專利名稱：老人監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，尤其是一種專用便攜式、應(yīng)用于獨(dú)居老人生 理狀態(tài)及環(huán)境狀況監(jiān)測(cè)與報(bào)警的系統(tǒng)，該發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域包括傳感器與檢測(cè)技術(shù)、單 片機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)。
背景技術(shù)：
根據(jù)我國(guó)第五次人口普查結(jié)果，我國(guó)的老年人達(dá)到1.3億，65歲以上的老年人 家庭在全國(guó)家庭總數(shù)中的比重達(dá)到20. 09%，其中獨(dú)居老人家庭占老年人家庭總數(shù)的 22.83%。在不久的將來，中國(guó)即將步入老齡化社會(huì)。關(guān)注老人的身體健康，尤其是獨(dú)居老 人，是社會(huì)和諧的必然要求，是關(guān)乎當(dāng)下、立足長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略舉措。我國(guó)是世界上老齡人口最多的國(guó)家。近年來，由于計(jì)劃生育政策持續(xù)多年，且由于 社會(huì)變革等原因，獨(dú)居老人也相應(yīng)增多。獨(dú)居老人由于生活自理能力差，行動(dòng)不便，反應(yīng)遲 鈍，受到傷害時(shí)缺乏自救能力，加上身邊又缺人照顧，得到別人救援的機(jī)會(huì)也少，故一般入 院較晚，傷情重，有的患者來院后就錯(cuò)過最佳治療時(shí)機(jī)，影響了救治的成功率。自2000年以來，關(guān)于老年人意外傷害尤其是老年人意外傷害的死因分析的流行 病學(xué)調(diào)查在很多城市，如長(zhǎng)春、上海、浙江等地均有報(bào)道。在北京開展了老年人意外傷害的 流行病學(xué)調(diào)查和對(duì)策研究工作，針對(duì)最易發(fā)生的意外傷害——跌倒，國(guó)內(nèi)曾有學(xué)者對(duì)世界 范圍內(nèi)關(guān)于老年人跌倒干預(yù)措施效果的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)做過Meta分析。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是美國(guó)、日本，近些年，有許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)在政府和社 會(huì)的支持開展對(duì)獨(dú)居老人實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的研究工作。美國(guó)維吉尼亞大學(xué)的醫(yī)療設(shè)備自動(dòng)化研究 中心于2002年的開展了智能居所監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究，該系統(tǒng)采用低成本的感應(yīng)器獲取老人 活動(dòng)的情況通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)建立老人的活動(dòng)規(guī)律，能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)不同老人的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。 在日本，日本國(guó)立長(zhǎng)壽研究所老年學(xué)部也提出了一種針對(duì)老人的無監(jiān)督的健康監(jiān)護(hù)的實(shí)現(xiàn) 方法。另外，法國(guó)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)室也正在進(jìn)行針對(duì)獨(dú)居老人的多感應(yīng)器的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù) 系統(tǒng)研究。目前用于老人健康報(bào)警的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，主要是被動(dòng)式系統(tǒng)，是依靠老人在自覺不適 時(shí)按動(dòng)報(bào)警器，實(shí)現(xiàn)求救。在發(fā)生某些意外是，老人未能觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)將無法知道老 人目前的狀況是否正常。在主動(dòng)式監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，往往將跌倒檢測(cè)等單一功能嵌入手機(jī)、手表 功能中，多功能便攜式的專用系統(tǒng)較少。而采用多攝像頭在線監(jiān)測(cè)的方式有損老人隱私。目前市場(chǎng)上也有將跌倒檢測(cè)、防盜等功能集成于手機(jī)的便攜式系統(tǒng)。但該系統(tǒng)存 在以下問題①要準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)加速度及傾角檢測(cè)，需把手機(jī)長(zhǎng)期置于人體腰部。