基于STC89C52單片機的老人智能防護報警系統設計

王寶 佘遠俊 王雙 鮑承志 喻克松 王焰

本設計以STC89C52單片機為控制核心，主要由ADXL345加速度傳感器電路、蜂鳴器報警電路、GSM模塊電路、GPS模塊電路、助聽模塊電路等組成。比較詳細地給出了系統整體設計方案，并且給出了控制系統軟件流程，制作出了老人智能報警系統實物，實現了本文所設計的功能。

0 引言

目前市場上關于老人安全出行的產品很少，比較常見的產品如“防老人走失的GPS追蹤器”，這類產品僅僅具有追蹤的功能，它們功能單一實用性不夠強，導致使用者不多，本產品老人智能防護報警裝置針對目前市場上此類產品的缺點，綜合老人出行可能遇到的主要風險，增加了諸多必要的安全防護功能，側重于預防老人行進中的安全問題，設計的產品有以下幾大創新點：

（1）當老人跌倒時，會自動觸發報警裝置，首先蜂鳴器鳴叫報警提醒路人給予幫助，延時一段時間，老人仍未站起，系統自動輪訓向最親近的四個家人撥打緊急求救電話，直到接通為止，大大提高報警成功率；

（2）當老人突發疾病身體不適時，手動使用按鍵一鍵報警，系統自動輪訓向最親近的四個家人撥打緊急求救電話；

（3）當老人遇險時監護人利用GPS定位功能隨時確定老人位置，同時也可防老人走丟；

（4）助聽功能，幫助聽力有障礙的老人聽見周圍的危險信號，減少出行的安全隱患。

1智能防護報警系統總體設計

智能報警系統總體框架圖如圖1所示，STC89C52為核心控制系統，ADXL345傾角傳感器實時采集老人在日常活動中產生的傾角數據，然后將數據送到單片機STC89C52進行處理，并判斷老年人的運動狀態。當系統檢測到跌倒發生時，發出報警聲音提醒老人和周圍的人，并且能夠將報警短信發送到相關人員手機上。

2控制系統硬件電路設計

2.1 STC89C52單片機最小系統說明：

STC89C52單片機最小系統由電源、晶振、復位電路三部分組成。擁有這三部分電路后，單片機即可正常工作。STC89C52單片機最小系統原理圖如圖2所示。

（1）VCC和GND為單片機的電源引腳，為單片機提供電源：

（2）STC9C52單片機復位電路由三部分組成，如圖2所示分別為按鍵S1、電容EC1和電阻R1。具有程序自動復位手動按鍵復位和上電復位三種復位方式。在程序運行過程中如果程序長時間失去響應，單片機的自動復位機制如看門狗就會自動復位重啟，這就是程序自動復位；當運行程序時，如果出現意外狀況導致程序死機，這時候就手動按下復位鍵，程序就會重新運行，這就叫做手動復位；單片機在意外斷電情況下可能會丟失部分數據，為了保證單片機正常運行，上電后單片機會進行一個內部初始化的過程，這個過程就是上電復位。

2.2 5V電源電路設計

本系統選擇5V直流電源作為總電源，為整個系統供電，電路簡單、穩定。DC為電源的DC插座，LED為紅色LED燈，作為系統是否有點的指示燈，電阻為1K電阻，起到限流作用，保護LED燈，以防電流過大，燒壞LED燈。SW為自鎖開關，開關按下后，紅燈亮，此時系統電源5V直流輸出。開關再次按下后，紅燈滅，此時系統電源無5V電源輸出。

2.3 LED信號指示燈電路設計

LED發光二極管，它一般作為指示燈和顯示板，它是二極管的一種，因此也有陰極和陽極，LED方向必須接對了才有電流通過，小燈才會發光。VCC接5V電壓，LED自身壓降大約為2V。在電路中，電阻通常稱之為“限流電阻”，它的作用是保護LED燈。只要單片機的控制引腳拉低，則LED燈亮，否則，LED燈不亮。其具體電路原理圖如圖4所示。

2.4 SIM800AGSM模塊電路設計

GSM模塊實現遠程信息交互，本系統采用SIM800A。SIM800A是一款兩頻GSM/GPRS模塊，為SMT封裝。它具有性能穩定，價格適中，操作溫度范圍跨度大，質量輕等一系列特點。SIM800A供應電壓范圍為3.4V—4.4V，工作頻率為GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗實現SMS和數據信息、語音的傳輸。SIM800A尺寸為24*24*3mm，適用于本產品的設計需求。且在短信方面有點對點、短信廣播、文本和PDU模式三大特點。

2.5按鍵電路設計

在本設計中，采用的是獨立按鍵，它們各自與獨立的輸入線連接，按鍵作為系統的輸入，起到了人機交互的樞紐作用。當S2按下后，形成一條通路，單片機的相關引腳則變成低電平。當按鍵松開后，線路斷開，電流不能通過，相關引腳變為高電平，進而實現對系統的手動輸入。其電路原理圖如圖5所示。

