項(xiàng)目解決方案

項(xiàng)目方案解決書1一、引言……………….31.1項(xiàng)目背景……………31.2問題的提出…………41.3研究目的與意義…………………….51.4參考資料………….....5二、系統(tǒng)的架構(gòu)………...52.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖………….52.2子系統(tǒng)列表………….6三、各模塊的實(shí)現(xiàn)……………………...73.1傳感器模塊………….83.2下位機(jī)的實(shí)現(xiàn)……………………...133.3上位機(jī)的實(shí)現(xiàn)……………………...183.4數(shù)據(jù)庫(kù)……………...23四、總結(jié)………………..242一、引言1.1項(xiàng)目背景21世紀(jì)被稱為銀發(fā)世紀(jì)”，世界范圍內(nèi)的老齡化浪潮滾滾而來(lái)。65歲以上的老年人和60歲以上的老年人分別占總?cè)丝诘?10％的社會(huì)稱為老齡化社會(huì)。而根據(jù)中國(guó)人口信息研究中心的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2000年中國(guó)歲以上人口比例為10．3165歲以上人口占總?cè)丝诘谋壤秊椋?7[1]，按照或子女都不在老人身邊的家庭稱為空巢家庭。近些年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居住方式的變化，家庭結(jié)構(gòu)的小型化，以及人口流動(dòng)的加速，子女?dāng)?shù)的減少，代際居住的分離傾向，人口預(yù)期壽命的延長(zhǎng)，10上升之勢(shì)，1987年全國(guó)空巢家庭與老年人家庭的比例是167％，2000年全國(guó)第五次人口普查數(shù)據(jù)表明，空巢家庭戶占到老年家庭的22．832004年上升到25.8%。在一些大城市，空巢家庭問題更3為突出。2004年，北京市空巢家庭的比例為34%，上海市為34.8%，廣州市為30%，天津市為36.5%。尤其值得注意的是，單身獨(dú)居老人在老年人口中的比例，也由19993.8%上升到200411％[2]。2030年空巢老年人家庭的比例將達(dá)到國(guó)老年人家庭將空巢化。1.2問題的提出在上一節(jié)中已經(jīng)討論討論了兩個(gè)趨勢(shì)，一個(gè)是人口老齡化的趨段出現(xiàn)人口的老齡化，社會(huì)化福利服務(wù)體系的發(fā)展水平還比較落后，1.3研究目的與意義4檢測(cè)，以此來(lái)判斷人姿態(tài)的變化。1.4參考資料《基于三軸加速度傳感器的跌倒檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用》《無(wú)線傳感器在人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)檢測(cè)中的應(yīng)用》《基于CC2430的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)》《PC機(jī)與MSP430串口通信實(shí)現(xiàn)的方法》《基于MSP430的無(wú)線應(yīng)用》二、系統(tǒng)的架構(gòu)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖室內(nèi)方案：5室外方案：2.2子系統(tǒng)列表表名：子系統(tǒng)列表子系統(tǒng)功能概述子系統(tǒng)之間的關(guān)系傳感器主要使用的傳感器位于用戶身上，傳感是三軸加速度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的通過ZigBee協(xié)議發(fā)送到單片機(jī)內(nèi)，單片機(jī)將接收到的感應(yīng)出關(guān)節(jié)的變化，數(shù)據(jù)處理分析，再通過串口同時(shí)借助無(wú)線模塊通信傳送到PC端，PC端的和ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)軟件將實(shí)時(shí)顯示人體姿態(tài)6的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)動(dòng)態(tài)的模下位機(jī)主要是基于單片機(jī)擬出此時(shí)的人體姿態(tài)三維圖像，同時(shí)PC端還會(huì)將相器通信需要使用關(guān)數(shù)據(jù)以及三維動(dòng)態(tài)視頻ZigBee自動(dòng)的保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，可器發(fā)送來(lái)的信號(hào)通實(shí)現(xiàn)歷史查詢功能。