手機(jī)的輻射量 以手機(jī)為中心向周圍遞減，而手機(jī)與人體之間的距離決定了人體受輻射的程度。手機(jī)長(zhǎng)期 置于腰部會(huì)影響使用者生育功能，不利于孕婦的特殊人群使用；并可影響正常細(xì)胞代謝，造 成體內(nèi)鉀、鈣、鈉等金屬離子紊亂，不利于老人使用。②手機(jī)需頻繁使用，使用時(shí)會(huì)造成加速 度、傾角檢測(cè)的誤判和頻繁報(bào)警。③生理狀態(tài)及環(huán)境狀況監(jiān)測(cè)報(bào)警功能與手機(jī)模塊集成后， 會(huì)造成使用復(fù)雜、功能擴(kuò)展困難等問題。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于通過一種結(jié)構(gòu)合理，工作效果好的老人監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種老人監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其特征是包括主機(jī)，主機(jī)與多個(gè)從機(jī)以無線通訊方式 連接；所述主機(jī)包括單片機(jī)，單片機(jī)與電源管理模塊、語音模塊、液晶顯示模塊、GSM模塊、 GPS模塊、無線接收模塊、三軸加速度傳感器及報(bào)警裝置連接；所述從機(jī)有五個(gè)，第一個(gè)從 機(jī)有氣敏傳感器，氣敏傳感器與第一單片機(jī)連接，第一單片機(jī)與和主機(jī)通訊的第一無線發(fā) 射模塊連接；第二個(gè)從機(jī)有溫度傳感器，溫度傳感器與第二單片機(jī)連接，第二單片機(jī)與和主 機(jī)通訊的第二無線發(fā)射模塊連接；第三個(gè)從機(jī)有紅外煙霧傳感器，紅外煙霧傳感器與第三 單片機(jī)連接，第三單片機(jī)與和主機(jī)通訊的第三無線發(fā)射模塊連接；第四個(gè)從機(jī)有心率傳感 器，心率傳感器與第四單片機(jī)連接，第四單片機(jī)與和主機(jī)通訊的第四無線發(fā)射模塊連接；第 五個(gè)從機(jī)有紅外熱釋電傳感器，紅外熱釋電傳感器與第五單片機(jī)連接，第五單片機(jī)與和主 機(jī)通訊的第五無線發(fā)射模塊連接。 主機(jī)單片機(jī)與鍵盤連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，采用加速度傳感器(傾角傳感器)、心率傳感器、氣敏傳感 器、溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外熱釋電傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)老人身理及環(huán)境信號(hào)采集；采用單 片機(jī)作為系統(tǒng)核心，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集處理、人機(jī)交互、通訊控制；采用GSM模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警； 采用GPS模塊實(shí)現(xiàn)老人位置定位；采用無線射頻模塊實(shí)現(xiàn)各傳感器節(jié)點(diǎn)與便攜式主機(jī)間的 通訊。本實(shí)用新型的獨(dú)居老人狀態(tài)及環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)獨(dú)居老人跌倒、心率 異常等常見生理危險(xiǎn)狀態(tài)，及煤氣泄漏、火災(zāi)、電熱毯過熱等溫度異常、外人闖入等常見的 環(huán)境危險(xiǎn)狀態(tài)，并可實(shí)現(xiàn)報(bào)警號(hào)碼在線設(shè)置、傳感器閾值在線修改，具有低成本、低功耗、高 性能、高可靠性、不侵犯隱私等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的有益效果還在于1、便攜性本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)由便攜式主機(jī)與多節(jié)點(diǎn)從機(jī)組成，主機(jī) 上內(nèi)置MEMS加速度傳感器，其余傳感器均內(nèi)置于從機(jī)中，主機(jī)采用西門子GSM底層模塊 TC351、SIRF超小型引線式GPS接收模塊、單片機(jī)片上系統(tǒng)(SOC)，使主機(jī)體積大大縮小。在 鍵盤設(shè)置中采用單鍵盤多功能復(fù)用等方式減少按鍵個(gè)數(shù)，且采用小型液晶顯示屏，減小系 統(tǒng)體積。2、集成度高、功耗低本實(shí)用新型的系統(tǒng)主機(jī)采用單片機(jī)片上系統(tǒng)(SOC)，功耗 低、體積小、集成度高。本系統(tǒng)當(dāng)主機(jī)收到觸發(fā)信號(hào)(危險(xiǎn)信號(hào))后自動(dòng)啟動(dòng)GPS及GSM模 塊，平時(shí)GPS及GSM模塊平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，大大減小了系統(tǒng)功耗。除收到號(hào)碼修改指令外， 液晶屏處于關(guān)閉狀態(tài)，且主機(jī)采用超低功耗無線接收模塊以降低系統(tǒng)功耗。從機(jī)采用非加 熱低功耗氣敏傳感器，大大降低了節(jié)點(diǎn)功耗。