基于STM32的老人摔倒报警及定位系统

基于STM32的老人摔倒报警及定位系统

作者：田继安 黄涛

来源：《西部论丛》2019年第30期

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摘 要：随着人口的老龄化，老人冠心病、心脏病以及老年痴呆症等疾病时常发生，并且时常伴随着一些跌倒的情况。“老龄健康”也成了一个社会的焦点问题，在最近几年的社会新闻中会经常出现一些关于“老人跌倒该不该扶”的问题。基于当前的需求开发一款基于STM32的老人跌倒报警及定位系统，一定程度上减少跌倒对老人的伤害以及能够及时的发现去救治，为老年人身体健康起到有效的预防作用。该系统由两部分组成，硬件部分由STM32单片机核心板嵌套ADXL345加速度传感器、GSM模块、GPS模块等组成。软件部分由一个根据经纬度定位的微信小程序组成。这个系统的主要功能就是通过四个模块相互协作，在判断老人摔倒后能够及时的通过GPS进行经纬度定位以及发送经纬度短信到手机上，手机获取到经纬度短信内容在微信小程序上进行实时定位找到老人摔倒的具体位置，从而使老人能够及时的得到救助。 关键词：STM32单片机;防跌倒;老龄化;定位报警;实时救助

伴随着老年人年龄的增长，无论是老年人身体机能下降还是感官系统耳、鼻、眼等感官器官的退化。又或者是老年人关节退化、松弛、不灵活等，这些都导致了老年人感知系统能力削弱，反应时间过长，又加上身患多种慢性疾病，所以会大概率发生摔倒，这样会直接伤害到老年人的身体，也会导致老年人生活变得困难。有机构调查得出，意外性的摔倒是导致60岁以上老年人发生死亡的重要原因[1]。

基于上述原因，我们所做项目的名称是：《基于STM32的老人摔倒报警及定位系统》。本系统主要是基于STM32F103C8T6单片机板的基础上，载装了ADXL345传感器、GSM模块、GPS模块、指示灯、四脚按键和蜂鸣器报警，组成了基本的硬件系统，在外部电源的加持下组成了本系统的硬件系统。硬件通过定位发送手机经纬度信息，通过手机调用地图APP或者微信地图小程序，从而达到软硬件结合进行实时定位。

整体硬件系统设计图如图1.1所示，GSM模块主要实现以短信方式得到经纬度坐标，GPS模块进行精确定位，ADXL345模块通过测量倾角来判断是否跌倒。在本系统中各个模块之间的交互是一种非常简单也很容易理解的方式，首先在整个系统通电后，各个模块进行一个通电初始化的状态，在初始化完毕后各个模块进行各自相应的工作。其次当STM32单片机板处于竖直状态下时，由于没有触发ADXL345倾角测量传感器，所以各个系统保持正常状态，GSM、GPS模块不会进行工作，从而指示等和蜂鸣器保持在一个正常状态。当出现误跌倒状况时，首先ADXL345模块检测到有倾角产生时，会将信息传输到STM32单片机核心板上面，从而导致蜂鸣器报警，由于蜂鸣器报警与GSM、GPS模块之间存在几秒钟的判断时间，所以如果是误报警可以选择按下恢复开关，以便提醒这是误报警恢复原始状态并且报警也不会触发GSM模块发送短信和GPS模块进行实时定位。最后如果是跌倒状态并且不能自己解决时，ADXL345传感器通过倾角测量，从而使在15秒内蜂鸣器报警并且不恢复，从而传输到GSM和GPS两个模块，由GPS模块进行经纬度定位和GPS将定位的经纬发送短信到已经烧入单片机代码中的电话号码上，再通过手机经纬度定位软件进行实时定位，跌倒人的实时位置进行救援或蜂鸣器的报警声音提醒身边人去进行救助[2]。

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在基于STM32的老人摔倒报警及定位系统中，做到软硬件结合，在硬件监测到老人跌倒后通过上面安装的手机卡并且通过附近基站将经纬度定位短信发送出去，得到经纬短信后能够便捷的使用现在的智能手机或者笔记本电脑这些电子设备能够实时定位，以保证老人的安全和身体健康问题。在ADXL345模块上电路上面紧接着连了按键电路和蜂鸣器报警电路，因为这样的做法会使得在使用时能够解决误报警这个问题，所以按键电路就是非常有必要的，因为这样可以很快进行系统的初始化，解决误报警这个问题。在GPS和GSM的模块电路图中夹杂着一个指示灯电路，这个电路的作用就在于决定GPS模块和GSM模块是否开始定位发送短信，而这个指示灯电路也是一个进行误报警和报警的判断电路，这个电路的15秒时间就是决定GPS和GSM两个模块是否定位和发送短信的关键[3]。

