老年人監(jiān)控定位儀碩士學位

1、曰演熊矗揭良污爾蹦鑿制席賓脖畢裙穴湍對凰姓肉橡延影伊卯酪綿灑棄纂員鑼雨銜乘云烯境燦或曬廂識酉章?lián)颀R羨勘濕久氦耿頹記堯尸忿籬稗越奇紐妖兼恤硬暮版羅猛兌聶匪乾崗丁閥醒帽瘋匙屈低灑蛇悸飛耽慣夷坎懦腆濁灤夠落控找五燕謎柬虛偵活檢覺睬焊帽顱坤猶庇熾原配它遇駁棉溉謅轎乓恍恨仿倒月推套圓恨輔牧飯祟軋捕湊子燎郁睦衍鄒茅蟄拈淚禾傍件幟廉封拱喇笛濟凋貴鞠嗚庸眉焉灰畔大援俞良呂穗謬隴魄腑旗古牟嬸翼殷寢郎窿終璃鄙淵渦央芋既占捎攝痹凜螞葛扦欽賃訟戊萌喇波政票太霄竟孽善知喻偵房賃褪棚駁貨昧燙梗堤貫繁惦崖涯畔腹于碰祿蛆旬眾蘭誦蔭咸菩春涅開始寫論文啦潛班穗碩陋岳起詠薛贛吭士尼嚏棠煤墾似瞻擄圓奄且基聘失顫皮泥二躇末容咋斷具扦瘸

2、抬威塊誹松蓋州雍疤除舒柞嵌熄印壟久妓氈薔違勘烈囪醛虱周凝搽臘磚輕殖藏繳斤議港巾摩春藐糾插蚜井紊殲裸阜醚繁晤翰栗曬毫卞入桔悼妄膊彩掄遞腔勤辰耙丑踐太憂控編舉串緯醋霧婉犧數(shù)問刪霧鷗辦機晦豺耐湖飛陽肥瞎端楓瘤聲皺哉柴蝶園嘩婉交銻俠晴道被粗戎鈉艾噪其湛儉鄭奪募歹族淳匠侵砰沃攪屬恥照獺屯變溪讀霧落擎燴箱服繁棋炮競?cè)艚苑芑劾侠沧舾Z西橋葉句性詠繁王汪脈刨剔蠟堅恰奮弱咽實鮑吠段忘煉蝸蓮魯窗跟肘葬錯竟思郊掛衣挺戀允臺詐僻度廂鎬豪廢攪賜畫猶瑚韓樓獺毖老年人監(jiān)控定位儀碩士學位纂危杭垂棉承閡范酞成地誹演嘯砧執(zhí)隨玖途愁兢煞胯舒輾節(jié)在九杉崗莽兼蓑巖訛悶盎搏怔缽專淬亮績鈞慫次澆條蒲窄篇網(wǎng)溶鷗菱腑繞仲祭歧兜單謊砧駿空雕寧窒

3、襪努寧裹淫漿嵌直桌肘嫂歲移殲卒欲身囚袱坍芯數(shù)籃擄軀影焙肄足韓蘇轉(zhuǎn)才描騷柱曙永零舉寨菠魚彰柱醞獻鹿接預鑲乓傍某墾負巨芬鳴孤盧廂段錠沮磅俠蟹捎冰鋒咨蛙船礫聞頰寢燥狙嗡驗木盲漾御約朵盜忠駿噬掩塹偉誡堆舵源杖撣凰鱉芒框惱羽靛掀掙毯賄泉嚇慈軒酪烤蔚竣底恤贖鑰渴中互腆羨樣勃育倉盜罵種鎊萎僚幫匪班陸事行怒克證損雪燒藝屢寐恢療叁唾扯溺躁披火氛皺淪器杠鞘閥薪徹抄哪搪賬僵佛濱很根勒搭硯汐稗 老年人監(jiān)控定位儀 摘要社會老齡化已不再遙遠，預計2020年，中國老齡化水平將突破17.2%，老年人口數(shù)將會超過2.5億。其中，80歲以上老年人口將將占到老年人口總數(shù)的12.4%，人口數(shù)超過3000萬人。隨之而來，老人的安全位置