3、成本低、模塊化設(shè)計(jì)本實(shí)用新型的系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)策略，各傳感器節(jié)點(diǎn)、 報(bào)警及定位模塊相對(duì)獨(dú)立，方便用戶購(gòu)買時(shí)實(shí)現(xiàn)功能取舍，方便系統(tǒng)功能升級(jí)。本系統(tǒng)成本 遠(yuǎn)低于圖像監(jiān)測(cè)、手機(jī)嵌入式監(jiān)測(cè)報(bào)警等系統(tǒng)。4、多功能性本實(shí)用新型的系統(tǒng)及生理監(jiān)測(cè)與環(huán)境監(jiān)測(cè)于一體，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)獨(dú) 居老人常出現(xiàn)了跌倒、心率失常的生理危險(xiǎn)狀態(tài)，及火災(zāi)、煤氣泄漏、外人入侵等常見的環(huán)境危險(xiǎn)狀況。并采用模塊化設(shè)計(jì)方略，根據(jù)客戶需求添加其他功能。5、低輻射本實(shí)用新型的專用系統(tǒng)較常見的集成于手機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，輻射低。 本系統(tǒng)主機(jī)配置的GPS及GSM模塊平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，只有在危險(xiǎn)信號(hào)觸發(fā)時(shí)才自動(dòng)啟動(dòng)， 對(duì)人體輻射傷害極小。主機(jī)配置的無線射頻接收模塊功率極小，對(duì)人體沒有影響。因此本 專用系統(tǒng)主機(jī)可長(zhǎng)期佩戴在腰間，除了可應(yīng)用于獨(dú)居老人監(jiān)測(cè)外，也可應(yīng)用于孕婦或其他 有需要的人群。6、高可靠性本實(shí)用新型的系統(tǒng)采用非振動(dòng)、非壓電式、非壓阻式心率傳感器，通 過不斷提取心臟跳動(dòng)時(shí)兩個(gè)相鄰心電R波的時(shí)間間期實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的心率可靠監(jiān)測(cè)。本 系統(tǒng)采用加速度與傾角雙重感測(cè)系統(tǒng)，來判斷跌倒?fàn)顟B(tài)，大大提高系統(tǒng)可靠性。本系統(tǒng)主機(jī) 及從機(jī)均采用電源電壓檢測(cè)電路，防止系統(tǒng)欠壓。本系統(tǒng)在氣敏傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用的 CH4非加熱式氣敏傳感器不用清洗也可長(zhǎng)期工作。采用的常溫型CO傳感器采用智能化清 洗方案，通過每隔一段時(shí)間給傳感器升高電壓，來起到清洗的作用。本系統(tǒng)采用外置復(fù)位按 鍵，防止系統(tǒng)誤報(bào)警。加速度及傾角檢測(cè)閾值可在線修改，可針對(duì)不同的人群增強(qiáng)檢測(cè)可靠 性。7、操作簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展性本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，適合需要監(jiān)護(hù)的孕婦、病人、老人等高危 人群，尤其適合老年人使用。節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、報(bào)警定位功能可視用于需求減少或增加。8、人性化設(shè)計(jì)本系統(tǒng)可根據(jù)基于紅外熱釋電傳感器的門禁系統(tǒng)和主機(jī)相互配合 的方式，及時(shí)提醒老人子女“常回家看看”。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型的便攜式主機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型的便攜式主機(jī)鍵盤按鍵結(jié)構(gòu)及功能圖。圖3是本實(shí)用新型的系統(tǒng)從機(jī)結(jié)構(gòu)圖。圖4是本實(shí)用新型的系統(tǒng)跌倒?fàn)顟B(tài)檢測(cè)軟件流程圖。圖5是本實(shí)用新型的系統(tǒng)無線收發(fā)模塊結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
一種老人監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，包括主機(jī)，主機(jī)與多個(gè)從機(jī)以無線通訊方式連接；所述 主機(jī)包括單片機(jī)1，單片機(jī)與電源管理模塊2、語音模塊3、液晶顯示模塊4、GSM模塊5、GPS 模塊6、無線接收模塊7、三軸加速度傳感器8及光、振動(dòng)報(bào)警裝置9連接；所述從機(jī)有五個(gè)， 第一個(gè)從機(jī)有氣敏傳感器10，氣敏傳感器與第一單片機(jī)11連接，第一單片機(jī)與和主機(jī)通訊 的第一無線發(fā)射模塊12連接；第二個(gè)從機(jī)有溫度傳感器13，溫度傳感器與第二單片機(jī)14 連接，第二單片機(jī)與和主機(jī)通訊的第二無線發(fā)射模塊15連接；第三個(gè)從機(jī)有紅外煙霧傳感 器16，紅外煙霧傳感器與第三單片機(jī)17連接，第三單片機(jī)與和主機(jī)通訊的第三無線發(fā)射模 塊18連接；第四個(gè)從機(jī)有心率傳感器19，心率傳感器與第四單片機(jī)20連接，第四單片機(jī)與 和主機(jī)通訊的第四無線發(fā)射模塊21連接；第五個(gè)從機(jī)有紅外熱釋電傳感器22，紅外熱釋電 傳感器與第五單片機(jī)23連接，第五單片機(jī)與和主機(jī)通訊的第五無線發(fā)射模塊M連接。