2.6 蜂鳴器報警電路設計

如圖6所示蜂鳴器電路，因為蜂鳴器電流相對較大，因此采用三極管驅動，外加100歐限流電阻，D4為續流二極管，它避免了斷電時由于電感電流造成的反向沖擊。電路中采用三極管9012來驅動，當單片機控制引腳為低電平時，蜂鳴器就會鳴叫報警，當單片機引腳為高電平時不鳴叫，因此可以通過控制單片機引腳方波輸出形式控制蜂鳴器的鳴叫方式。

2.7 ADXL345傾角傳感器模塊電路設計

本設計選擇傾角傳感器ADXL345模塊實時檢測相關的狀態信息。ADXL345提供特殊的運動偵測功能，可以靈敏感應出某一軸向加速度是否超過用戶設定值，判斷出物體是否跌落，非常適合移動設備應用。ADXL345是一款小而薄的超低功耗3軸加速度計，測量范圍達± 16g，分辨率高（13位）。ADXL345模塊內部電路圖如圖7所示。C1-C4為濾波電容。R2、R3為上拉電阻，讓信號輸入更加穩定，U2即為穩壓芯片，它的功能是實現5V直流電轉化為3.3V直流電。D1為電源指示燈，R1為限流電阻，來保護LED燈D1。

2.8 助聽部分電路設計

助聽器主要由麥克風、放大器、受話器、電池、各種音量音調旋鈕等元件組成。聲信號經麥克風轉換為電信號，通過放大器放大后，由受話器將電信號還原為聲信號傳至人耳。

3 控制系統軟件設計

3.1 keil軟件設計思想

KEIL軟件是美國Keil Software公司出品的單片機C語言開發系統，它擁有方便的集成環境、強大的仿真軟件。而且簡單的單片內形都是使用這種開發軟件的，它可以降低開發周期，從而減少很多成本，因此選擇keil軟件。

3.2 程序流程圖

本系統設計采用keil軟件編寫與調試程序，采用C語言編寫代碼。系統運行流程圖如下圖所示。

4系統調試與焊接

4.1電路的焊接

本次采用手工焊接的方式，進入無塵實驗室，準備好需要的材料，接下來就是加熱焊絲，將燒熱的電絡鐵放在器件管旁邊，將電烙鐵溫度調整在400攝氏度左右，加熱2秒鐘，在焊接過程中，當需要把焊接好的元器件卸下來，則也需要給焊接處進行加熱的，首先在焊接處補好焊錫絲，使焊點是圓潤的，然后用電洛鐵在焊接處進行加熱，在加熱的過程中就可以直接把元器件卸下來了。有時候也會出現焊接不夠完美的，這時候需要進行補焊的。主要是兩種情況的，第一種是焊錫不夠，焊接點不圓潤，這時需要給焊接處補焊錫，第二種是焊錫過多，這時候可以用電洛鐵放在焊接處來回的滑動，會把多余的焊錫帶走，這樣就解決了這些問題。

4.2 系統程序調試

在Keil4軟件中先創建一個工程：在菜單欄中選擇工程創建，輸入工程名稱，然后在新建的空白文本中編寫程序源代碼，編寫完成后存為.c文件。最后就是編譯程序了，系統會對文件進行運行，如果提示有錯就對應去修改，最后在輸出窗口中可看到提示信息，如圖10所示。

5硬件電路的測試

最后一步就是檢查每一個器件是否正常工作，整體功能是否可以實現了。主要運用萬用表、直流電源和示波器，第一使用萬用表調試，檢查電源是否短路，然后測量管腳是否正確連接，接線是否正確第二步就是上電檢查，上電后觀察器件工作狀態，并逐一測試其功能。經過測試系統正常工作，實現了老人跌倒自動報警，輪詢撥打電話，定位防走丟等功能。

6 結束語

本設計以STC89C52為核心控制系統，通過ADXL345傾角傳感器采集老人身體傾角狀態，判斷出老人是否發生危險，從而智能化的給出警報信息，而且GPS定位和助聽功能能有效防止意外的發生。解決了市場同類產品功能單一，不能智能化報警等問題。

作者簡介：

王寶（1996—），男，大學本科，研究方向：無線傳感網，物聯網工程，就讀于重慶第二師范學院。

佘遠俊（1976—），男，碩士學位，高級工程師，研究方向：物聯網通信技術，就職于重慶第二師范學院。

王雙（1996—），男，大學本科，研究方向：Web前端，軟件工程，就讀于重慶郵電大學。

鮑承志（1998—），男，大學本科，研究方向：無線傳感網，物聯網工程，就讀于重慶第二師范學院。

喻克松（1994—），男，大學本科，研究方向：無線傳感網，物聯網工程，就讀于重慶第二師范學院。

王焰（1996—），男，大學本科，研究方向：無線傳感網，物聯網工程，就讀于重慶第二師范學院。

基金項目：重慶第二師范學院大學生科研立項基金（KY20180101）