摔倒、脈搏監(jiān)測、PM2.5監(jiān)測、短信通知等多功能監(jiān)護設(shè)備

項目介紹

該系統(tǒng)是一款專門為老年人設(shè)計的多功能監(jiān)護設(shè)備，主要由屏幕顯示、CPU主控器、GSM、PM2.5傳感器、ADXL345加速度模塊、MP3、脈搏檢測電路和時鐘芯片部分組成。加速度模塊測得老人加速度的變化，通過算法判斷老人是否摔倒并通過GSM模塊發(fā)短信通知監(jiān)護人。MP3模塊可以進行音樂的切換和音量的調(diào)整，為老人提供娛樂。通過PM2.5模塊檢測出空氣中PM2.5濃度，脈搏檢測電路檢測出老年人的脈搏，時鐘芯片電路計算出時間和日期，然后統(tǒng)一在2.2寸的TFT液晶彩屏上顯示出來。以上所有電路和模塊都是通過STC12C5A60S2單片機組成的CPU模塊的控制和計算，具有很大的實用性。

主要功能

1）摔倒檢測功能，能夠檢測到老人意外摔倒，并通過發(fā)信息告知監(jiān)護人；

2）脈搏檢測功能，可以檢測老人的脈搏，并通過屏幕顯示出來；

3）GSM發(fā)短信功能，老人跌倒時，通過此裝置發(fā)短信給監(jiān)護人；

4）PM2.5檢測功能，檢測老人周圍環(huán)境的空氣質(zhì)量，空氣差時提醒老人；

5）MP3音樂功能，老人感到無聊的時候可以用來聽樂曲；

6）液晶屏顯示功能，能夠顯示當前時間日期、老人脈搏以及環(huán)境空氣質(zhì)量；

7）充當電話功能，可以但電話給固定用戶。

系統(tǒng)框圖

該系統(tǒng)主要有彩色液晶顯示、脈搏檢測電路、GSM發(fā)信息、PM2.5測量、摔倒檢測、MP3電路、按鍵電路和時鐘電路等模塊。采用光電式紅外對管采集脈搏信號，GSM模塊采用的是SIM900A芯片集成的模塊，測量PM2.5濃度用的是夏普二代粉塵傳感器GP2Y1050AU0F，用ADXL345加速度傳感器采集加速度來判斷是否摔倒，采用DS1302時鐘芯片進行計時。脈搏次數(shù)、PM2.5濃度以及時間均在液晶顯示屏顯示出來，可以按鍵播放音樂和切換音樂，摔倒報警經(jīng)過GSM模塊發(fā)信息出去。

脈搏檢測部分

主要有前端脈搏采集電路、一級放大電路、電壓比較電路。紅外對管采集脈搏信號，脈搏每跳動一下，人手指組織的半透明度數(shù)值會發(fā)生相應(yīng)的變化，紅外發(fā)射管能透過手指的光線強弱也跟著變化。當透過手指的光線比較強時，紅外接收管輸出低電平；當透過手指的光線比較弱時，紅外接收管輸出高電平。而且，紅外接收管輸出端輸出的信號的頻率和心跳的頻率一樣，是一種類似于正弦波的波形。

當脈搏每分鐘達四十次時，檢測到的信號的頻率大約為0.78Hz，當脈搏每分鐘達一百二十次時，檢測到的頻率是3.33Hz，此信號是低頻信號。初級采集的信號先通過濾波器濾掉高頻，再進入放大電路放大。放大器的功能是將輸入信號放大一百倍，而且與其他電路接在一起將信號再次進行濾波。接下來通過整形電路整形成方波，再輸出到單片機的中斷輸如端進行檢測、計算等進一步處理。

摔倒檢測部分

本設(shè)計中ADXL345與單片機之間是通過IO口模擬I2C來進行通信，所以只需要兩根線進行連接。單片機通過不停地檢測該模塊，檢測老年人加速度的變化，再結(jié)合一些跌倒算法，判斷老人是否跌倒。

ADXL345能夠檢測出三個方向的加速度變化量，能夠檢測的加速度范圍很高，分辨率也能達到很高。通過檢測到加速度，還能根據(jù)公式算出角度變化量，所以也可以當作角度傳感器來使用。它還能檢測一些振蕩動作以及檢測摔倒，并且該傳感器還帶有中斷輸出引腳，使用非常方便。ADXL345的靈敏度很高，所以可以應(yīng)用到一些比較精密的設(shè)備上。ADXL345與單片機之間可以通過I2C或者SPI通信，程序簡單便捷，上手快，使用簡單并且速度快，很具有實用價值。并且ADXL345的功耗非常低，節(jié)能省電。