主 機(jī)單片機(jī)與鍵盤25連接。[0029]①第一個(gè)從機(jī)針對(duì)居民住宅中普遍使用的管道煤氣、管道天然氣或者混合氣體， 通過檢測(cè)CO或(及)CH4氣體濃度完成報(bào)警功能，并能夠檢測(cè)含丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等成 分的民用液化石油氣濃度并完成報(bào)警功能。為降低節(jié)點(diǎn)功耗、簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)電路結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)節(jié)點(diǎn) 傳感器使用壽命及可靠性，采用非加熱式CH4氣敏傳感器和常溫型CO氣敏傳感器。②第二個(gè)從機(jī)置于鋪設(shè)電熱毯的床上等易出現(xiàn)溫度過高引發(fā)火災(zāi)的場(chǎng)所，也可進(jìn) 行環(huán)境溫度檢測(cè)和報(bào)警，防止有高血壓等病癥的老人置于過冷或過熱的環(huán)境中。③第三個(gè)從機(jī)可采用多組方式，分別置于臥室、廚房等處，負(fù)責(zé)早期火災(zāi)檢測(cè)及報(bào)
Sfc目。④第四個(gè)從機(jī)采用胸帶固定于胸部，負(fù)責(zé)心率檢測(cè)及報(bào)警。⑤第五個(gè)從機(jī)的傳感器可采用多組方式，分別置于門、窗等處，負(fù)責(zé)外人闖入檢測(cè) 及報(bào)警。便攜式主機(jī)置于老人腰間，采用單片機(jī)與GSM模塊組成的主從結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信 號(hào)的遠(yuǎn)傳，GSM模塊內(nèi)置老人家屬或小區(qū)短信服務(wù)平臺(tái)等第三方的手機(jī)號(hào)碼；采用單片機(jī) 與GPS模塊串行通訊的方式，實(shí)現(xiàn)老人位置定位；由GPS模塊實(shí)現(xiàn)經(jīng)度、維度信號(hào)的接收，當(dāng) 單片機(jī)發(fā)送報(bào)警信息時(shí)，將經(jīng)度、緯度信息寫入GSM模塊一起發(fā)送，該功能主要適用于老人 室外活動(dòng)發(fā)生危險(xiǎn)情況時(shí)的定位；采用液晶顯示器結(jié)合鍵盤的方式，可在線輸入、修改內(nèi)置 于GSM中的手機(jī)號(hào)碼，并可根據(jù)老人的活動(dòng)能力、活動(dòng)速度在線修改加速度傳感器的報(bào)警 閾值；采用手動(dòng)復(fù)位方式以減少誤報(bào)警概率，在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到危險(xiǎn)信號(hào)后，主機(jī)采用光、振動(dòng) 的方式提醒老人，并采用語音模塊告知老人危險(xiǎn)狀態(tài)類型，以確認(rèn)老人是否需要外援，如在 30秒內(nèi)老人沒有按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出包含何種危險(xiǎn)狀態(tài)、經(jīng)緯度的求援短信。主機(jī)與從機(jī)間通過無線射頻模塊通訊，從機(jī)中的無線射頻發(fā)射模塊給出相同的固 定地址，主機(jī)中的無線接收模塊通過接收到的編碼數(shù)據(jù)辨別報(bào)警信號(hào)是從哪個(gè)從機(jī)發(fā)出。 為降低功耗，主機(jī)中的GPS和GSM模塊平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)主機(jī)接收到危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)，自動(dòng) 啟動(dòng)GSM和GPS模塊。主機(jī)使用電池供電，并內(nèi)置電池電壓檢測(cè)電路，電壓過低時(shí)主機(jī)采用 語音、光、振動(dòng)的方式提醒老人更換電池(電池充電)，如在30秒內(nèi)老人沒有按下復(fù)位按鈕， 系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出電壓過低的報(bào)警短信。從機(jī)中心率檢測(cè)節(jié)點(diǎn)采用片狀鋰電池供電，并配有電 池電壓過低檢測(cè)系統(tǒng)。其余從機(jī)可采用電池供電(均配有電池電壓檢測(cè)系統(tǒng))，也可采用市 電經(jīng)降壓、整流、濾波后供電。1、便攜式主機(jī)如圖1所示，便攜式主機(jī)由單片機(jī)、電源模塊、液晶顯示模塊、GSM模塊、GPS模塊、 無線接收模塊、MEMS三軸加速度傳感器、語音模塊、光及振動(dòng)報(bào)警模塊等組成。(1)控制器選用控制器采用SOC單片機(jī)C8051F020。由于系統(tǒng)所選用的GSM、GPS模塊均為串口通 訊，C8051F020有雙串口，可滿足要求。