過串口通信傳送給上位機(jī)顯示人體三維姿態(tài)圖像。數(shù)據(jù)庫(kù)以及相關(guān)的人體姿態(tài)三維動(dòng)畫。三、各模塊的實(shí)現(xiàn)3.1傳感器模塊3.1.1傳感器的放置與測(cè)量71、手臂上三軸加速度傳感器zx軸和y手臂上可以按兩個(gè)傳感器s1和s2，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)關(guān)節(jié)處得三軸加速度。先有s1測(cè)出其三軸加速度！由此可以確定整個(gè)大臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)！再由大臂s1到s2距離可以計(jì)算出s2點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。然后由s2側(cè)出的三軸加速度，則可以確定整個(gè)小臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)！2、腿部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)個(gè)加速度傳感器，以軸為基點(diǎn)建立三軸坐標(biāo)，同樣，以豎直方向?yàn)閦x和y，同樣根據(jù)小腿的長(zhǎng)度，可以確定膝關(guān)節(jié)處點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。8x和y向建立z軸，通過測(cè)量三個(gè)方向的加速度，確定大腿運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同樣狀態(tài)！3、腰椎部傳感器通過測(cè)定腰椎部得加速度變化，可以測(cè)定整個(gè)腰部的姿態(tài)變化，定各個(gè)點(diǎn)的位置。3.1.2、元件：1、傳感器飛思卡爾開發(fā)的基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))的三軸向低重力加速計(jì)MMA7260Q，是一款低成本微型電容式加速度傳感器。該芯片采用了信號(hào)調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補(bǔ)償技術(shù)，是一款單芯片設(shè)備，移動(dòng)、放置、震動(dòng)和搖擺，使便攜式設(shè)備能夠智能地響應(yīng)位置、方位9和移動(dòng)的變化。MMA7260Q封裝尺寸很小，只需較小的板卡空間，另外還提供快速啟動(dòng)和休眠模式。這些特性使MMA7260Q成為采用電池供電便攜式電子產(chǎn)品的理想之選。MMA7260Q的可選靈敏度允許在1.54g和6g的不同范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)。它的3μA睡眠模式、500μA低運(yùn)行電流、1.0ms的快速啟動(dòng)響應(yīng)時(shí)間以及的QFN小巧包裝等其他特性，使圍繞MMA7260Q的設(shè)計(jì)活動(dòng)輕松方便、經(jīng)濟(jì)高效。MMA7260Q傳感器MMA7260Q芯片廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，對(duì)于不同的應(yīng)用，重力加速度級(jí)別應(yīng)該有不同的選擇。自由落體檢測(cè)：1～2g，應(yīng)用于移動(dòng)硬盤驅(qū)動(dòng)、手機(jī)、PC筆記本和MP3播放器。傾斜控制：12g，應(yīng)用于移動(dòng)識(shí)別、用戶界面滾動(dòng)和游戲。搖擺：810g，應(yīng)用于電機(jī)穩(wěn)定性。測(cè)震學(xué)：0.0022g，應(yīng)用于地震檢波器和地震開關(guān)。震動(dòng)檢測(cè)：2～8g，應(yīng)用于裝運(yùn)／處理。步程計(jì)：1020g應(yīng)用于跑步和生理學(xué)。10由此可見，人體跌倒檢測(cè)適用的是1～2g的級(jí)別。MMA7260Q三態(tài)下（0g）,其輸出為1.65V改變其輸出電壓。用MSP430單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器讀取此輸出信號(hào)就可以檢測(cè)起方向。2、無(wú)線收發(fā)元件這次使用的信號(hào)發(fā)送模塊是RF2420，該模塊是使用TI-Chipcon公司的CC2420無(wú)線通信芯片開發(fā)而成。