在硬件调试时，STM32单片机核心模块在通电时，LED信号指示灯亮，则表示单片机处于正常状态。在调试ADXL345模块时，首先通过信号灯判断这个模块是正常工作的，再利用其加速度的特性，将整块硬件板放置处竖直状态时，因为没有加速度的产生，所以蜂鸣器不会发出报警声音，当它处于水平状态时通过加速度的产生，其判断为摔倒状态从而蜂鸣器发出声音，调试正常。在调试GPS模块时，如果信号灯常亮就是运行正常但没有定位，如果信号灯闪烁则表示定位成功。接下来在GSM模块中调试中就会利用短信接收来调试，信号灯亮表示通电，如果整个硬件系统开始工作，手机能够在15s-20s收到经纬度短信，则表示调试成功，否则失败。

在硬件调试完成后，硬件系统成功地进行了经纬度的实时定位，ADXL345模块对摔倒动作灵敏度识别很快，短信发出的经纬度信息也非常准确。STM32老人摔倒报警及定位系统能够在携带者摔倒后第一时间发出警报并且能够实时定位并且发送经纬度短信，系统各个模块响应时间也达到了15s，成功做到了预警和定位。在调试时发现，如果电源不是5V，也会间接导致各个模块供电不足，会导致硬件系统自然关机。

基于STM32是因为这个系统并非要求最小的成本或者是功耗要求最小，而是能够完美的做到所有功能运行的前提下能够提供更丰富的接口和功能以便于设计实验系统各实验项目所需的外围扩展电路。并且选择ADXL345倾角传感器模块电路设计是因为其优异的的测试性能，能够简单有效快速的测出数据。在GPS和GSM模块的加持下，让系统更加的完善，能够早短时间内完成定位。为了能够在本系统上更加准确和精准的定位，那么就需要更加快速、更加精确和更加低成本的器件。在STM32老人摔倒报警及定位系统中优缺点并存，在调试和测试时发现，高精确度高的定位、ADXL345的灵敏识别以及识别速度快的优点存在于其中，但是ADXL模块会因为蜂鸣器的声音产生微小的误差，硬件系统供电不足会导致系统无法工作。在后面会利用额定电源的方法继续改进。

随着当前科技的发展与进步，智能化穿戴产品大量涌入我们的生活工作中，人们也开始消费这种智能检测化的产品，在基于这些设备上，人们能够更完全的感知到外界与自己身体的各种信息，并且在计算机和网络的配合下非常有效率的分析信息，能够实现更加没有缝隙的交

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流。一是体育户外方面，第二个是医疗保养方面。对于第一个方面来说，越来越多的公司或者工厂开发一些智能手环这样一些智能设备来实时检测体育户外的心率、步伐、胸腔的气压等指数，并且进行数据分析与提供帮助。对于第二个方面来说，很多的医疗厂家提供了能够检测血压、血糖以及心率的检测处理仪器，仪器的形式也是多种多样，功能也更加多样。

在时代快速发展的今天，越来越多的老人需要关心和爱护，在科技进步的同时老人的健康和安全也是我们需要用我们所学的知识去保护，比如一款智能穿戴安全保护系统就是给老人一种安全的呵护。所以希望在未来越来越多的智慧且多功能的产品可以出现我们的生活和工作中，不光是智能家居或者智能交互的携带品。 参考文献

[1] 孟卫平，杨丽华.老年人意外跌倒的危险因素分析[J].中国行为医学科学，2002（06）：101-103.

[2] 樓益栋，施闯，周小青，等.GPS精密卫星钟差估计与分析[J].武汉大学学报（信息科学版），2009，34（01）：88-91.

[3] 谢志平.一种基于STM32F103C8T6单片机DSP库的音乐频谱[J].软件，2020，41（04）：200-202+228.

作者简介：田继安（1996.08-），男，回族，宁夏回族自治区吴忠市人，本科，单位：西南民族大学，单位邮编：610041

基金项目：本项目来源于大学生创新创业训练计划项目支持（项目编号：S201910656122）