基于51單片機的老年人拐杖摔倒報警系統(tǒng)的設(shè)計

趙志航 黃東 王詩琦 周勤 高凌峰

摘要：對于老年人摔倒這一日漸嚴重的問題現(xiàn)象，通過調(diào)研了解現(xiàn)有智能防摔設(shè)備，以及分析實際應(yīng)用場景需要針對的問題后，提出了基于51單片機作為控制系統(tǒng)，并集合摔倒位姿判定、定位、報警、發(fā)聲等多功能的一種老年人拐杖摔倒報警裝置系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：防摔拐杖 51單片機 多功能 摔倒報警系統(tǒng)

1 前言

如何對老年人的摔倒進行及時報警，這個問題亟需解決，本文根據(jù)老年人摔倒的實際情況，設(shè)計了一種基于51單片機的老年人拐杖摔倒報警系統(tǒng)，實現(xiàn)了位姿判定、GPS定位、聲光報警功能，能有效提高老年人摔倒后的救助效率。

2 現(xiàn)有研究

在對于相關(guān)智能防摔設(shè)備的研究后，以下兩類系統(tǒng)最具代表性。

2.1 基于FPGA的視頻監(jiān)控摔倒檢測報警系統(tǒng)

近幾年，圖像處理技術(shù)和大規(guī)模集成電路發(fā)展迅速，F(xiàn)PGA（field programmable gate array）的可編程性和強大的處理能力使其可以靈活、高效地應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

該系統(tǒng)由CMOS數(shù)字圖像傳感器，F(xiàn)PGA跌倒檢測平臺，通信系統(tǒng)和聲光報警系統(tǒng)組成，如圖1所示。CMOS數(shù)字圖像傳感器負責對老人生活的視頻數(shù)據(jù)進行采集，然后當采集到的數(shù)據(jù)傳送到FPGA摔倒檢測平臺后，通過摔倒檢測算法判斷老人是否摔倒，當檢測到老人摔倒后，GPRS通信模塊將會向外界發(fā)送信息，保證了老人摔倒的情況能及時被知曉，同時聲光報警模塊控制蜂鳴器與LED照明燈，實現(xiàn)了救護人員對老人的快速定位，避免出現(xiàn)救援不及時的情況。

2.2 老年人意外摔倒智能報警腰帶系統(tǒng)的研究

老人戴上硬件，并從父母的手機上安裝了軟件。硬件系統(tǒng)包括主控模塊、人體生理狀態(tài)檢測模塊、遠程通信模塊、摔倒檢測模塊、GPS定位模塊、語音報警模塊，如圖2。在硬件系統(tǒng)中，跌倒檢測模塊首先確定老人的狀況，如果跌倒，GPS定位模塊將識別老人的位置，并且聲音警告系統(tǒng)也將工作。此信息將發(fā)送到移動PPA，以通知年長的父母。此外，由于發(fā)現(xiàn)了針對人的生理狀態(tài)的建模模塊，父母可以隨時通過移動APP檢查其身體狀況。此系統(tǒng)的優(yōu)點在于腰帶設(shè)計提高了系統(tǒng)的準確性，軟硬件結(jié)合的設(shè)計也實現(xiàn)了監(jiān)護人對于老人生活狀態(tài)的實時掌握。

3 摔倒報警系統(tǒng)的功能組成

通過對于生活中的實際情況以及現(xiàn)有設(shè)備的研究，明確了摔倒報警系統(tǒng)需要有位姿判定、定位、聲光報警功能。單片機的各個引腳與外界模塊的電路連接，載入相關(guān)程序后便能實現(xiàn)這些功能。

單個的帶有芯片和各種模塊的微型計算機可以完成信息傳輸，無線傳輸模塊電路的集成的PT2272解碼與集成的PT2262編碼配對以執(zhí)行傳輸功能和信號接收。

為此，社會各界提出了“扶老被訛”和“防訛不扶”現(xiàn)象的對策，以維護當事人合法利益。針對老年人獨自在外行走，突然發(fā)生跌倒時，旁邊沒有人可以提供救援及旁邊有人缺害怕因此負擔不必要的責任，我們系統(tǒng)首先采用位姿判斷確定老人是否摔倒，在確定老人摔倒之后，其他系統(tǒng)開始工作：定位系統(tǒng)發(fā)送位置到家人手機，聲光報警系統(tǒng)開始工作，吸引路人前來救援。

3.1 老人摔倒位姿判定

硬件上可以外加震蕩傳感器，檢測模塊將數(shù)據(jù)通過發(fā)射與接收信息模塊反饋給單片機，單片機根據(jù)此信息控制報警通道的打開。其他的位姿判定的硬件還包括紅外傳感器、觸碰傳感器、按鍵等，這些傳感器還可以采用串聯(lián)方式，進一步提高判定準確度。

3.2 老人摔倒定位

第二個是跌倒后老人的定位功能，此功能的硬件模塊是GPS定位模塊，它可以收集有關(guān)老人位置的信息，并通過信息模塊將其通過單芯片發(fā)送回微型計算機。具有芯片的微型計算機通過遠程通信模塊實現(xiàn)程序和硬件信息的傳輸。

3.3 聲光控制

最后是系統(tǒng)的聲光報警功能，當單片機檢測到摔倒的信號后，通過改變蜂鳴器以及LED燈的電位信號，實現(xiàn)了蜂鳴器報警以及燈光閃爍，在室外可以告知周圍人老人的緊急情況，以此尋求救護，在室內(nèi)也可告知趕到的救護人員老人所在房間，提高救援效率。

4 結(jié)語

隨著我國老年人口的增加，老年人摔倒救護問題亟需解決，摔倒對于老年人的傷害是巨大的，除了引發(fā)其他疾病外，如果救助不及時還有可能存在生命危險，治療會消耗很多的醫(yī)療物質(zhì)，還需要支付巨額的醫(yī)療費用，這對于一個家庭的打擊是沉重的。

本系統(tǒng)的位姿判定、定位、聲光報警能保證老人在跌倒后外界能及時知曉，前往救護，顯著提高救護效率，避免因救護不及時對老人造成更大的傷害，具有很大的社會價值。

參考文獻

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基金項目

國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃--關(guān)懷式老年人摔倒保護及報警裝置（201910616016）。