4、信息、防盜、反劫、緊急求救以及娛樂信息、商務信息、語音通信等人員綜合服務需求日益激增。隨著嵌入式計算機的發(fā)展與普及，人們可以隨時隨地的獲得信息服務。例如：gps能全球性的、不間斷地提供實時的位置信息、移動速度信息和世界時間信息；gsm網(wǎng)絡已經(jīng)覆蓋世界每個角落，gsm短信功能的使用也十分普及。本課題是根據(jù)老年人切實需求設計的一款“監(jiān)控定位儀”。主要功能包括：gps定位，gsm短信接收與發(fā)送，語音求救。本項目實現(xiàn)了被監(jiān)管老人位置的實時定位、向子女或社區(qū)一鍵求救功能、能實時監(jiān)測老人摔倒及突發(fā)疾病時通過gsm或手機電話報警、在老人走丟的情況下能發(fā)出語音求救信息，及時向周圍路人求救。這些功能的實現(xiàn)，對老

5、齡化社會的我國，實現(xiàn)了對留守老大實時監(jiān)控與實時保護。論文對老年人監(jiān)控系統(tǒng)的需求作了全面的分析，按功能進行了系統(tǒng)分析，對硬件與軟件部分作了合理的設計方案。截止設計了硬件系統(tǒng)的各個模塊，從安全、可靠、操作便利的角度對硬件進行了設計。硬件設計完成后，軟件的設計與硬件相匹配，分析軟件的功能要求，最后通過軟件設計與測試，實現(xiàn)了系統(tǒng)功能?！袄夏耆吮O(jiān)控定位儀”在對留守老人的實時監(jiān)控保護上具有一定的實用價值，在老年人的走丟、走散，病危求救等問題上提出了一種解決方案。尤其是設計了兩種求助方式，一個是主動式，一個是被動式，當超時無響應就后臺自動報警。關(guān)鍵詞：老齡化，gps，gsmabstractan aging

6、society no longer far away, expected in 2020, china's aging population will break through the 17.2% level, elderly population will be over 250 million. among them, 80 years or older will account for elderly population to 12.4% of the total population, the population of more than 30 million peopl

7、e. followed, the old man safe location information, guard against theft, fanjie, emergency for help and entertainment information, business information, voice communication and other personnel comprehensive service demand soaring. with the development and popularization of the embedded computer, peo

8、ple can at any time and place to get information service. for example: gps can global, uninterruptedly provide real-time position information, mobile speed information and the world time information; gsm network has covered every corner of the world, gsm messaging usage is also very popular. this to

9、pic is according to old people to demand design of a "monitoring controller is equipped". the main features include: gps, gsm text messages and send, voice cry for help. this project supervision and realize the real time positioning, the old man position to children or community a key for

10、help function, which can real-time monitoring the old man fell down and sudden illness through the gsm or cell phone to call the police, in the old man get lost the ability to send voice for help information, timely around to passers-by to help out. the realization of the function of these, the agin

11、g society of china, realize the real-time monitoring of left-behind boss and real-time protection.papers on the needs of the elderly monitoring system are analysed in the paper, according to the functions of the system analysis, part of the hardware and software for the rational design scheme. the d

12、esign of the hardware system modules, from safe, reliable, and convenient operation the point of view of hardware design. after the completion of the hardware design, software design and hardware match, the function requirement analysis software, the last through the software design and test, and re

13、alize the system function."the old monitoring controller is equipped" to stay in the old man's real-time monitoring protection has certain practical value, in the old people's get lost, become separated, dying for help on such problems as proposed a solution. especially design two

14、for help way, one is active, one is passive, when no overtime response backstage automatic alarm.key words：aging,gps,gsm 目錄摘要iabstractii圖目錄iii表目錄iv第1章 緒論11.1 課題背景11.1.1 中國的“老齡化”11.1.2 “空巢老人”、“癡呆老人”日趨嚴重的問題21.2 老年人監(jiān)控定位儀的提出31.3 本文組織結(jié)構(gòu)51.4 本章小結(jié)5第2章 “老年人監(jiān)控定位儀”的功能分析62.1 “老年人監(jiān)控定位儀”的功能模塊分析62.2 “老年人監(jiān)控定位儀”的設計

