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1、基于51单片机的老人防摔GPS定位报警摘要本产品设计了一种基于51单片机，利用ADXL345加速度传感器的跌倒实时检测系统，来实现来人摔倒后的报警。用以完成老人跌倒后可以被及时发现并救助；它运用基于阈值法的三次判别算法；精准判断老人是否摔倒。设计还使用了卫星定位模块；对老人摔倒后进行准确定位。大量实践数据表明，设计产品对大多数情况都能正确判断，误报率较低，可有效的区分日常生活行为和跌倒行为，对老人摔倒检查正确率达到0，稳定性，识别率很高。 关键词：加速度传感器；阈值法；跌倒检测 AbstractThe design of this product is based on 51 single-c
2、hip computer, using ADXL345 accelerometer real-time fall detection system, to achieve the alarm after people fall. It can be found and rescued in time after the elderly fall. It uses the three-time discriminant algorithm based on SVM threshold method to accurately judge whether the elderly fall or n
3、ot. GPS satellite positioning module is also used in the design, which can accurately locate the elderly after falling down. A large number of practical data show that the design product can correctly judge most cases, and the rate of false alarm is low. It can effectively distinguish daily life beh
4、avior and fall behavior. The correct rate of fall detection for the elderly is 90%, stability and recognition rate is high.Key words: acceleration sensor; threshold method; fall detection摘要21 概述51.1研究背景及意义51.2研究现状51.3应用前景52 线路设计62.1设计思路62.2模块分析62.2.1 GSM模块：62.2.2 GPS模块：72.2.3 ADXL345 模块：72.2.4单片机STC
5、12C5A60S2的功能及最小系统的电路设计83硬件简述：113.1GPS模块VK2828U7G5LF部分113.2 ADXL345简要介绍183.3GSM模块简介204 软件设计224.1 keil应用224.2 Altium Designer应用224.3程序流程235.系统分析与调试256 设计心得体会27参考文献28附录30原理图30源程序301 概述1.1研究背景及意义随着社会人口比例的变化 老年人占比越来越高，大多数家庭都出现了老人多，年轻人少的情况，老人的照顾不到位，那么老人的安全问题往往成为了每个家庭的安全隐患。老年人摔倒现象时有发生，摔倒本身大多数情况下没多大问题，问题往往出
6、现在摔倒后的处理不当，造成严重的后果。因此，准确判断老年人单独上街的行为状态，设计老年人跌倒GPS定位报警器显得十分重要。根据上述现象，本文设计了一种基于51单片机的老年人跌倒GPS报警器，内置的跌倒检测传感器ADXL345可以进行跌倒识别，GPS模块VK2828U7G5LF部分可以实时检查老人的位置信息，GSM模块的SIM900能给监护人发去老人摔倒的位置信息，使摔倒老人及时得到救助，治疗。尽可能的降低摔倒后造成的不利后果1.2研究现状现有的老年人防跌倒报警装置大多是通过无线对讲系统或者基于android智能手机APP研发的。它们自动化程度高，有很强的专业性。但是 这也成为了它们的缺陷，因为
7、大多数老年人使用现代化产品不熟练，或许并不会用，使用起来有很大困难。况且老年人在跌倒以后，身体受到了冲击，更没有能力去操作APP了，本设计操作简单易懂，自动化程度高，设施简单，原件成本较低，所以一款基于51单片机的老人防摔设计的研究势如破竹。2 线路设计2.1设计思路本次设计的老人防摔设计主要是基于51单片机作为主控芯片、ADXL345电容式微机械三轴加速度计作为检测老人摔倒的检测传感器、还有GPS模块做为老人摔倒地址定位的传感器以及一块GSM模块进行通知亲友。考虑到扩展的可能性，额外增加了一个继电器控制，可以自己外接认为摔倒减少伤害的模块。详细的硬件框图如下：2.2模块分析2.2.1 GSM
8、模块：SIM900A是通过串口发送AT指令来完成控制的，所以我们需要一块多串口的51单片机STC12C5A，检查好电源和接地后，SIM900A的TXD和RXD分别连接到STC12C5A的P3.0和P3.1即可。当ADXL345检查到老人摔倒数据后，通过单片机指令实现老人摔倒后位置信息的发送。2.2.2 GPS模块：通过串口通信与单片机相连接，当它工作的时候，就开始定位了，它将定位数据传输给单片机，数据遵守NMEA0183协议，里面有地面速度、时间、位置信息等，24小时检查老人位置信息。我们可以直接对送过来的数据用C语言进行处理，让GSM模块把信息发送到指定手机号上。例如多个监护人电话号码、医院
9、急救车电话等。2.2.3 ADXL345 模块：ADXL345是一款三轴、数字化的加速度传感器，它能测X、Y、Z三个方向轴上的加速度，它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，还可以测量运动或冲击导致的动态加速度。ADXL345首先由前端感应器件感应测得加速度的大小，然后由感应电信号器件转为可识别的电信号，这个信号是模拟信号。ADXL345集成的AD装换器将此模拟信号转换为数字信号。当检查到老人摔倒时，通过单片机里的程序指令，让GSM模块发出求救信息，并使蜂鸣器报警。2.2.4单片机STC12C5A60S2的功能及最小系统的电路设计STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器
10、周期(1T)的单片机。它是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。 VCC：供电电压;GND：接地;P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高;P1口：P1口是一个内部提供上拉电
11、阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收;P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对
12、外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号;P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INT0(外部中断0)P3.3 INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器1外部输入)P3.6 W
13、R (外部数据存储器写选通)P3.7 RD (外部数据存储器读选通)同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号;RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高平时间;ALE / PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，M
14、OVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效;PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期PSEN两次有效。但在访问内部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现;EA/VPP：当EA保持低电平时，访问外部ROM;注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET;当EA端保持高电平时，访问内部ROM。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP);XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入;XTAL2：来自反向振荡器的输出;单片机的引脚图如图3.3所示。图3.3 STC12C5A
15、60S2单片机引脚图单片机最小系统，是指用最少的元件与单片机组成的可以工作的系统。对51单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。单片机接口电路主要用来连接计算机和其他外部设备，各功能模块及原理如下：复位电路：单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10-30F，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。单片机工作之后，只要在RST引线上加载10ms以上的高电平，单片机就能有效地复位。CS-51单片机通常采用自动复位和按键复位两种方式。这里采用按键复位和上电复位两种电路结合。晶振电路：典型的晶振取11.0592M，晶振越大，则单片机的处理速度越快。单片机的最小起振电容C2，C3一般采用15-33pF，并且电容离晶振越近越好。单片机最小系统的设计电路如图3.4所示。 图3.4 单片机最小系统的设计电路 3硬件简述：3.1GPS模块VK2828U7G5LF部分 GPS模块就是集成了RF射频芯片、基带芯片和核心CPU，并加上相关外围电路而组成的一个集成电路。在本次设计采用了设计要求的VK2828U7G5LF模块，这个模块主芯片是UBX-G7020-KT，通过串口通信与单片机相连接，当使他工作的时候，
