基于STC89C52單片機(jī)的老人智能防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王寶 佘遠(yuǎn)俊 王雙 鮑承志 喻克松 王焰

本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為控制核心，主要由ADXL345加速度傳感器電路、蜂鳴器報(bào)警電路、GSM模塊電路、GPS模塊電路、助聽模塊電路等組成。比較詳細(xì)地給出了系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，并且給出了控制系統(tǒng)軟件流程，制作出了老人智能報(bào)警系統(tǒng)實(shí)物，實(shí)現(xiàn)了本文所設(shè)計(jì)的功能。

0 引言

目前市場(chǎng)上關(guān)于老人安全出行的產(chǎn)品很少，比較常見的產(chǎn)品如“防老人走失的GPS追蹤器”，這類產(chǎn)品僅僅具有追蹤的功能，它們功能單一實(shí)用性不夠強(qiáng)，導(dǎo)致使用者不多，本產(chǎn)品老人智能防護(hù)報(bào)警裝置針對(duì)目前市場(chǎng)上此類產(chǎn)品的缺點(diǎn)，綜合老人出行可能遇到的主要風(fēng)險(xiǎn)，增加了諸多必要的安全防護(hù)功能，側(cè)重于預(yù)防老人行進(jìn)中的安全問題，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品有以下幾大創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）當(dāng)老人跌倒時(shí)，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警裝置，首先蜂鳴器鳴叫報(bào)警提醒路人給予幫助，延時(shí)一段時(shí)間，老人仍未站起，系統(tǒng)自動(dòng)輪訓(xùn)向最親近的四個(gè)家人撥打緊急求救電話，直到接通為止，大大提高報(bào)警成功率；

（2）當(dāng)老人突發(fā)疾病身體不適時(shí)，手動(dòng)使用按鍵一鍵報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)輪訓(xùn)向最親近的四個(gè)家人撥打緊急求救電話；

（3）當(dāng)老人遇險(xiǎn)時(shí)監(jiān)護(hù)人利用GPS定位功能隨時(shí)確定老人位置，同時(shí)也可防老人走丟；

（4）助聽功能，幫助聽力有障礙的老人聽見周圍的危險(xiǎn)信號(hào)，減少出行的安全隱患。

1智能防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能報(bào)警系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示，STC89C52為核心控制系統(tǒng)，ADXL345傾角傳感器實(shí)時(shí)采集老人在日?；顒?dòng)中產(chǎn)生的傾角數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)送到單片機(jī)STC89C52進(jìn)行處理，并判斷老年人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到跌倒發(fā)生時(shí)，發(fā)出報(bào)警聲音提醒老人和周圍的人，并且能夠?qū)?bào)警短信發(fā)送到相關(guān)人員手機(jī)上。

2控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)說明：

STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)由電源、晶振、復(fù)位電路三部分組成。擁有這三部分電路后，單片機(jī)即可正常工作。STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

（1）VCC和GND為單片機(jī)的電源引腳，為單片機(jī)提供電源：

（2）STC9C52單片機(jī)復(fù)位電路由三部分組成，如圖2所示分別為按鍵S1、電容EC1和電阻R1。具有程序自動(dòng)復(fù)位手動(dòng)按鍵復(fù)位和上電復(fù)位三種復(fù)位方式。在程序運(yùn)行過程中如果程序長時(shí)間失去響應(yīng)，單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位機(jī)制如看門狗就會(huì)自動(dòng)復(fù)位重啟，這就是程序自動(dòng)復(fù)位；當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)，如果出現(xiàn)意外狀況導(dǎo)致程序死機(jī)，這時(shí)候就手動(dòng)按下復(fù)位鍵，程序就會(huì)重新運(yùn)行，這就叫做手動(dòng)復(fù)位；單片機(jī)在意外斷電情況下可能會(huì)丟失部分?jǐn)?shù)據(jù)，為了保證單片機(jī)正常運(yùn)行，上電后單片機(jī)會(huì)進(jìn)行一個(gè)內(nèi)部初始化的過程，這個(gè)過程就是上電復(fù)位。

