基于单片机的老人防跌倒报警器的设计

开发研究老人跌倒报警系统的设计于浩李姿*(沈阳工学院信息与控制学院，辽宁抚顺113122)摘要:本设计基于52单片机的老人跌倒报警系统，其目的是防止当老人受到外界作用摔倒后，长时间无法得到救助而引发一系列危险情况的发生。

设计中的主要传感器有3轴加速度传感器、GPS定位模块、GSM信号发射模块。

该设计具有快速反映老人跌倒，并能快速发出警报,增加被救助机会,减少伤害。

关键词:跌倒检测;GPS定位；GSM通讯1设计背景中国人口老龄化的问题已经是政策难题。

对于人数众多的老年人群体,日常生活中的安全问题就成了社会发展、科技发展中的关键问题。

如何减少老年人在外出行走时出现突发情况后引发危害，是我们需要考虑的问题与难点O 据世界卫生组织报告,2002年鋼有39.1万人死于跌倒,其中60岁以上的占50%以上,70岁以上的占40%,大约40%〜70%的跌倒会造成伤害，跌倒已经威胁到老年人的生命安全。

因此，采取一定措施为老年人提供救助是十分必要的。

本设计的老人跌倒报警系统可以有效解决老人摔倒后长时间无人救助这一问题。

设计中采用了通信和计算机技术。

可以在短时间内迅速检测老人是否发生跌倒并向家人发出警报，减少老年人跌倒后发生的二次伤害的现象。

2设计原理老人跌倒报警系统采用了STC89C52单片机为核心控制芯片，硬件电路配有加速度检测系统，可以检测当老人摔倒的一瞬间发生的角度变化,并将数据信号发送至单片机;外部电路还配有GPS定位系统,该系统可以更好地定位老人在摔倒后具体位置，增加救援几率;GSM模块是一款插入手机卡就可以发送信息的通讯模块，该模块在确认老人摔倒后，会向存储程序中的用户发送数据信息,增加救援机会。

本设计的具体功能分为5部分：(1)控制部分采用了STC89C52单片机作为控制器，该单片机是一款高性能、低功耗的8位微型控制器, STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进，使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。