程序流程圖

系統(tǒng)操作說明

1）開啟電源，看到GSM模塊信號燈閃爍，直到信號燈按照亮100ms滅750ms的頻率閃爍時表示GSM模塊已接入網(wǎng)絡(luò)；

2）給MP3模塊插上一張存有音樂的TF卡，按“播放鍵”播放音樂，按“左鍵”和“右鍵”切換音樂；

3）按“時間鍵”進入時間修改狀態(tài)，然后按“上鍵”，“下鍵”，“左鍵”，“右鍵”修改時間，修改完畢時再按“改時間鍵退出修改時間界面；

4）按下“脈搏測量鍵”，脈搏測量指示燈亮，把手指放到紅外對管之間，脈搏測量開始，直到聽到一聲響聲，表示脈搏測量完畢，脈搏次數(shù)在屏幕上有顯示；

5）按下“摔倒檢測鍵”，摔倒檢測指示燈亮，摔倒檢測功能開啟，再按一下，指示燈滅，摔倒檢測功能關(guān)閉；

6）在主界面，按“上鍵”撥打電話給固定的電話號碼，按“下鍵”結(jié)束通話。

系統(tǒng)總結(jié)

整形電路中已把脈搏信號轉(zhuǎn)換成方波信號，用示波器來檢測這個方波信號作為對比。以上脈搏測量的數(shù)據(jù)是在手指沒有劇烈抖動、沒有其他強烈光源影響的前提下測的。從表格的數(shù)據(jù)可以看出所測數(shù)據(jù)基本和示波器所測的數(shù)據(jù)基本一樣，有且只是相差1次左右。雖然沒有專業(yè)的脈搏測量儀作比較，但在設(shè)計中最后脈搏信號輸出的地方加了一個LED燈電路，隨著脈搏的跳動，LED燈也跟著閃爍，閃爍頻率和脈搏跳動一致。所以，排除其他強烈的外界因素外，脈搏測量是比較準的。

跌倒檢測實驗中，把本設(shè)計綁在人的腰間，人向多個方向的下方突然運動來模仿跌倒。程序中跌倒檢測是根據(jù)加速度的變化量來判斷的，從上面表格的數(shù)據(jù)中可以看出測量值跟真實值也是很相近的，有且只是相差1次左右。所以，本方案檢測摔倒比較準確。

PM2.5濃度測試的時候，正常情況下PM2.5的值為40左右。對著傳感器噴一口煙，數(shù)值會上升，煙的濃度越高，PM2.5的值越高。由于沒有一個比較正規(guī)的儀器作為比較，所以不敢說本設(shè)計所測得的PM2.5數(shù)值很準確，但是經(jīng)過多次試驗，本設(shè)計測得的值還是比較準確的。

ADXL345介紹

ADXL345是一款小而薄的低功耗3軸加速度計，分辨率高（13位），測量范圍達±16g。數(shù)字輸出數(shù)據(jù)為16位二進制補碼格式，可通過SPI（3線或4線）或I2C數(shù)字接口訪問。

ADXL345非常適合移動設(shè)備應(yīng)用。它可以在傾斜檢測應(yīng)用中測量靜態(tài)重力加速度，還可以測量運動或沖擊導(dǎo)致的動態(tài)加速度。其高分辨率(4 mg/LSB)，能夠測量不到1.0°的傾斜角度變化。

該器件提供多種特殊檢測功能?；顒雍头腔顒訖z測功能檢測有無運動發(fā)生，以及任意軸上的加速度是否超過用戶設(shè)置的限值。敲擊檢測功能可以檢測單擊和雙擊動作。自由落體檢測功能可以檢測器件是否正在掉落。這些功能可以映射到兩個中斷輸出引腳中的一個。正在申請專利的32級先進先出(FIFO)緩沖器可用于存儲數(shù)據(jù)，最大程度地減少主機處理器的干預(yù)。

低功耗模式支持基于運動的智能電源管理，從而以極低的功耗進行閾值感測和運動加速度測量。