2.2 5V電源電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選擇5V直流電源作為總電源，為整個(gè)系統(tǒng)供電，電路簡單、穩(wěn)定。DC為電源的DC插座，LED為紅色LED燈，作為系統(tǒng)是否有點(diǎn)的指示燈，電阻為1K電阻，起到限流作用，保護(hù)LED燈，以防電流過大，燒壞LED燈。SW為自鎖開關(guān)，開關(guān)按下后，紅燈亮，此時(shí)系統(tǒng)電源5V直流輸出。開關(guān)再次按下后，紅燈滅，此時(shí)系統(tǒng)電源無5V電源輸出。

2.3 LED信號(hào)指示燈電路設(shè)計(jì)

LED發(fā)光二極管，它一般作為指示燈和顯示板，它是二極管的一種，因此也有陰極和陽極，LED方向必須接對(duì)了才有電流通過，小燈才會(huì)發(fā)光。VCC接5V電壓，LED自身壓降大約為2V。在電路中，電阻通常稱之為“限流電阻”，它的作用是保護(hù)LED燈。只要單片機(jī)的控制引腳拉低，則LED燈亮，否則，LED燈不亮。其具體電路原理圖如圖4所示。

2.4 SIM800AGSM模塊電路設(shè)計(jì)

GSM模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息交互，本系統(tǒng)采用SIM800A。SIM800A是一款兩頻GSM/GPRS模塊，為SMT封裝。它具有性能穩(wěn)定，價(jià)格適中，操作溫度范圍跨度大，質(zhì)量輕等一系列特點(diǎn)。SIM800A供應(yīng)電壓范圍為3.4V—4.4V，工作頻率為GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗實(shí)現(xiàn)SMS和數(shù)據(jù)信息、語音的傳輸。SIM800A尺寸為24*24*3mm，適用于本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求。且在短信方面有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、短信廣播、文本和PDU模式三大特點(diǎn)。

2.5按鍵電路設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，采用的是獨(dú)立按鍵，它們各自與獨(dú)立的輸入線連接，按鍵作為系統(tǒng)的輸入，起到了人機(jī)交互的樞紐作用。當(dāng)S2按下后，形成一條通路，單片機(jī)的相關(guān)引腳則變成低電平。當(dāng)按鍵松開后，線路斷開，電流不能通過，相關(guān)引腳變?yōu)楦唠娖?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的手動(dòng)輸入。其電路原理圖如圖5所示。

2.6 蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì)

如圖6所示蜂鳴器電路，因?yàn)榉澍Q器電流相對(duì)較大，因此采用三極管驅(qū)動(dòng)，外加100歐限流電阻，D4為續(xù)流二極管，它避免了斷電時(shí)由于電感電流造成的反向沖擊。電路中采用三極管9012來驅(qū)動(dòng)，當(dāng)單片機(jī)控制引腳為低電平時(shí)，蜂鳴器就會(huì)鳴叫報(bào)警，當(dāng)單片機(jī)引腳為高電平時(shí)不鳴叫，因此可以通過控制單片機(jī)引腳方波輸出形式控制蜂鳴器的鳴叫方式。

2.7 ADXL345傾角傳感器模塊電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選擇傾角傳感器ADXL345模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)相關(guān)的狀態(tài)信息。ADXL345提供特殊的運(yùn)動(dòng)偵測(cè)功能，可以靈敏感應(yīng)出某一軸向加速度是否超過用戶設(shè)定值，判斷出物體是否跌落，非常適合移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用。ADXL345是一款小而薄的超低功耗3軸加速度計(jì)，測(cè)量范圍達(dá)± 16g，分辨率高（13位）。ADXL345模塊內(nèi)部電路圖如圖7所示。C1-C4為濾波電容。R2、R3為上拉電阻，讓信號(hào)輸入更加穩(wěn)定，U2即為穩(wěn)壓芯片，它的功能是實(shí)現(xiàn)5V直流電轉(zhuǎn)化為3.3V直流電。D1為電源指示燈，R1為限流電阻，來保護(hù)LED燈D1。

2.8 助聽部分電路設(shè)計(jì)

助聽器主要由麥克風(fēng)、放大器、受話器、電池、各種音量音調(diào)旋鈕等元件組成。聲信號(hào)經(jīng)麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過放大器放大后，由受話器將電信號(hào)還原為聲信號(hào)傳至人耳。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 keil軟件設(shè)計(jì)思想