单片机控制的老人防跌倒系统硬件设计探讨一、引言老年人防跌倒系统是一种针对老年人跌倒引发的意外伤害而设计的辅助设备。

随着人均寿命的延长和老龄化问题的日益突出，老年人的健康和安全问题备受关注。

因此，研发一种能够及时检测老人跌倒并及时报警的防跌倒系统具有重要的现实意义。

本文将探讨一种基于单片机的老人防跌倒系统的硬件设计方案。

二、硬件设计方案（一）嵌入式单片机嵌入式单片机作为老人防跌倒系统的核心控制部件，负责采集和处理各种传感器信号，并实现与其他硬件模块的通讯和控制。

可以选择性能稳定、功耗低的常见单片机，如STM32系列、ATmega系列等。

通过编程控制，实现对传感器数据的采集、数据处理算法的运行和报警功能的触发。

（二）三轴加速度传感器三轴加速度传感器用于检测老人的行为动作，如跌倒、活动强度等。

通过感应老人身体的加速度变化，来判断是否发生了跌倒事件。

常用的三轴加速度传感器有MPU6050、ADXL345等，可直接通过I2C或SPI接口与单片机通讯。

（三）压力传感器压力传感器用于检测老人是否跌倒。

可将其放置在老人常踩的位置，如床底下、地面上。

一旦老人发生跌倒，传感器就会感应到来自地面的冲击并进行判断，通过与单片机的通讯，触发报警系统。

常见的压力传感器有薄膜式压力传感器、压阻式压力传感器等。

（四）红外传感器红外传感器用于检测老人是否离开了指定区域，如床边或房间门口。

通过发射和接收红外信号，并进行距离的计算，可以实现老人是否越过了限定区域。

常用的红外传感器有红外对射传感器、红外反射传感器等。

将红外传感器放置在限定区域进行监测，一旦老人离开区域，即触发报警系统。

（五）无线通信模块无线通信模块用于将报警信号发送给监护人或医护人员。

可以选择WiFi模块、蓝牙模块、GSM模块等进行数据传输。

通过与监护人的手机或电脑相连接，实现实时的数据传输和报警信息的发送。

（六）功放与喇叭功放与喇叭用于播放报警音。

当系统检测到老人发生跌倒或离开限定区域时，通过控制功放输出报警音，提醒附近的人员注意。

基于51单片机的防摔倒报警器设计与实现设计与实现基于51单片机的防摔倒报警器摔倒是老年人出现的常见问题之一，而老年人的骨骼和身体机能比较脆弱，如果不及时发现摔倒情况，可能会导致严重后果。

因此，设计一款基于51单片机的防摔倒报警器，可以及时监测老人的摔倒情况，发出报警信号，提醒周围的人们。

1.系统设计（1）摔倒检测模块：通过加速度传感器检测老人是否摔倒，加速度传感器可以感知老人体重在地面上的状态，如果发生突然的变化，则表示可能发生摔倒。

（2）报警模块：使用蜂鸣器作为报警器，当摔倒检测模块检测到摔倒事件时，触发报警模块发出蜂鸣声。

（3）控制模块：使用51单片机作为控制器，通过编程实现数据的采集、处理和控制，当摔倒事件发生时，控制报警模块发出报警信号。

2.系统原理加速度传感器的原理是基于质量对加速度的感知，当有外力作用于传感器上时，传感器将产生电压变化。

通过对加速度传感器的信号进行采样和处理，可以得到老人体重在地面上的状态。

当传感器监测到摔倒事件时，会向51单片机发送一个信号，51单片机接收到信号后，会触发报警器发出报警声。

3.系统实现（1）硬件设计：硬件部分主要由51单片机、加速度传感器、蜂鸣器和其他必要的电路元件组成。

将加速度传感器与51单片机连接，通过IO口进行数据传输。

将蜂鸣器与51单片机连接，通过IO口进行控制。

（2）软件编程：软件部分主要包括数据采集、数据处理和报警控制三个部分。

首先，在数据采集过程中，通过读取加速度传感器的数值，获取老人体重在地面上的状态。

然后，在数据处理过程中，判断传感器数值是否发生突然变化，如果发生变化，则说明摔倒事件发生。

最后，在报警控制过程中，触发报警器发出报警声，可以通过设置蜂鸣器的IO口为高电平来实现。

4.系统应用总结：。

《传感器与检测技术》跌倒检测器摘要：随着人口老龄化进程的加快，老年人监护和医疗问题正成为一个重大的社会问题。

老年人意外受伤害的首要原因就是跌倒，因此，研究助老产品——跌倒检测器，将大大改善老年人的健康品质，对构建和谐社会的意义重大。

本课题设计了一种基于多传感器的老年人跌倒检测报警系统，依托嵌入式单片机STM32F101R8T6，利用普通的加速度传感器，对人体的空间三个方向的加速度值进行采集，倾角传感器采集人体的前后和左右倾角值，并且脚底压力传感器感知脚部的压力值。

关键词：跌倒检测，多传感器，倾角传感器1 前言1.1 课题背景21世纪的来临，使全世界范围内人口老年化的进程加快，在这种全球趋势的情形下，中国也不例外，随着我国人口老年化进程的加剧，社会对这一群体的健康保障将承担越来越艰巨的责任。

年龄的增长，身体解剖组织结构和生理代谢发生变化，由于自身疾病或者外界的影响，老年人常会发生意外跌倒，有时候甚至是健康的老年人也会发生，据国外研究机构统计，约有的超过65岁的老人平均每年发生一次跌倒，且随着年纪的增加，概率也增加，而本身身体有病痛或者伤害的老人，就更容易发生意外的跌倒。

而跌倒次数巨大的背后，是由跌倒带来的辅助治疗所需消耗的高昂费用，以及照顾跌倒人群消耗的巨额社会资源，有研究表明，社会支付的医疗费用超过50万亿元，而付出的代价则为160-800万亿元人民币。