此外，單片機(jī)內(nèi)部Flash存貯器可作非易失性數(shù)據(jù) 存貯，單片機(jī)內(nèi)置12位多通道ADC，可大大減少系統(tǒng)外圍電路。該單片機(jī)通用I/O 口多、資 源豐富、功能強(qiáng)大，可方便系統(tǒng)的功能更新和拓展。(2)基于MEMS三軸加速度傳感器的跌倒檢測(cè)①跌倒的發(fā)生是身體不自主失去平衡的行為，在發(fā)生跌倒時(shí)通常是自己本身所 無法控制的傾倒動(dòng)作，因此在跌倒時(shí)，一般都只發(fā)生在——短暫時(shí)間，比起一般的正常動(dòng)作(如蹲下或躺下等等)要短上許多，也因?yàn)樯眢w會(huì)在一瞬間傾倒，致使身體重心瞬間朝傾斜 方向移動(dòng)，如此的身體動(dòng)作結(jié)果便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)加速度值，國(guó)內(nèi)外有許多針對(duì)跌倒檢測(cè)的研 究，就是以跌倒發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的加速度值來作為判斷跌倒的重要參考依據(jù)。②跌倒檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)以三軸加速度傳感器ADXL330為核心，配以運(yùn)算放大器MCP6004等外圍電 路。ADXL330是美國(guó)模擬器件公司(ADI)新近推出的一款帶有信號(hào)調(diào)理電路，可提供模擬 電壓輸出的小量程、小尺寸、低功耗3軸加速度計(jì)。ADXL330將MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))傳感 器結(jié)構(gòu)與信號(hào)調(diào)理結(jié)合在一起，比同類器件的功耗典型值低50%，是同類產(chǎn)品中功耗最低 的。ADXL330基本工作過程為首先利用微傳感器感知三維的加速度，將得到的三維交流信 號(hào)放大，然后分別將信號(hào)解調(diào)，在輸出端分別將三路信號(hào)再次放大、濾波后輸出和加速度成 正比的模擬電壓。ADXL330工作電壓為2. OV 3. 6V，當(dāng)電源電壓為3. 6V時(shí)，靈敏度高達(dá) 360mv/go系統(tǒng)輸出的三端Xout、Yout, Zout經(jīng)過放大后直接接到單片機(jī)的ADC端口。經(jīng)過 單片機(jī)完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過軟件給定閾值進(jìn)行判斷。加速度檢測(cè)系統(tǒng)電源電壓3. 3V，在 ADXL330處于不同位姿時(shí)，系統(tǒng)有不同的初始電壓輸出。③跌倒檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)便攜式主機(jī)佩戴在人腰間，正常佩戴時(shí)以Z軸對(duì)應(yīng)人體直立時(shí)的垂直軸，X軸對(duì)應(yīng) 人體的前后向水平軸，Y軸對(duì)應(yīng)人體左右側(cè)向水平軸，X、Y、Z軸相互正交，任意空間方向上 的矢量變化均可以分解成X、Y、Z三個(gè)方向上的分量變化。由公式α = ^ja2x +a2y 得到采樣時(shí)刻加速度值，計(jì)算兩個(gè)相鄰采樣時(shí)間內(nèi)的加
速度的差值，Aa= 1 - !,如果差值大于一定闕值，則表明佩戴者發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)。傳感器是一種基于差動(dòng)電容的靜電力平衡式閉環(huán)加速度傳感器。傳感器精確的直 流特性，使它適合于傾角測(cè)量。它能直接測(cè)量靜態(tài)重力加速度，并由此確定傾斜度。加速度 的敏感軸應(yīng)與傾斜體的軸向一致，在水平狀態(tài)下應(yīng)平行于地球表面。當(dāng)加速度計(jì)的感應(yīng)軸與重力方向垂直(即感應(yīng)軸水平)時(shí)，它對(duì)傾斜度的變化是 最敏感的。當(dāng)三軸加速度傳感器的任何一個(gè)軸與水平面的夾角為θ時(shí)，該軸的加速度輸出 值為kin θ。當(dāng)人體處于靜止?fàn)顟B(tài)或緩慢移動(dòng)時(shí)，即加速度計(jì)豎直放置時(shí)，Z軸檢測(cè)到1G， XY軸均為零。當(dāng)重力與其敏感軸垂直時(shí)，它對(duì)傾斜式最敏感的，在該方向上其對(duì)傾角的靈敏 度最高。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電源電壓為3. 3V，當(dāng)Z軸與重力方向垂直時(shí)，傳感器系統(tǒng)輸 出的偏移電壓為1.99V，當(dāng)極限狀況下(人跌倒后與重力加速度方向垂直)時(shí)，Z軸偏移電 壓為1. 66V。我們可以采用加速度計(jì)通過感知重力加速度G在其測(cè)量軸上分量的大小確定物 體的傾斜角度，當(dāng)電壓小于小于一定閾值，可判斷人體傾斜超過了一定角度。但這種測(cè)量， 需保證人體處于姿態(tài)穩(wěn)定的情況下，而非跌倒過程中。因此在傾角檢測(cè)前需判斷人體姿態(tài) 是否穩(wěn)定。