數(shù)量必須一樣，很重要）USART_SendString(",50000rn");Delay_nMS(1800);for(i=0;i<6144;i+)/向SIM900A寫入圖片USART_Transmit(JpegBuffer1i);if(JpegBuffer1i=0xD9)aa1 = i;aa1-;if(JpegBuffer1aa1=0xFF)break;/遇到FF D9則表示這張圖片上傳完成，跳出Delay_nMS(1800);USART_SendStr

26、ing("AT+CMMSRECP="1310217*"rn");/這里寫接收者的手機(jī)號碼USART_SendString("AT+CMMSSENDrn");/通過GPRS上傳6張圖片USART_SendString("AT+CMMSEDIT=0rn");/退出配置模式USART_SendString("AT+SAPBR=0,1rn");/退出承載，釋放網(wǎng)絡(luò)連接USART_SendString("AT+CMMSTERMrn");/退出彩信功能3.4 基站定位程序SIM900A自

27、帶的基站定位可通過AT+CIPGSMLOC=1,1指令返回經(jīng)緯度信息，在STM32串口接收中斷中提取出經(jīng)緯度坐標(biāo)，請求經(jīng)緯度程序如下：USART_SendString("ATrn");USART_SendString("AT+CSQrn");/獲取信號強度USART_SendString("AT+CREG?rn");USART_SendString("AT+CGATT?rn");USART_SendString("AT+SAPBR=3,1,"CONTYPE","GPRS&qu

28、ot;rn");/設(shè)置網(wǎng)絡(luò)USART_SendString("AT+SAPBR=3,1,"APN","CMWAP"rn");/設(shè)置網(wǎng)絡(luò)USART_SendString("AT+SAPBR=1,1rn");USART_SendString("AT+SAPBR=2,1rn");USART_SendString("AT+CIPGSMLOC=1,1rn");/這條語句后記錄返回的經(jīng)緯度值for(i10=0;i10<8;i10+)JingDui10 = UsartJie

29、Shou34+i10;/從串口中斷讀取的經(jīng)度值給JingDufor(i10=0;i10<7;i10+)WeiDui10 = UsartJieShou45+i10;/ 從串口中斷讀取的緯度值給WeiDu將SIM900A模塊與Yeelink網(wǎng)站進(jìn)行連接，并上傳經(jīng)緯度信息：USART_SendString("ATrn");USART_SendString("AT+CGATT=1rn");USART_SendString("AT+CIPCSGP=1,"CMNET"rn");/設(shè)置網(wǎng)絡(luò)USART_SendString(

30、"AT+CLPORT="TCP","80"rn");/設(shè)置網(wǎng)絡(luò)類型和端口USART_SendString("AT+CIPSTART="TCP","","80"rn");/Yeelink地址端口USART_SendString("AT+CIPSENDrn");/這條程序后寫上傳內(nèi)容USART_SendString("POST /v1.0/device/10321/sensor/18230/datapoints HTTP/1.1r

31、n");/HTTP請求USART_SendString("User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.7; rv:9.0.1)Gecko/20100101 Firefox/9.0.1rn”); USART_SendString("Host: rn");USART_SendString("U-ApiKey: 73958936022258e6d1aeb6ce*rn");USART_SendString("Content-Length: 52rn");USART_SendString("Content-Type: application/x-www-form-urlencodedrn");USART_SendString("rn");USART_SendString(""value":"lat":");for(i10=0;i10<7;i10+)USART_Transmit(WeiDui10);/上傳緯度值USART_SendString(","lng":&qu