然而，跌倒造成的伤害不仅体现在身体的即时受伤，还体现在未得到及时的帮助而造成的所有后续恶劣影响。

所以，针对跌倒问题，除了做好事先防范工作之外，如安全教育等，还应该在发生跌倒时，最快的将受伤人员送往医院进行救治，所以发明一个能够实时监测到跌倒并通知医护人员救治的产品很重要。

1.2 国内外研究现状目前对老年人跌倒检测技术相关研究主要的研究成果是利用加速度传感器检测装置,监测在跌倒事件发生时人体各方向加速度值，利用阈值检测或者模式识别的方法，对老年人的身体姿势状态进行实时检测，算法判断到处于跌倒状态后，再利用远程无线报警系统进行报警，通知护理人员进行救治，实现老年人的远程监护。

工程学院毕业设计说明书(论文)作者：学号：学院：电气工程学院专业：通信工程题目：基于51单片机的防摔倒报警器设计与实现指导者：评阅者：2021年5月摘要如今,由于政策和自然的人口增长，从整体来看，我国已经进入社会老龄化阶段。

对于行动不便的老年人来说，摔倒、滑到可能会造成严重的后果，甚至在一些案例之中导致了老年人的死亡。

而如果老年人再摔倒之后不被扶起，他们凭借自己的能力无法起身，那么造成严重后果的可能性就会进一步增大。

但近些年来，出现了许多老年人碰瓷的恶性事件，这使人们陷入了扶与不扶的两难境地。

医院里住院率和死亡率也因为老年人跌倒情况的发生而不断的升高,同时老年人跌倒也给其家人带来了悲痛的情感和沉重的经济负担。

社会上因为老年人跌倒而发生的不良现象层出不穷，不少讹诈团伙因此出现敲诈人们的钱财，这种现象的出现降低了整个社会的道德素养，更可能会影响到青少年的身心发展。

所以，研发一款能够对老年人的各项活动进行实施管控，将老年人的信息与数据实时反馈到家人或警方。

这将会非常明显地降低老年人因为摔倒、滑到所造成的身体损伤后果。

从而使得家人放心，老年人安心。

本论文在着手进行相关研究之前，对于国内外关于老年人跌倒检测报警器进行了细致的资料手机，经过研究，我们提出了了一中基于ADXL345传感器技术的“老年人跌倒检测及报警方案”。

在日常生活中，利用这种技术，对老年人自身活动所产生的倾角的数据进行实时采集，然后再把收集到的数据发送给单片机上，达到监测老年人的运动状态的目的，使老年人的家人和警务人员能在老年人发生危险情况的第一时间做出反应从而保证老年人的安全。

关键词：老人防跌倒；定位；监测报警；单片机AbstractNowadays, the population aging in the society is gradually intensified. We often see that the old people fall down and there is no one to help them, which leads to the death of the old people. We also feel helpless for this kind of tragedy, because we are afraid that we might be blackmailed by himself or his family after helping the old man. The hospitalization rate and mortality rate in hospitals are also increasing due to the occurrence of fall among the elderly. Meanwhile, falls of the elderly also bring sad emotions and heavy financial burden for their families. In the society, many bad phenomena occur because the elderly fall down in an endless stream, so many blackmail gangs extort people's money, which reduces the moral quality of the whole society and may affect the physical and mental development of teenagers. Therefore, under the premise of not affecting the normal activities of the elderly, monitoring the activities of the elderly by scientific means, and calling the police for help immediately after the detection of the elderly fall can effectively reduce the health injuries and medical expenses brought by the elderly fall.After research, we studied the "fall detection and alarm scheme for the elderly" based on the ADXL345 sensor technology. In daily life, using this technology, the data of the dip angle generated by the elderly's own activities is collected in real time, and then the collected data is sent to the single-chip microcomputer to achieve the purpose of monitoring the exercise state o f the elderly. To ensure the safety of the elderly.Key words: the elderly fall; orientation; monitoring; single-chip目录第一章绪论 (3)1.1概述 (3)1.2 国内外防跌倒报警器的设计情况 (3)1.3本文的安排 (4)第二章关键技术概述 (7)2.1单片机 (7)2.2GPS (7)2.3GSM (8)第三章系统设计与硬件方案 (11)3.1系统方案的确定 (11)3.2系统的功能分析及体系结构设计 (12)3.2系统硬件的选择 (13)3.2.1 单片机芯片的选择 (13)3.2.2声音报警电路方案的选择 (14)3.2.3倾角传感器的选择 (15)3.2.4无线遥控模块的选择 (16)3.3系统硬件确定 (17)3.4模块电路的设计 (17)3.4.1 STC89C52单片机电路设计 (17)3.4.2 5V电源电路设计 (20)3.4.3 LED信号指示灯电路设计 (21)3.4.4 GSM_SIM800A模块电路设计 (21)3.4.5UBLOX模块NEO-6M GPS模块电路设计 (24)3.4.6 蜂鸣器报警电路（低电平有效）设计 (24)3.4.7 ADXL345倾角传感器模块电路设计 (25)第四章系统软件设计 (27)4.1 编程语言选择 (27)4.2单片机程序开发环境 (27)4.3 Keil uVision4软件开发流程 (28)4.4 STC-ISP-15xx-v6.85p程序烧录软件介绍 (29)4.5 PL2303串口程序烧写模块 (30)4.6 程序流程图 (31)第五章系统焊接与调试 (33)5.1 电路焊接 (33)5.2 系统调试 ............................................................... 错误!未定义书签。

