基于单片机的跌倒检测报警系统设计

李欣欣 徐 静 文欢

摘   要：当代社会，老年人群健康安全监护的需求日益增加，老年人跌倒检测的研究成为社会关注热点。故文章设计了一种基于单片机的跌倒检测报警系统，选用STC89C52单片机作为控制芯片、ADXL345传感器作为检测模块以及GSM发送装置作为通信模块。首先，利用检测模块采集老人日常活动中的运动数据，经模数转换后将其发送给单片机，以判断老年人当前状态。当满足触发条件时，报警模块发出声音提醒老人和周围的人，并将求救短信发送到相关人员手机上。本设计有耗能低、易携带、传输距离远等特点，为老年人的安全防护提供一种智能手段。

关键词：老人防跌倒;全球移动通信系统;加速度传感器

随着医疗条件的改善和生活水平的提高，人口平均寿命显著增长，加速了人口老龄化的进程。人口老龄化带来诸多社会问题，在保障老年人的基本生活之外，减少老年人因意外造成的损失是目前亟待解决的问题。据统计，中国每年都有2 000万以上的老年人发生2 500万次左右的跌倒事件，其中，40%～70%的跌倒会造成伤害，70%的死亡与老年人的跌倒相关[1]。因此，为有效解决老年人跌倒后救助不及时问题，本文设计了一种基于单片机的跌倒检测报警系统，实时监测无监护时老年人的身体状况，快速检测、判断是否发生跌倒并向监护人发出警报。本设计旨在减少家属不在身边时跌倒对于老年人造成的二次危害，减少经济损失，提高老年人的生活质量。

1    跌倒检测报警系统的设计

1.1  系統的总体设计

本设计的内容主要涉及单片机控制、跌倒检测与报警通信3个主要模块，以实现对于日常生活中老年人跌倒事件的监测以及报警的功能。先由检测模块检测到装置发生变化，经过模数转换发送给单片机模块进行分析，单片机模块经过判断若发生跌倒状况则报警并发送短信至监护人。总体框架如图1所示。

1.2  传感器的选型

本设计需要能够区分正常运动与跌倒两种状态，一旦跌倒，能够快速、准确地判定并发出信号，因此，本设计选择ADXL加速度传感器作为检测模块[2-3]。该传感器可以通过任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测用户有无运动发生，具有灵敏度高、低功耗、体积小等特点，且成本较低符合老年人的购买能力。

1.3  通信模块的选择

通信模块负责将单片机处理的报警信息发送给患者的家人以及医护人员。根据实际情况，考虑到老人在室外活动的可能性，通信模块必须支持远距离通信。全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications，GSM）属于第二代移动通信技术，在远距离通信上有明显优势[4]，并且在数据传输方面更加有效、快捷，因此，选择GSM模块作为本次设计的通信模块。

2    硬件设计与制作

2.1  跌倒检测电路设计

本设计的检测模块采用ADXL345模块，该模块会实时采集用户的运动状态信息。若感应到倾斜角度以及动力加速度，将检测到的运动变化数据在模块内进行模数转换，通过其串行时钟线（Serial ClockLine，SCL）与串行数据采集（Serial Data Acquisition，SDA）引脚将信号发送给单片机，进而判断用户是否为跌倒状态。

2.2  报警通信模块电路设计

2.2.1  报警电路设计

本设计的报警模块选用5 V有源蜂鸣器，电路中采用三极管9012来驱动。当单片机判断用户为跌倒状态时，通过单片机P14引脚发送一个高电平，使蜂鸣器进行报警，并且可以通过控制单片机引脚方波输出形式控制蜂鸣器的鸣叫方式。

2.2.2  GSM模块电路设计

GSM模块的接收数据（Receive Data，RXD）与发送数据（Transmit Data，TXD）引脚与单片机的P3.0与P3.1引脚相连，若单片机判断用户为跌倒状态，则GSM模块发送短信至监护人。当短信发送成功时，LED指示电路接收到单片机P11端口的一个低电平，使二极管导通，LED发光表示用户短信发送成功。

2.2.3  误报解除按键电路设计

按键的单片机控制引脚默认为高电平，当用户按下按钮时，向单片机的P22引脚发送一个低电平信号，单片机接收信号后判断为误报状态，阻止定时器倒计时并中断短信发送。

3    软件设计

初始化定时器，检测倾斜角度与动力加速度是否超过设定的阈值，若没有超过，判定为正常运动不做任何处理;若超过阈值，蜂鸣器报警。再检测误报解除按钮是否按下，若为按下状态则认为是误报，解除报警，反之触发通信模块。程序流程如图2所示。

4    结语

本文通过分析针对老年人跌倒检测的需求，设计出了一个智能化的报警方案。选用灵敏度较高的倾角传感器检测人体运动数据，在其内部进行模数转换后，将信号传送到单片机，以判断是否处于跌倒状态。当单片机判定为跌倒状态时，报警模块与通信模块能够快速做出响应，使跌倒老人能够得到及时的救助。本设计有耗能低、易携带、传输距离远等特点，为老年人的安全防护提供一种智能手段。

[参考文献]

[1]俞浩，罗鹏飞，韩仁强，等.2010—2016年江苏省老年人群意外跌倒死亡流行特征[J].现代预防医学，2018（22）：4046-4049.

[2]秦昉，孙子文，白勇.基于加速度传感器的无线跌倒检测系统[J].控制工程，2016（1）：124-128.

[3]卓从彬，杨龙频，周林.基于MPU6050加速度传感器的跌倒检测与报警系统设计[J].电子器件，2015（4）：821-825.

[4]张义伟，李孟娇，刘宝元.基于STM32和GSM的煤矿瓦斯报警系统的设计[J].煤炭技术，2019（6）：130-132.