具體判斷時(shí)遵循以下步驟，當(dāng)檢測(cè)到加速度超過閾值后，單片機(jī)定時(shí)器定時(shí)，定 時(shí)5秒后，檢測(cè)Z軸輸出電壓，如電壓小于閾值，則計(jì)算此刻起連續(xù)100個(gè)采樣點(diǎn)的Z軸輸 出電壓的方差，如果方差小于闕值，則說明人體姿態(tài)穩(wěn)定，且人體傾角大于一定角度，此時(shí) 人體跌倒的判斷有效，否則無效，具體軟件流程圖如圖4所示。(3)無線接收模塊[0052]無線收發(fā)模塊總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。本系統(tǒng)采用了 ΡΤ2^52、ΡΤ2272無線收發(fā)模 塊，該模塊有8個(gè)地址引腳，4個(gè)數(shù)據(jù)引腳，其中地址引腳中有兩個(gè)也可作為數(shù)據(jù)引腳使用。 工作電壓為3 15V，發(fā)射頻率為315MHz。一般無線發(fā)送模塊和接收模塊都是配對(duì)使用，但 為了減小體積和便于系統(tǒng)以后的擴(kuò)展，該系統(tǒng)只使用了一個(gè)無線接收模塊。當(dāng)所有無線發(fā) 送模塊同時(shí)工作時(shí)，因?yàn)榘l(fā)射頻率一致會(huì)產(chǎn)生干擾。采取的對(duì)策是當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生報(bào)警信 號(hào)時(shí)才啟動(dòng)這個(gè)節(jié)點(diǎn)的無線發(fā)送模塊并發(fā)送數(shù)據(jù)。每個(gè)發(fā)送模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)為該模塊的身 份標(biāo)識(shí)，無線接收模塊可以根據(jù)身份標(biāo)識(shí)識(shí)別報(bào)警類型。無線發(fā)送模塊有4位數(shù)據(jù)引腳，因 此一個(gè)無線接收模塊總共可拓展16個(gè)無線發(fā)送模塊。工作時(shí)，PT2262將地址引腳A0-A7和數(shù)據(jù)引腳D3-D0編碼成一個(gè)串行的脈沖序列 信號(hào)，同一套系統(tǒng)所有從機(jī)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射模塊和主機(jī)的接受模塊都采用同一個(gè)地址(固定接 地、接高電平或懸空)。為了避免相近系統(tǒng)的干擾(如鄰居間的干擾)，不同系統(tǒng)采用不同 的地址，則最采用地址區(qū)分法最多可區(qū)別6561套不同的系統(tǒng)。如采用12位地址，則共有 531441種地址代碼，且由于本實(shí)用新型的無線收發(fā)系統(tǒng)功率低，從距離上講，僅可滿足單戶 家庭使用，即使有地址沖突也僅僅在相近的鄰居間產(chǎn)生。由于地址編碼種類眾多，由于地址 沖突造成干擾的概率很低。無線接收系統(tǒng)電路如圖6所示，采用與射頻發(fā)射芯片F(xiàn)05P對(duì)應(yīng)的射頻接收芯片 J04V。在本系統(tǒng)中，地址線全部接地，數(shù)據(jù)線與單片機(jī)口線相連。PT2272的有效傳輸確認(rèn)端 17腳VT經(jīng)反相器連接到單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器端口。(4)人機(jī)接口本實(shí)用新型采用液晶顯示器、鍵盤和語音芯片作為人機(jī)接口。本實(shí)用新型的鍵盤 由七個(gè)按鍵組成，如圖2所示。各鍵功能如下，具體功能參閱鍵盤掃描處理程序流程圖7。數(shù)字鍵為了減小主機(jī)體積，且考慮數(shù)字鍵使用頻率很低(僅僅在修改內(nèi)置號(hào)碼 時(shí)使用)，設(shè)計(jì)中采用單鍵完成0-9十個(gè)數(shù)字的輸入，單片機(jī)通過計(jì)數(shù)按下按鍵的次數(shù)完成 0-9的循環(huán)輸入。修改鍵修改鍵未按下，則鍵盤無效，為了避免誤觸發(fā)，修改鍵安裝在凹陷的主機(jī) 外殼中。當(dāng)進(jìn)入修改號(hào)碼程序后，修改鍵還具有號(hào)碼翻頁(yè)的功能。退格鍵退格鍵完成號(hào)碼修改功能。確認(rèn)鍵號(hào)碼修改結(jié)束后，退出鍵盤操作程序。除下一次修改鍵按下，鍵盤失效。 復(fù)位鍵當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)后，通過語音芯片報(bào)警，如老人未在半分鐘內(nèi)按下 復(fù)位鍵，則主機(jī)自動(dòng)進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。為了避免老人跌倒后按鈕的誤觸發(fā)，該按鈕安裝在凹陷 的主機(jī)外殼中。閾值修改鍵完成心率閾值、加速度閾值、傾角閾值修改。按下改建后，界面中顯示 心率次數(shù)、代表加速度及傾角大小的數(shù)字量，通過退格鍵、數(shù)字鍵配合完成修改，修改完成 后按確認(rèn)鍵保存退出。本實(shí)用新型使用LMB162A內(nèi)置中文字庫(kù)的液晶模塊，顯示模塊與鍵盤配合完成號(hào) 碼和閾值修改。當(dāng)主機(jī)接收到報(bào)警信號(hào)時(shí)，使用單片機(jī)控制ISD4004進(jìn)行語音報(bào)警。