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---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ＳＶＭ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ＧＰＳ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９0％，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-chip 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 not. 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 behavior 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 (1)1 概述 (4)1.1研究背景及意义 (4)1.2研究现状 (4)1.3应用前景................................................................... 错误!未定义书签。

单片机控制的老人防跌倒系统硬件设计探讨摘要：老年人是我国社会发展进程中的重要群体，但是他们也存在着一定的缺点，其中最常见的就是跌倒。

为了解决这一问题，本文提出了一种基于单片机的老人防跌倒系统的设计方案，该方案采用了单片机、加速度传感器、红外传感器和报警器等硬件设备，实现了老人跌倒的检测和报警功能。

同时，本文也给出了系统的软件设计方案，以供参考。

关键词：老人；防跌倒；单片机；硬件设计Abstract: The elderly are an important group in the process of social development in our country, but they also have certain shortcomings, the most common of which is falling. In order to solve this problem, this paper proposes a design scheme of an elderly anti-falling system based on microcontroller, which uses microcontroller, acceleration sensor, infrared sensor and alarm and other hardware devices to realize the detection and alarm of the elderly fall. At the same time, this paper also gives the software design scheme of the system for reference.Keywords: Elderly; Anti-falling; Microcontroller; Hardware Design。

老人跌倒警报器的设计老年人跌倒是导致骨折和其他严重伤害的主要原因之一，因此老人跌倒警报器的设计变得越来越重要。

一款有效的老人跌倒警报器不仅能及时发出警报，还能提供准确的位置信息，以便紧急救援人员能够迅速到达。

在本文中，我们将设计一款高效的老人跌倒警报器，以满足老年人的需求并保障他们的安全。

老人跌倒警报器的设计需要考虑老年人的特殊需求。

老年人通常不喜欢使用复杂的设备，因此警报器应该简单易用。

考虑到老年人可能患有视力和听力障碍，警报器的警报声音应该清晰响亮，同时还要有明确的视觉提示，便于老年人迅速发现。

老人跌倒警报器的设计应具备定位功能。

当老人发生跌倒时，紧急救援人员需要迅速到达现场进行救援。

警报器应该能够准确地定位老人的位置，并且能够通过电话或短信向紧急救援人员发送位置信息。

