《基于STM32單片機(jī)的老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》10000字【論文】

基于STM32單片機(jī)的老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要基于老人意外事故頻發(fā)，老人生命安全受到嚴(yán)重威脅的事實(shí)，設(shè)計(jì)了一款老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32F103CBT6單片機(jī)為核心，主要由電源電路模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、溫度測(cè)量模塊、心率測(cè)量模塊、GPS模塊、GSM無(wú)線通信模塊、傾角傳感器模塊、0.96OLED顯示模塊等組成。系統(tǒng)可以測(cè)量老人的溫度、心率、身體姿態(tài)、地理位置等信息，并且可以在檢測(cè)到老人傾倒時(shí)發(fā)出警報(bào)，給指定手機(jī)號(hào)發(fā)送短信提醒，使對(duì)方可以實(shí)時(shí)監(jiān)控老人的身體狀況，在老人身處危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)及時(shí)進(jìn)行救助，若發(fā)生誤報(bào)警或者老人摔倒后又站起，也可以通過(guò)按鍵取消報(bào)警。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，證實(shí)該系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，功能完好，可以很好的測(cè)量老人的生理指標(biāo)和區(qū)分傾倒與站立，具有非常高的實(shí)用性和穩(wěn)定性，可以進(jìn)行使用。關(guān)鍵詞:傾角傳感器，心率傳感器，溫度傳感器，GPS模塊目錄1緒論 軟件設(shè)計(jì)在完成老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)之后開(kāi)始軟件的設(shè)計(jì)工作。軟件是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，硬件電路必須輔以相應(yīng)的軟件才可以正常運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)性能的好壞和軟件設(shè)計(jì)息息相關(guān)。4.1程序設(shè)計(jì)4.1.1主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖4-1所示。主程序是所有程序的核心，所有模塊功能的正常運(yùn)行都受控于主程序。首先，主程序先對(duì)OLED顯示器、各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化；然后讀取溫度、心率、位置等信息并顯示在OLED顯示屏上；最后獲取加速度信息，一旦檢測(cè)到異常，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出“嘀嘀”的報(bào)警聲，并且系統(tǒng)自動(dòng)給指定手機(jī)號(hào)發(fā)送短信，提醒對(duì)方老人摔倒，并標(biāo)明老人此時(shí)的位置。圖4-1主程序流程圖4.1.2跌倒報(bào)警程序設(shè)計(jì)跌倒報(bào)警程序流程圖如圖4-2所示。當(dāng)程序進(jìn)入主程序之后，加速度傳感器一直循環(huán)檢測(cè)用戶的加速度，并且把檢測(cè)到的加速度信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。得到加速度大小之后，先進(jìn)行第一次判斷，判斷閾值是否大于3.5，若不大于3.5，則返回繼續(xù)測(cè)量加速度，若大于3.5，則延遲2秒之后繼續(xù)進(jìn)行第二次判斷，判斷人體與重心之間的夾角是否大于60度，若不大于60度，則返回繼續(xù)測(cè)量加速度，若大于60度，則進(jìn)行跌倒計(jì)時(shí)，若跌倒時(shí)間小于15秒，證明老人跌倒之后自己站了起來(lái)，若跌倒時(shí)間大于15秒，證明老人跌倒之后沒(méi)有辦法自行站起，此時(shí)蜂鳴器發(fā)出“嘀嘀”的報(bào)警聲，并且給指定手機(jī)號(hào)發(fā)送短信，告知手機(jī)號(hào)主人老人摔倒。圖4-2跌倒報(bào)警程序流程圖4.2Keil介紹在老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中用Keil軟件進(jìn)行編程。Keil因?yàn)楣δ芊浅?qiáng)大并且易于操作，所以廣受歡迎。