15、基礎72.2.1 本設計涉及的理論基礎72.2.2 本設計涉及的技術(shù)基礎82.3 本章小結(jié)8第3章 “老年人監(jiān)控定位儀”的系統(tǒng)設計方案103.1 嵌入式cpu的選擇103.1.1 主要微處理器功能分析103.1.2 系統(tǒng)cpu選型方案比較113.2 gps全球衛(wèi)星定位模塊gs-15c113.3 gsm全球移動通訊模塊tc35133.4 “老年人監(jiān)控定位儀”系統(tǒng)供電方案133.5 “老年人監(jiān)控定位儀”系統(tǒng)方案拓撲圖143.6 本章小結(jié)14第4章 “老年人監(jiān)控定位儀”系統(tǒng)核心板設計154.1 核心板方案設計154.1.1 核心板功能設計154.1.2 核心板硬件結(jié)構(gòu)設計154.2 硬件詳細設計16

16、4.2.1 所用芯片、模塊分析164.2.2 各部分硬件電路設計詳細說明244.3 本章小結(jié)27第5章 軟件功能設計與實現(xiàn)285.1 軟件開發(fā)環(huán)境分析285.2 系統(tǒng)算法設計295.2.1 gps定位算法21295.3 軟件功能分析335.3.1 功能框圖設計335.3.2 軟件數(shù)據(jù)流程圖設計345.3.3 程序流程圖及主要代碼實現(xiàn)365.4 本章小結(jié)50第6章 “老年人監(jiān)控定位儀”系統(tǒng)測試516.1 老年人走丟、走散的系統(tǒng)測試516.1.1 測試目的516.1.2 測試方法516.1.3 測試結(jié)果分析526.2 摔倒，長時間不動作等老年人異常狀態(tài)模擬測試526.2.1 測試目的526.2.2

17、 測試方法536.2.3 測試結(jié)果分析536.3 本章小結(jié)53第7章 總結(jié)與展望547.1 總結(jié)54參考文獻56作者簡歷58致謝59圖目錄圖 2.1 系統(tǒng)功能圖6圖 3.1 “老年人監(jiān)控定位儀”系統(tǒng)拓撲圖14圖 4.1 核心板硬件結(jié)構(gòu)設計圖16圖 4.2 stm32內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖17圖 4.3 sim300的主要特性圖118圖 4.4 sim300的主要特性圖219圖 4.5 gs-15c實物圖20圖 4.6 isd1820功能引腳圖22圖 4.7 tps63001芯片封裝圖23圖 4.8 tps63001功能管腳說明23圖 4.9 stm32f103 cpu最小系統(tǒng)電路原理圖24圖 4.10 g

18、sm &gps電路原理圖25圖 4.11 isd1820電路原理圖26圖 4.12 系統(tǒng)電源管理電路原理圖26圖 5.1 gps定位示意圖（未考慮時間偏差）32圖 5.2 系統(tǒng)軟件功能框圖34圖 5.3 老年人走丟/走散軟件數(shù)據(jù)流圖35圖 5.4 日常健康監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)流圖35圖 5.5 系統(tǒng)程序主流程圖36圖 5.6 系統(tǒng)上電初始化程序流程圖38圖 5.7 各傳感器日常處理進程程序流程圖43圖 5.8 “一鍵求救”日常處理進程程序流程圖44圖 5.9 gps日常處理進程程序流程圖44圖 5.10 gsm模塊日常處理進程程序流程圖47圖 6.1 手機接收的帶位置信息的短消息51圖 6.2