是符合ZigBee技術(shù)的高集成度工業(yè)用射頻收發(fā)器件，工作在2400-2483.5MHZ的ISM頻段，電池消耗低，同時(shí)分別給每個(gè)發(fā)射模塊設(shè)置地址或是唯一識(shí)別的協(xié)議頭，以此有利于數(shù)據(jù)的傳輸，將傳感器傳出的信號(hào)傳輸?shù)絉F2420接收并發(fā)送到MSP430單片機(jī)處理，再傳給pc機(jī)處理！11RF2420特點(diǎn)：(1)采用TI公司的CC24202400-2483.5MHz的ISM和SRD頻段.----采用直接序列擴(kuò)頻方式.----工作速率250kbps，碼片速率2MChip/s.----使用O-QPSK調(diào)制方式.----高靈敏度（）.----較低的電流消耗（RX:13.3mATX:17.4mA).----抗鄰頻道干擾能力強(qiáng)(39dB)----內(nèi)部集成有、、PA以及電源整流器.----采用低電壓供電(2.13.6V).----輸出功率編程可控.(2)IEEE802.15.4-2003標(biāo)準(zhǔn)MAC層硬件支持.----前導(dǎo)碼與同步字段自動(dòng)生成與檢測(cè).12----CRC-16自動(dòng)生成與檢測(cè).-----空閑信道檢測(cè).-----能量檢測(cè)、接收信號(hào)強(qiáng)度與鏈路質(zhì)量指示.-----MAC層安全保護(hù)(CTR,CBCMAC,CCM)支持.(3)采用4線SPI標(biāo)準(zhǔn)接口,便于MCU配置.(4)獨(dú)立的128字節(jié)RX和128字節(jié)TX數(shù)據(jù)FIFO.(5)模塊采用PCB天線，直線收發(fā)距離20-50米，模塊尺寸32mm*47mm3.2下位機(jī)的實(shí)現(xiàn)MSP430系列單片機(jī)是目前工業(yè)界中性價(jià)比高、功耗低的Flash16位RSIC微控制器。因此我們的方案是基于MSP430和CC2420的傳感器信息自動(dòng)采集系統(tǒng)，主要包括傳感器模塊、無(wú)線模塊、PC終端、接收外部無(wú)線射頻信號(hào)，MSP430單片機(jī)控制數(shù)據(jù)的接收、處理、傳輸，將數(shù)據(jù)打包后通過串口通信傳送至PC機(jī)。機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖131MSP430與傳感器的通信(1)信息接收：MSP430通過CC2420無(wú)線接收來(lái)自傳感器的信息，同時(shí)通過ZigBee協(xié)議的地址分配識(shí)別人體不同部位的傳感器信息包括：上肢、腰部、下肢。CC2420MSP430（2）室內(nèi)定位：采用射頻識(shí)別技術(shù)。射頻識(shí)別技術(shù)利用射頻方式在室內(nèi)東西南CC2430中間進(jìn)行自動(dòng)交換信息，然后讀卡器將這些信息通過接口Zigbee傳到與MSP430連接的CC2430，進(jìn)而通過串口通信傳給PC機(jī)。MAXACPE232MSP4302MPS430單片機(jī)與PC機(jī)的通信14（1）硬件部分：MSP430單片機(jī)通過RS-232接口電路與上位機(jī)進(jìn)行如圖1-1，串行口的電平轉(zhuǎn)換器（MAX232ACPE）實(shí)現(xiàn)單片機(jī)電平與RS232電平的相互轉(zhuǎn)換。（2）下位機(jī)(MSP430單片機(jī))程序設(shè)計(jì)包括初始化設(shè)計(jì)、串口中斷服務(wù)設(shè)計(jì)和主處理程序設(shè)計(jì)行處理以及封裝需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。下面是它的程序代碼。#include<msp430x14x.h>charnRev_UART1;//串口1的接收標(biāo)志charUART1_TX_BUF[60];//串口1的發(fā)送緩沖區(qū)charUART1_RX_BUF[60];intnTX1_Len;charnRX1_Len;charnRX1_Len_temp;charnTX1_Flag;intnSend_TX1;voidmain(void){//串口1的接收緩沖區(qū)intnRes_UART1;intnRes=0;charUART1_RX_Temp[60];inti;intn;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//關(guān)閉看門狗_DINT();//關(guān)閉中斷//初始化時(shí)鐘//初始化端口//初始化串口1//打開中斷Init_CLK();Init_Port();Init_UART1();_EINT();16for(;;){//進(jìn)入處理循環(huán)if(nRev_UART1==1)如果有接收中斷{nRev_UART1=0;for(i=0;i<nRX1_Len;i++)UART1_RX_Temp[i]=UART1_RX_BUF[i];//將接收到的數(shù)據(jù)拷貝到臨時(shí)緩沖區(qū)。