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老龄化社会催生的跌倒检测报警系统的设计

王刚?? 北京工业大学?? 2015年08月17日 ?? 收藏7

2 硬件设计

硬件部分主要包括微控制器最小系统的选取、加速度参数采集模块、GPS定位模块、GSM通信模块,以及各个模块之间的连接。

2.1 Arduino平台

Arduino是一款基于开源的电子原型设计平台。Arduino包含两个主要的部分:硬件部分是可以用来做电路设计的电路板,基于AVR系列单片机和ARM微控制器,有丰富的外设接口和硬件资源;软件部分则是Arduino IDE,是在计算机中的程序开发环境[10]。Arduino的模块化设计,大大简化了电子系统的设计过程。

其中,微控制器最小系统选用Arduino Uno,它是基于ATMEL公司的ATmega328P单片机的硬件平台,具有32KB Flash、1KB EEPROM、14路数字输入输出口(其中6路可用于PWM输出)、6路模拟输入接口。同时,Uno预置了Bootloader程序,不需要其他外部烧写器,可以直接通过USB下载程序。

2.2 加速度传感器ADXL345

ADXL345是ADI公司最近推出的基于iMEMS技术的3轴、数字输出加速度传感器。ADXL345具有多种可变的测量范围,高分辨率,高灵敏度,超小的封装,超低的功耗,标准的I2C或SPI数字接口,32级FIFO存储,以及内部多种运动状态检测和灵活的中断方式等特性[11]。所有这些特性,使得 ADXL345有助于大大简化跌倒检测算法,使其成为一款非常适合用于跌倒检测器应用的加速度传感器。图2为ADXL345功能框图。

图2  ADXL345功能框图
图2 ADXL345功能框图

ADXL345标准的I2C数字接口可以和Arduino Uno的I2C接口方便通信,将ADXL345采集到的人体三轴加速度数据传给单片机进行跌倒检测算法处理,图3给出了ADXL345和单片机之间的I2C总线典型连接图。ADXL345的(CS) ?管脚接高电平,表示ADXL345工作在I2C模式。SDA和SCL是I2C总线的数据线和时钟线,分别连接到Arduino Uno相应的I2C总线接口(A4和A5)。ADXL345的INT1管脚连接到Arduino Uno的INT0(Pin 2),用来产生中断信号。

图3  ADXL345和单片机之间的I2C典型连接图
图3 ADXL345和单片机之间的I2C典型连接图

2.3 GPS定位和GSM通信模块SIM908

SIM908是一款集成了高性能GSM/GPRS引擎和GPS引擎的芯片。其中的GSM/GPRS引擎可以工作在GSM 850MHz,EGSM 900MHz,DCS 1800MHz和PCS 1900MHz四个频段;GPS引擎具有一流的采集和跟踪灵敏度、TTFF(Time-To-First-Fix)和准确度[12],这些特性可以很好地完成跌倒位置定位和发送报警信号的任务。在SIM908芯片上可以同时完成GPS定位和GSM通信功能,可以大大减少系统芯片的数量和功耗。图4为SIM908的功能框图。SIM908通过UART口与Arduino Uno进行通信,RXD和TXD分别与Uno的TXD和RXD相连,完成跌倒位置的GPS数据的捕获和发送GSM报警短信功能。

图4  SIM908功能框图
图4 SIM908功能框图

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本文来源于《单片机与嵌入式系统》


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Arduino? 跌倒检测?

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