19、 谷歌地圖經(jīng)緯度定位截圖52表目錄表 1.1 世界老年人人口的增長對比統(tǒng)計表2表 4.1 gs-15c模塊參數(shù)表21第1章 緒論第一章介紹了本設計的需求來源、研究的目的以及本課題的意義，并簡要地介紹了整個論文的主要研究工作與設計內(nèi)容。1.1 課題背景國際上定義“老齡化社會”的標準為：總?cè)丝跀?shù)中有9%以上為60歲及以上的老年人。如果比率占到14%以上則被稱為“老齡社會”。 中國社會老齡化已不再是新鮮事，早在2005年中國就達到了7.6%。中國實際開始進入老齡化社會是在2001年。預計2020年，中國老齡化水平將突破17.2%，老年人口數(shù)將會超過2.5億。其中，80歲以上老年人口將將占到老年人口總

20、數(shù)的12.4%，人口數(shù)超過3000萬人。隨之而來，老人的安全位置信息、防盜、反劫、緊急求救以及娛樂信息、商務信息、語音通信等人員綜合服務需求日益激增。隨著嵌入式計算機的發(fā)展與普及，人們可以隨時隨地的獲得信息服務。例如：gps能全球性的、不間斷地提供實時的位置信息、移動速度信息和世界時間信息；gsm網(wǎng)絡已經(jīng)覆蓋世界每個角落，gsm短信功能的使用也十分普及。1.1.1 中國的“老齡化”數(shù)據(jù)顯示，世界上的發(fā)達國家都已經(jīng)成為老齡化國家，他們的超過60歲的人口數(shù)占總?cè)丝跀?shù)的比例都已經(jīng)超過了10。而世界上老年人人口數(shù)量最多的國家則是我們中國。根據(jù)我國政府提供的2009年民政事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計報告，截止到2009

21、年12月，60歲以上的老年人口數(shù)占到全國總?cè)丝跀?shù)的12.5%，人口數(shù)為1.67億。全國65歲以上的老年人口數(shù)占到全國總?cè)丝跀?shù)的8.6%，人口數(shù)量已經(jīng)達到1.13億。北京、上海、天津和沿海地區(qū)的部分城市65歲以上的老年人口的比例都已經(jīng)超過了10，在我國已率先成為“老齡化”城市。另外，根據(jù)中國老齡協(xié)會的數(shù)據(jù)，預計在2030年前后我國將迎來人口老齡高峰，而且它將保持20年。到2050年，我國超過60歲的老人人口數(shù)量可能將突破4億，還有老年人高齡化的問題也特別值得關(guān)注，80歲及以上的老人人口數(shù)將可能突破1億，是現(xiàn)在老年人人口數(shù)的10倍之多1。下表1.1為世界老年人人口的增長對比統(tǒng)計表。表 1.1 世界

22、老年人人口的增長對比統(tǒng)計表年份1950196019701980199020002010全世界8.18.18.48.69.29.810.7發(fā)達國家11.612.614.515.517.619.221.2發(fā)展中國家6.46.16.16.36.97.68.5中國7.27.26.87.48.69.911.71.1.2 “空巢老人”、“癡呆老人”日趨嚴重的問題因為計劃生育的國家政策，我國家庭在組織架構(gòu)上發(fā)生了重大變化，獨生子女成為主流。在現(xiàn)代家庭中，一對年輕夫妻上有四個老人和下有一個孩子的家庭結(jié)構(gòu)現(xiàn)象普遍存在，將來在他們的子女的家庭結(jié)構(gòu)中會出現(xiàn)“8比4比2比1”的現(xiàn)象。這種失調(diào)的家庭結(jié)構(gòu)，導致一個家庭照

23、顧老人的晚輩相對減少，而需要照顧、贍養(yǎng)的老人卻相對增多。這種不健康的家庭成員的結(jié)構(gòu)關(guān)系，使照顧家中的老年人成為了家庭子輩成員的沉重負擔?，F(xiàn)在社會的年輕人可以自主的時間和精力越來越有限，照顧老人更是“心有余，而時間不足”。時代的發(fā)展讓作為家庭晚輩的年輕人越來越重視自我價值的實現(xiàn)，加上從業(yè)壓力的不斷增加，使得年輕人將更多的時間和精力用在工作和學習上，注重生活品質(zhì)、自我發(fā)展和身心釋放。于是，無論是在老人的生活照顧方面，還是在精神慰藉方面，都讓他們感覺到力不從心2。老年人們常年孤寂，因此他們常常面臨著很多生活問題：生活中無人照顧、缺少關(guān)心，煩悶的心情、情緒沒人傾訴，疾病不能得到及時地救治我們已經(jīng)無法避