这样，紧急救援人员就可以快速有效地找到老人，进行及时的救援。

老人跌倒警报器的设计还需要考虑老年人的日常生活习惯。

老年人通常会在家中进行日常活动，因此警报器应该设计成便于佩戴的小型设备，可以随身携带，不会给老人带来束缚感。

警报器应该具备防水防摔功能，能够适应老人日常生活的需求，不受外界环境的影响。

为了满足以上需求，我们将设计一款老人跌倒警报器，该警报器可以实现简单易用、定位准确、便于佩戴、防水防摔等功能。

我们将采用小巧轻便的设计，将警报器设计成类似手表或者项链的外观，便于佩戴在身上。

我们将在警报器中搭载GPS定位芯片，当老人发生跌倒时，警报器可以通过GPS定位获取老人的精确位置，并实时发送给紧急救援人员。

警报器还将配备SIM卡，可以通过移动通信网络实现电话或短信通讯，以便老人和紧急救援人员之间进行沟通。

警报器将配备一块大尺寸的按钮，老人只需简单地按下按钮即可触发警报器。

警报器还将配备高分贝的警报声音和明亮的LED指示灯，以便老人发出警报后能够吸引周围人的关注。

在外观设计上，我们还将采用柔软的材质和圆润的边角，以防止老人在使用过程中被刮伤。

基于51单片机的无线跌倒报警系统设计摘要：本无线跌倒报警系统采用STC89C52单片机，其经典MCS-51内核，CMOS 8位微型控制器性能好，并拥有8K字节系统可编Flash存储器，通过ADXL345倾斜传感模块实时输出的倾斜角数据，控制蜂鸣器警报。

该设计用法很简易，而且成本低，跌倒检测快速准确，满足了老年人在日常生活中意外跌倒的能够及时报警和救助的要求和功能。

关键词：老人防跌倒；ADXL345；STC89C52目前，由于如今社会逐步加剧的老年人口数量，我们在新闻中经常能看到老人跌倒了无人扶，进而导致老人的死亡。

因为怕扶了老人，会被反过来赔偿。

所以就有了老年人在摔倒后没有谁去救，就会慢慢的把摔伤放大严重的话会死去，很大程度的加剧了社会经济负担。

因此，为了能够有效减小老年人在跌到时造成更多的伤害，在不影响老年人的正常生活的情况下，设计一款无线跌倒报警系统，在发现跌倒后能够迅速求助，极为重要【1】。

1 系统的功能分析及体系结构设计1.1 系统整体设计本设计由STC89C52为核心，加上ADXL345倾角传感器电路、人机交互电路、鸣叫警报电路以及电源电路组成。

系统具体框图如图1.1所示：图1.1 系统框图1.2 模块电路的设计1.2.1 STC89C52单片机核心系统电路的设计1统电路是三个重点为：电源、晶振、复位。

5V的电源，然后就是的晶振（11.0592MHz），晶振和系统关系就像是合作，接着两个电容（30pF）就是负载，接到X1和X2引脚，最后RST接电阻R1到GND，接EC1到电源。

1.2.2 蜂鸣器报警电路设计该设计中使用蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，VCC为其提供电源。

此模块作为老人跌倒时的警报模块，电路中将三极管9012作为驱动，当单片机接收到低电平信号时，蜂鸣器则发出鸣叫警报，反之则不警报，也可以自己通过设定去把警报的声音改为自己喜欢的鸣叫方式。

图1.2鸣叫警报电路图1.2.3 ADXL345倾角传感器模块电路设计选择倾角传感器ADXL345模块实时检测相关的状态信息。

基于单片机的老人跌倒检测装置设计
 设计了一种基于单片机的老人跌倒检测装置，采用加速度、陀螺仪传感器采集原始信号。

在进行数据融合时采用自适应互补滤波算法，从频域角度消除噪声。

针对该装置设计了一种计算量小的跌倒检测算法，并且加入了GPS 定位装置和GSM短信模块。

实验证明该跌倒检测算法计算量小、误判率低，并且能够实现精准定位。

 研究表明，老年人跌倒发生率高，后果严重，是老年人的首位伤害死因。

而且跌倒的发生概率会随着年龄的增长而升高，如果能够及时救助，可有效降低跌倒老人的死亡率。

 目前研究开发人体跌倒检测系统方面的技术主要有两种：图像分析法和加速度分析法。

基于图像分析法，准确率高，但是检测算法繁琐，成本高，不方便携带。

基于加速度分析法，不但成本低，而且不受环境的限制，功耗低，方便携带。

 1系统总体设计。