KEIL軟件是美國Keil Software公司出品的單片機(jī)C語言開發(fā)系統(tǒng)，它擁有方便的集成環(huán)境、強(qiáng)大的仿真軟件。而且簡單的單片內(nèi)形都是使用這種開發(fā)軟件的，它可以降低開發(fā)周期，從而減少很多成本，因此選擇keil軟件。

3.2 程序流程圖

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用keil軟件編寫與調(diào)試程序，采用C語言編寫代碼。系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如下圖所示。

4系統(tǒng)調(diào)試與焊接

4.1電路的焊接

本次采用手工焊接的方式，進(jìn)入無塵實(shí)驗(yàn)室，準(zhǔn)備好需要的材料，接下來就是加熱焊絲，將燒熱的電絡(luò)鐵放在器件管旁邊，將電烙鐵溫度調(diào)整在400攝氏度左右，加熱2秒鐘，在焊接過程中，當(dāng)需要把焊接好的元器件卸下來，則也需要給焊接處進(jìn)行加熱的，首先在焊接處補(bǔ)好焊錫絲，使焊點(diǎn)是圓潤的，然后用電洛鐵在焊接處進(jìn)行加熱，在加熱的過程中就可以直接把元器件卸下來了。有時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)焊接不夠完美的，這時(shí)候需要進(jìn)行補(bǔ)焊的。主要是兩種情況的，第一種是焊錫不夠，焊接點(diǎn)不圓潤，這時(shí)需要給焊接處補(bǔ)焊錫，第二種是焊錫過多，這時(shí)候可以用電洛鐵放在焊接處來回的滑動(dòng)，會(huì)把多余的焊錫帶走，這樣就解決了這些問題。

4.2 系統(tǒng)程序調(diào)試

在Keil4軟件中先創(chuàng)建一個(gè)工程：在菜單欄中選擇工程創(chuàng)建，輸入工程名稱，然后在新建的空白文本中編寫程序源代碼，編寫完成后存為.c文件。最后就是編譯程序了，系統(tǒng)會(huì)對(duì)文件進(jìn)行運(yùn)行，如果提示有錯(cuò)就對(duì)應(yīng)去修改，最后在輸出窗口中可看到提示信息，如圖10所示。

5硬件電路的測(cè)試

最后一步就是檢查每一個(gè)器件是否正常工作，整體功能是否可以實(shí)現(xiàn)了。主要運(yùn)用萬用表、直流電源和示波器，第一使用萬用表調(diào)試，檢查電源是否短路，然后測(cè)量管腳是否正確連接，接線是否正確第二步就是上電檢查，上電后觀察器件工作狀態(tài)，并逐一測(cè)試其功能。經(jīng)過測(cè)試系統(tǒng)正常工作，實(shí)現(xiàn)了老人跌倒自動(dòng)報(bào)警，輪詢撥打電話，定位防走丟等功能。

6 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)以STC89C52為核心控制系統(tǒng)，通過ADXL345傾角傳感器采集老人身體傾角狀態(tài)，判斷出老人是否發(fā)生危險(xiǎn)，從而智能化的給出警報(bào)信息，而且GPS定位和助聽功能能有效防止意外的發(fā)生。解決了市場(chǎng)同類產(chǎn)品功能單一，不能智能化報(bào)警等問題。

作者簡介：

王寶（1996—），男，大學(xué)本科，研究方向：無線傳感網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)工程，就讀于重慶第二師范學(xué)院。

佘遠(yuǎn)?。?976—），男，碩士學(xué)位，高級(jí)工程師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，就職于重慶第二師范學(xué)院。

王雙（1996—），男，大學(xué)本科，研究方向：Web前端，軟件工程，就讀于重慶郵電大學(xué)。

鮑承志（1998—），男，大學(xué)本科，研究方向：無線傳感網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)工程，就讀于重慶第二師范學(xué)院。

喻克松（1994—），男，大學(xué)本科，研究方向：無線傳感網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)工程，就讀于重慶第二師范學(xué)院。

王焰（1996—），男，大學(xué)本科，研究方向：無線傳感網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)工程，就讀于重慶第二師范學(xué)院。

基金項(xiàng)目：重慶第二師范學(xué)院大學(xué)生科研立項(xiàng)基金（KY20180101）