Keil的編程語(yǔ)言為C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，然而C語(yǔ)言易于學(xué)習(xí)且易于使用，適用范圍較廣，而匯編語(yǔ)言適用范圍較小，且不易學(xué)習(xí)，所以C語(yǔ)言更適合本系統(tǒng)進(jìn)行編程。C語(yǔ)言功能強(qiáng)大，用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，效率會(huì)非常高，并且C語(yǔ)言是各類(lèi)編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)，學(xué)好C語(yǔ)言有助于更好的學(xué)習(xí)其他編程語(yǔ)言，并且對(duì)于找工作也大有幫助。在Keil下建立新項(xiàng)目需要遵循以下步驟：第一步：新建一個(gè)項(xiàng)目。在新建一個(gè)項(xiàng)目之前，我們最好為新項(xiàng)目新建一個(gè)文件夾，對(duì)代碼進(jìn)行有序管理，以便于后續(xù)使用。第二步：選取單片機(jī)類(lèi)型。Keil支持多種單片機(jī)類(lèi)型，對(duì)于不同的單片機(jī)類(lèi)型，所包含的函數(shù)是不一樣的，要針對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)選取相對(duì)應(yīng)的單片機(jī)型號(hào)。第三步：新建程序文件。新建一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，里面是空白的，因此需要新建程序文件并將其添加到新建項(xiàng)目里面。第四步：編寫(xiě)程序。在新建程序文件內(nèi)按照所選單片機(jī)的格式以及所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行代碼的編寫(xiě)。第五步：程序調(diào)試。程序編寫(xiě)完成后，將程序下載到單片機(jī)里面，驗(yàn)證編寫(xiě)的程序是否可以實(shí)現(xiàn)所要求的功能。4.3AltiumDesigner介紹老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)PCB圖如4-3圖所示。PCB圖是由AltiumDesigner軟件繪制的，AltiumDesigner還可以繪制原理圖。該軟件具有非常豐富的元件庫(kù)，不僅有英文操作環(huán)境，還有中文操作環(huán)境，可以根據(jù)需要進(jìn)行切換。用AltiumDesigner繪制PCB的步驟如下：第一步：建立一個(gè)新的工程。在建立新的工程之前先新建一個(gè)AD文件夾，將新項(xiàng)目?jī)?nèi)容都放入其中，便于后續(xù)查找，提高工作效率。第二步：新建原理圖文件。在該文件里面繪制老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖。第三步：新建原理圖庫(kù)文件。在原理圖庫(kù)里面繪制器件庫(kù)里面沒(méi)有的器件。第四步：新建PCB庫(kù)文件。把自己畫(huà)的器件進(jìn)行封裝。第五步：新建PCB文件。把原理圖進(jìn)行封裝生成PCB圖。圖4-3老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)PCB圖5系統(tǒng)調(diào)試在完成老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，為了保證系統(tǒng)的可靠性，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試的過(guò)程為：在單片機(jī)的焊接工作完成之后，首先用相關(guān)儀器對(duì)單片機(jī)進(jìn)行檢查，判斷單片機(jī)是否焊接正常；若單片機(jī)的電路焊接沒(méi)有問(wèn)題，則通過(guò)相關(guān)軟件把用Keil編寫(xiě)的程序下載到單片機(jī)上面；程序下載完成之后，給單片機(jī)通電，開(kāi)始檢測(cè)單片機(jī)各個(gè)模塊的功能，分別進(jìn)行溫度、心率、位置、加速度等信息的測(cè)量，查看單片機(jī)是否可以測(cè)量到這些數(shù)據(jù)并且把數(shù)據(jù)顯示在OLED顯示屏上，然后把單片機(jī)水平放在桌子上，模仿老人摔倒的姿態(tài)，檢測(cè)15秒之后蜂鳴器是否會(huì)報(bào)警并且給指定手機(jī)號(hào)發(fā)送短信。在調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決方法：(1)使用相關(guān)器件對(duì)實(shí)物電路進(jìn)行電壓測(cè)量時(shí)，出現(xiàn)短路現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)是比較器沒(méi)有焊接好，重新焊接后電路可以正常工作。