基于51單片機的老年人拐杖摔倒報警系統的設計

趙志航 黃東 王詩琦 周勤 高凌峰

摘要：對于老年人摔倒這一日漸嚴重的問題現象，通過調研了解現有智能防摔設備，以及分析實際應用場景需要針對的問題后，提出了基于51單片機作為控制系統，并集合摔倒位姿判定、定位、報警、發聲等多功能的一種老年人拐杖摔倒報警裝置系統。

關鍵詞：防摔拐杖 51單片機 多功能 摔倒報警系統

1 前言

如何對老年人的摔倒進行及時報警，這個問題亟需解決，本文根據老年人摔倒的實際情況，設計了一種基于51單片機的老年人拐杖摔倒報警系統，實現了位姿判定、GPS定位、聲光報警功能，能有效提高老年人摔倒后的救助效率。

2 現有研究

在對于相關智能防摔設備的研究后，以下兩類系統最具代表性。

2.1 基于FPGA的視頻監控摔倒檢測報警系統

近幾年，圖像處理技術和大規模集成電路發展迅速，FPGA（field programmable gate array）的可編程性和強大的處理能力使其可以靈活、高效地應用于各種領域。

該系統由CMOS數字圖像傳感器，FPGA跌倒檢測平臺，通信系統和聲光報警系統組成，如圖1所示。CMOS數字圖像傳感器負責對老人生活的視頻數據進行采集，然后當采集到的數據傳送到FPGA摔倒檢測平臺后，通過摔倒檢測算法判斷老人是否摔倒，當檢測到老人摔倒后，GPRS通信模塊將會向外界發送信息，保證了老人摔倒的情況能及時被知曉，同時聲光報警模塊控制蜂鳴器與LED照明燈，實現了救護人員對老人的快速定位，避免出現救援不及時的情況。

2.2 老年人意外摔倒智能報警腰帶系統的研究

老人戴上硬件，并從父母的手機上安裝了軟件。硬件系統包括主控模塊、人體生理狀態檢測模塊、遠程通信模塊、摔倒檢測模塊、GPS定位模塊、語音報警模塊，如圖2。在硬件系統中，跌倒檢測模塊首先確定老人的狀況，如果跌倒，GPS定位模塊將識別老人的位置，并且聲音警告系統也將工作。此信息將發送到移動PPA，以通知年長的父母。此外，由于發現了針對人的生理狀態的建模模塊，父母可以隨時通過移動APP檢查其身體狀況。此系統的優點在于腰帶設計提高了系統的準確性，軟硬件結合的設計也實現了監護人對于老人生活狀態的實時掌握。

3 摔倒報警系統的功能組成

通過對于生活中的實際情況以及現有設備的研究，明確了摔倒報警系統需要有位姿判定、定位、聲光報警功能。單片機的各個引腳與外界模塊的電路連接，載入相關程序后便能實現這些功能。

單個的帶有芯片和各種模塊的微型計算機可以完成信息傳輸，無線傳輸模塊電路的集成的PT2272解碼與集成的PT2262編碼配對以執行傳輸功能和信號接收。

為此，社會各界提出了“扶老被訛”和“防訛不扶”現象的對策，以維護當事人合法利益。針對老年人獨自在外行走，突然發生跌倒時，旁邊沒有人可以提供救援及旁邊有人缺害怕因此負擔不必要的責任，我們系統首先采用位姿判斷確定老人是否摔倒，在確定老人摔倒之后，其他系統開始工作：定位系統發送位置到家人手機，聲光報警系統開始工作，吸引路人前來救援。

3.1 老人摔倒位姿判定

硬件上可以外加震蕩傳感器，檢測模塊將數據通過發射與接收信息模塊反饋給單片機，單片機根據此信息控制報警通道的打開。其他的位姿判定的硬件還包括紅外傳感器、觸碰傳感器、按鍵等，這些傳感器還可以采用串聯方式，進一步提高判定準確度。

3.2 老人摔倒定位

第二個是跌倒后老人的定位功能，此功能的硬件模塊是GPS定位模塊，它可以收集有關老人位置的信息，并通過信息模塊將其通過單芯片發送回微型計算機。具有芯片的微型計算機通過遠程通信模塊實現程序和硬件信息的傳輸。

3.3 聲光控制

最后是系統的聲光報警功能，當單片機檢測到摔倒的信號后，通過改變蜂鳴器以及LED燈的電位信號，實現了蜂鳴器報警以及燈光閃爍，在室外可以告知周圍人老人的緊急情況，以此尋求救護，在室內也可告知趕到的救護人員老人所在房間，提高救援效率。

4 結語

隨著我國老年人口的增加，老年人摔倒救護問題亟需解決，摔倒對于老年人的傷害是巨大的，除了引發其他疾病外，如果救助不及時還有可能存在生命危險，治療會消耗很多的醫療物質，還需要支付巨額的醫療費用，這對于一個家庭的打擊是沉重的。

本系統的位姿判定、定位、聲光報警能保證老人在跌倒后外界能及時知曉，前往救護，顯著提高救護效率，避免因救護不及時對老人造成更大的傷害，具有很大的社會價值。

參考文獻

[1]王鵬，王慧，孔凡寧等.基于FPGA的視頻監控摔倒檢測報警系統[J].電機與控制學報，2019，第23卷（8）：122-128.

[2]鄢麗娟，張彥虎.老年人意外摔倒智能報警腰帶系統的研究[J].電子技術與軟件工程，2018，（24）：61-63.

[3]王萌.老人失蹤與摔倒報警系統設計[J].科學與財富，2017，（31）.

[4]陳旭，向琦，陳芳.基于加速度傳感器的摔倒檢測報警系統設計[J]. 科技與創新，2019， （6）：56-57.

基金項目

國家級大學生創新創業訓練計劃--關懷式老年人摔倒保護及報警裝置（201910616016）。