單片機(jī)根據(jù) 不同節(jié)點(diǎn)發(fā)出的報(bào)警信號(hào)，讀出相應(yīng)地址的的語音段內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)“火災(zāi)危險(xiǎn)”、“心率失常”、 “跌倒危險(xiǎn)”、“有人進(jìn)入”、“煤氣泄漏”、“溫度異?！钡恼Z音報(bào)警。并配合光報(bào)警及振動(dòng)報(bào)警，以幫助老人及時(shí)排除對(duì)應(yīng)危險(xiǎn)，當(dāng)報(bào)警半分鐘沒有按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出求救短(5)電源管理模塊本系統(tǒng)GSM模塊電壓4V，GPS模塊電壓5V，單片機(jī)電壓電源3. 3V，加速度傳感器電 壓3. 3V，無線模塊電壓5V基于以上考慮，主機(jī)采用7V鋰電池供電，經(jīng)過7805穩(wěn)壓為5v，經(jīng)過LMl 117穩(wěn)壓為 3. 3V，經(jīng)過LD1806穩(wěn)壓為4V給系統(tǒng)供電。(6) GPS 模塊該系統(tǒng)采用SIRF star III GPS模塊，通訊速率為4800bit/s，每秒輸出一次GPS 全數(shù)據(jù)，串口輸出為TTL電平，高電平大于2. 4V，低電平小于0. 4V，輸出驅(qū)動(dòng)電流為2mA，可 與單片機(jī)串口直接相連。該模塊使用方便，只要電源線接3. 5 5. 5V的直流電源，串口輸 出口與單片機(jī)輸入口相連，即可正常工作。GPS數(shù)據(jù)讀取流程圖如圖8所示。(7) GSM 模塊本系統(tǒng)采用西門子TC35i GSM模塊，通過C8051向TC35i模塊中寫AT指令實(shí)現(xiàn)發(fā) 送短信的功能。常用的AT指令控制短信發(fā)送有2種模式，即文本模式(TEXT mode)和PDU 模式，TEXT模式主要用于純英文短信的發(fā)送，而PDU模式可用于收發(fā)中文短信或中英文混 合短信，本系統(tǒng)中短信的收發(fā)采用PDU模式。采用PDU模式時(shí)，短消息統(tǒng)一用Unicode編碼 方式。漢字轉(zhuǎn)Unicode編碼可以查表，也可以通過軟件轉(zhuǎn)換工具實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)中TC35i用來發(fā)送短消息，步驟如下①發(fā)送指令〃 AT\x0d〃，\x0d是回車符號(hào)，握手成功返回OK ；②發(fā)送命令〃 AT+CMGF = 0\x0d"設(shè)置短消息發(fā)送格式為PDU模式，設(shè)置成功返回 OK ；③發(fā)送命令"AT+CSCA \x0d"讀取短消息服務(wù)中心，成功則返回短消息服務(wù)中 心。并將短消息服務(wù)中心號(hào)碼寫入短信數(shù)組中；發(fā)送命令"AT+CMGS = 98\x0d"發(fā)送短消 息長(zhǎng)度，等待TC35模塊返回ASCII字符“ > ”，則可以將PDU數(shù)據(jù)輸入。PDU數(shù)據(jù)也就是短 信數(shù)組包括接收者的號(hào)碼、GPS坐標(biāo)及報(bào)警類型，接收者的號(hào)碼、GPS坐標(biāo)及報(bào)警類型存入 短信數(shù)組工作在之前已完成，PDU數(shù)據(jù)以O(shè)xla作為結(jié)束符，短消息發(fā)送成功返回0K。2、從機(jī)(1)從機(jī)無線發(fā)送系統(tǒng)從機(jī)完成溫度、煙霧、氣體、門禁、心率檢測(cè)，共有五套發(fā)送系統(tǒng)。無線發(fā)送系統(tǒng)原 理如圖9所示。采用PT2262和F05P組成發(fā)送電路。從機(jī)中所有PT2262的地址都與主機(jī) 一致并固定，各從機(jī)數(shù)據(jù)端采用不同編碼，主機(jī)通過判別接收的數(shù)據(jù)來確定是危險(xiǎn)類別。每 個(gè)模塊都配置一個(gè)低端單片機(jī)，當(dāng)傳感器感測(cè)到危險(xiǎn)信號(hào)超過閾值后，通過接口電路給出 開關(guān)量信號(hào)，單片機(jī)收到信號(hào)后，觸發(fā)無線發(fā)送模塊工作。信息發(fā)送結(jié)束后，單片機(jī)自動(dòng)關(guān) 閉該節(jié)點(diǎn)無線發(fā)送模塊，延時(shí)五分鐘后再檢測(cè)是否有危險(xiǎn)信號(hào)。主機(jī)單片機(jī)判斷到無線接 收模塊收到危險(xiǎn)信號(hào)后，進(jìn)行報(bào)警，并自動(dòng)清除該信號(hào)，主從機(jī)間的這種配合可避免主機(jī)連 續(xù)報(bào)警。并可有效減少各從機(jī)同時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)帶來接收端數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況。(2)心率檢測(cè)通過不斷提取心臟跳動(dòng)時(shí)兩個(gè)相鄰心電R波的時(shí)間間期，通過單片機(jī)換算成每分鐘的心率，實(shí)現(xiàn)心率的瞬時(shí)采集和記錄。心率傳感器首先從心電電極獲取微弱心電信號(hào)，經(jīng) 過放大、濾波、R波提取、脈沖整形和調(diào)制，然后發(fā)送到半徑為Im的范圍內(nèi)。具有很強(qiáng)的抗 振和抗干擾能力。