(2)燒錄程序的時(shí)候一直燒錄失敗，檢查過(guò)后發(fā)現(xiàn)是參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤的原因，修改參數(shù)設(shè)置之后，程序燒錄成功。(3)測(cè)試單片機(jī)功能時(shí),OLED顯示屏上面一直不顯示經(jīng)緯度，并且當(dāng)系統(tǒng)顯示老人傾倒時(shí)，指定手機(jī)號(hào)也沒(méi)有收到老人摔倒提醒，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)在空曠的戶外才可以顯示經(jīng)緯度和實(shí)現(xiàn)摔倒時(shí)給指定手機(jī)號(hào)碼發(fā)信息的功能，原因是戶外信號(hào)比較好，更容易進(jìn)行定位和發(fā)短信的功能，所以在系統(tǒng)測(cè)試時(shí)最好選擇空曠的戶外。老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖5-1所示。OLED顯示屏上顯示著溫度、心率、經(jīng)緯度、老人身體姿態(tài)等信息，證明此系統(tǒng)溫度模塊、心率模塊、GPS模塊、加速度模塊可以正常工作。老人的身體姿態(tài)顯示屏上顯示的是傾倒，是因?yàn)閱纹瑱C(jī)此時(shí)是水平放在桌子上的，正常情況下用戶攜帶板子時(shí)是豎直放在口袋里面的，所以豎直狀態(tài)是正常狀態(tài)，老人此時(shí)沒(méi)有摔倒，水平狀態(tài)時(shí)代表老人傾倒。圖5-1老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)物圖報(bào)警短信圖如下圖5-2所示。綁定手機(jī)號(hào)的流程是：需要綁定的手機(jī)號(hào)向單片機(jī)內(nèi)插入的手機(jī)號(hào)發(fā)送“PHONESMS+需要綁定的手機(jī)號(hào)碼”，單片機(jī)內(nèi)的手機(jī)號(hào)回復(fù)SetEnd則表示綁定成功。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到老人摔倒之后，GAM模塊發(fā)揮作用，把老人摔倒的信息發(fā)送給指定手機(jī)號(hào)，并且注明老人此時(shí)的位置，若老人摔倒之后可以重新站起，系統(tǒng)會(huì)給指定手機(jī)號(hào)再發(fā)送一條短信，告知對(duì)方老人已站起。圖5-2報(bào)警短信圖結(jié)論本系統(tǒng)介紹了一款基于STM32單片機(jī)的老人防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、溫度測(cè)量模塊、心率測(cè)量模塊、GPS模塊、加速度測(cè)量模塊、OLED顯示模塊、GSM無(wú)線通信模塊、報(bào)警電路的合理設(shè)計(jì)，將收集到的用戶信息轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信息，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)老人體溫、心率、身體姿態(tài)等信息的功能，使老人傾倒時(shí)可以及時(shí)獲得救助，解決了老人摔倒無(wú)人救助的問(wèn)題，降低了老人發(fā)生意外的概率。由于自身對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握不夠熟練，研究時(shí)間也不夠充足，因此感覺(jué)本次設(shè)計(jì)還有很多不足之處。首先是該系統(tǒng)實(shí)物較大，不利于在現(xiàn)實(shí)生活中攜帶，如果可以設(shè)計(jì)成便于攜帶的手環(huán)或者手表會(huì)更加方便用戶的使用；其次是本設(shè)計(jì)沒(méi)有加入語(yǔ)音模塊，只可以通過(guò)OLED顯示屏看到老人的身體數(shù)據(jù)，加入語(yǔ)音模塊，采用語(yǔ)音播報(bào)的方式獲取老人的身體數(shù)據(jù)，使用起來(lái)會(huì)更加方便。最后是該系統(tǒng)只可以簡(jiǎn)單測(cè)量老人的心率、溫度等生理指標(biāo)，不可以在這些數(shù)據(jù)異常時(shí)給指定手機(jī)號(hào)發(fā)送短信求助?？梢栽谶@些方面進(jìn)一步進(jìn)行研究。參考文獻(xiàn)陳曉娥,李宗瑛,羅康.單片機(jī)控制的老人防跌倒系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)探討[J].信息與電腦(理論版),2019(02):76-77.陳旭,向琦,陳芳.基于加速度傳感器的摔倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新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