nRes=ProcessCMD(UART1_RX_Temp,nRX1_Len);switch(nRes){case：nTX1_Len=3;//設(shè)置中斷標(biāo)志，進(jìn)入發(fā)送中斷程序IFG2|=UTXIFG1;nRX1_Len=0;break;case2：nTX1_Len=nRX1_Len+3;//設(shè)置中斷標(biāo)志，進(jìn)入發(fā)送中斷程序IFG2|=UTXIFG1;nRX1_Len=0;17break;case-1:nTX1_Len=6;//設(shè)置中斷標(biāo)志，進(jìn)入發(fā)送中斷程序IFG2|=UTXIFG1;nRX1_Len=0;break;}}}}在上面的程序中主要根據(jù)“ProcessCMD(UART1_RX_Temp,nRX1_Len)”對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行處理，向PC發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)，如果接收到的數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤，則發(fā)送“ERRORnTx1_Len”的長(zhǎng)度，并通過“IFG2|=UTXIFG1;”發(fā)送中斷，從而使中斷處理程序進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送ProcessCMD(UART1_RX_Temp,nRX1_Len)處理接收到的數(shù)據(jù)并返回相應(yīng)的代碼以使主程序處理。3.3上位機(jī)的實(shí)現(xiàn)3.3.1開發(fā)工具的選擇PC端上的上位機(jī)將采用VC編寫，VC++6.0是Microsoft公司推出的一個(gè)基于Windows系統(tǒng)平臺(tái)、可視化的集成開發(fā)環(huán)境，它的源18程序按C++語(yǔ)言的要求編寫，并加入了微軟提供的功能強(qiáng)大的MFC(MicrosoftFoundation類庫(kù)。MFC中封裝了大部分WindowsAPI函數(shù)和Windows控件，它包含的功能涉及到整個(gè)Windows操作系統(tǒng)。MFC不僅給用戶提供了Windows圖形環(huán)境下應(yīng)用程序的框架，建和管理一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)Windows應(yīng)用程序所需的程序，而是從一個(gè)比較高的起點(diǎn)編程，故節(jié)省了大量的時(shí)間。另外，它提供了大量的代碼，指導(dǎo)用戶編程時(shí)實(shí)現(xiàn)某些技術(shù)和功能。因此，使用提供的高度可視化的應(yīng)用程序開發(fā)工具和MFC類庫(kù)，可使應(yīng)用程序開發(fā)變得簡(jiǎn)單。VC++由于本身計(jì)算能力和處理數(shù)據(jù)能力不強(qiáng)，而在這mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、FortranVC++和Matlab互聯(lián)可用Matcom軟件和Matlab自身的引擎函數(shù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。3.3.2關(guān)鍵代碼的實(shí)現(xiàn)1、串口通信：MSComm19的一些重要的方法：CommPort：設(shè)置串口號(hào)，類型short:1-comm12-comm2.Settings：設(shè)置串口通信參數(shù)，類型CString:BPN無(wú)校驗(yàn)，E偶校驗(yàn)，OD字節(jié)有效位數(shù)，S停止位。PortOpen：設(shè)置或返回串口狀態(tài)，類型TURE打開，F(xiàn)ALSE關(guān)閉。InputMode:設(shè)置從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的格式，類型long：0-Text1-Bin。Input:從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，類型。InBufferCount:接收緩沖區(qū)中的字節(jié)數(shù)，類型：short。InBufferSize:接收緩沖區(qū)的大小，類型：short。Output:向發(fā)送緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，類型：。OutBufferCount:發(fā)送緩沖區(qū)中的字節(jié)數(shù)，類型：short。OutBufferSize:發(fā)送緩沖區(qū)的大小，類型：short。InputLen:設(shè)