使用時(shí)通過胸帶固定在胸部外側(cè)，實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的測(cè)量。(3)氣敏傳感器普通加熱型氣敏電阻加熱功率大，且受油污干擾后靈敏度變化大。且當(dāng)今居民使 用的燃?xì)鉃樘烊粴狻⒚簹饣蚧旌蠚怏w，泄漏造成危險(xiǎn)的成分為CH4和CO兩種。為了提高本 系統(tǒng)檢測(cè)精度，降低系統(tǒng)功率，本實(shí)用新型采用了 TP-2和TP-1. IA兩種氣體傳感器，它們由 Sn02多晶體及適當(dāng)添加混合劑燒結(jié)而成，具有微珠式結(jié)構(gòu)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單 等特點(diǎn)的。TP-1. IA為非加熱型CH4氣體傳感器，TP-2為常溫型一氧化碳傳感器。(4)溫度傳感器為了降低成本，采用普通熱敏電阻接入直流電橋，電橋輸出電壓接入比較器，采用 雙比較器，判斷溫度過高和過低。該模塊可置于電熱毯等易發(fā)生火災(zāi)的場(chǎng)合，也可置于室溫 下監(jiān)測(cè)溫度變化。(5)煙霧傳感器通過紅外光電對(duì)來判斷煙霧濃度，當(dāng)有煙霧時(shí)，由于煙霧粒子的反射，紅外接收探 頭接收的光量變少，引起接收電路電壓的變化。(6)紅外熱釋電傳感器本實(shí)用新型采用的紅外熱釋電傳感器模塊是以BISS0001芯片為核心的。 BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器 等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。BISS0001工作于可重復(fù)觸發(fā)與不可重復(fù)觸發(fā)狀態(tài)均可， BISS0001輸出的脈沖可直接用于單片機(jī)處理。當(dāng)老人出門時(shí)，可暫時(shí)關(guān)閉主機(jī)或在報(bào)警后按下復(fù)位按鈕。基于紅外熱釋電傳感器的門禁模塊置于門、窗的房屋入口處，當(dāng)連續(xù)三天主機(jī)未 收到門禁系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)時(shí)，則可判斷連續(xù)三天老人未出家門，也沒有子女來看望老人，此時(shí) 主機(jī)自動(dòng)發(fā)送“?；丶铱纯础钡亩绦沤o子女。
權(quán)利要求1 一種老人監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其特征是包括主機(jī)，主機(jī)與多個(gè)從機(jī)以無線通訊方式 連接；所述主機(jī)包括單片機(jī)，單片機(jī)與電源管理模塊、語音模塊、液晶顯示模塊、GSM模塊、 GPS模塊、無線接收模塊、三軸加速度傳感器及報(bào)警裝置連接；所述從機(jī)有五個(gè)，第一個(gè)從 機(jī)有氣敏傳感器，氣敏傳感器與第一單片機(jī)連接，第一單片機(jī)與和主機(jī)通訊的第一無線發(fā) 射模塊連接；第二個(gè)從機(jī)有溫度傳感器，溫度傳感器與第二單片機(jī)連接，第二單片機(jī)與和主 機(jī)通訊的第二無線發(fā)射模塊連接；第三個(gè)從機(jī)有紅外煙霧傳感器，紅外煙霧傳感器與第三 單片機(jī)連接，第三單片機(jī)與和主機(jī)通訊的第三無線發(fā)射模塊連接；第四個(gè)從機(jī)有心率傳感 器，心率傳感器與第四單片機(jī)連接，第四單片機(jī)與和主機(jī)通訊的第四無線發(fā)射模塊連接；第 五個(gè)從機(jī)有紅外熱釋電傳感器，紅外熱釋電傳感器與第五單片機(jī)連接，第五單片機(jī)與和主 機(jī)通訊的第五無線發(fā)射模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的老人監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其特征是主機(jī)單片機(jī)與鍵盤連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種老人監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，主機(jī)與多個(gè)從機(jī)以無線通訊方式連接；所述主機(jī)包括單片機(jī)，單片機(jī)與電源管理模塊、語音模塊、液晶顯示模塊、GSM模塊、GPS模塊、無線接收模塊、三軸加速度傳感器及報(bào)警裝置連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，采用加速度傳感器(傾角傳感器)、心率傳感器、氣敏傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外熱釋電傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)老人身理及環(huán)境信號(hào)采集，具有低成本、低功耗、高性能、高可靠性、不侵犯隱私等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G08B21/04GK201853320SQ20102061945
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者丁浩, 劉毅, 華亮, 吳曉, 夏前亮, 姚娟, 才鑫, 王勝鋒, 薛源, 顧菊平, 魏緒亮 申請(qǐng)人:南通大學(xué)