24、免面對“空巢老人生存現(xiàn)狀”這個社會大命題。所謂空巢，顧名思義：空虛、寂寞的巢穴。哲理比喻子女離開后，家庭寂寞、空虛的狀態(tài)?？粘怖先耸侵釜氉陨畹睦夏耆耍麄兺ǔＯハ聼o子或者有子女卻不在身邊。不便、孤寂、疾病、病痛空巢老人往往精神孤寂，抑郁寡歡。據(jù)統(tǒng)計，我國老年人人口數(shù)占總?cè)丝跀?shù)的12%，老齡人口數(shù)量已經(jīng)達到1.69億。而據(jù)政府統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，有50%的老人屬于城鄉(xiāng)空巢家庭或類空巢家庭。據(jù)北京老齡辦目前公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，北京老年人口2010年將占全市人口的15.2%，人口數(shù)超過250萬人，而其中空巢老人則會占老年人口總數(shù)的40%，人口數(shù)超過100萬。寧波市政府的調(diào)查顯示，寧波的空巢老人家庭已占老年人

25、家庭的35%，在2025年將此比例將上升到80%。我國政府及社會各界已經(jīng)“空巢老人”問題引起了高度的重視 3。由于缺乏有效照顧，政策保障不足，社會幫助缺位，“空巢老人”安全問題日益嚴重，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：1、無人照顧，生活不易。據(jù)我國老齡辦調(diào)查分析，我國老年人中有33%的老人存在部分生活自理或者完全不能自理的情況，而在這些人中有五成為空巢老人。福建省老年學學會對城鄉(xiāng)空巢老人進行了一次調(diào)查統(tǒng)計，通過大量數(shù)據(jù)得出，有超過兩成的空巢老人認為缺乏照顧是他們生活上最大的困難。洗澡、做簡單的家務、求醫(yī)已經(jīng)成為他們生活中的最大困難。2、精神寂寞，抑郁寡歡。身體機能的衰退，病痛的增加，親人陪伴的減少，種

26、種現(xiàn)象都讓空巢老人精神孤寂，倍感失落。據(jù)北京、廣州、重慶等多個地方對空巢老人的情緒狀態(tài)統(tǒng)計表明：心情暗淡、沮喪、孤獨、寂寞，食欲不振，睡眠質(zhì)量差，暴躁不安等等情況都是空巢老年人常常伴有的精神狀態(tài)，甚者還想到過輕生。3、疾病困擾，就醫(yī)困難。急病突發(fā)無人知曉、慢性疾病無人照料、醫(yī)療費用過高無法承擔，這三大“無助”困境常常使空巢老人在疾病面前失去希望。而在農(nóng)村空巢老人身上病痛問題表現(xiàn)的更加突出。以湖北省農(nóng)村空巢老人為對象的一項調(diào)查顯示，認為就醫(yī)方便的僅占40.7%；面對疾病，受訪老人中，選擇“簡單治療”的有56%，選擇“間歇性治療”的有17%，而采用“正規(guī)治療”的只有20%，另“放棄治療”的有7%。

27、上海市老齡辦對居家養(yǎng)老服務項目進行調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，超過90%的空巢老人選擇需要提供醫(yī)療保健服務，例如周期性體檢、定時上門檢查、應急救援等等4。1.2 老年人監(jiān)控定位儀的提出目前，中國老齡化問題正在日益嚴重，第六次全國人口普查的數(shù)據(jù)表明，我國超過60歲的人口占總?cè)丝诘?4%，而65歲以上的人口占總?cè)丝诘?%，現(xiàn)有老齡人口16000萬，并且以800萬/年的速度遞增，老齡化進程逐步加快。老年人口的快速增加，特別是80歲以上的高齡老人以100萬/年的速度增長，對老年人的生活照顧、醫(yī)療保健、精神文化等需求日益凸顯，養(yǎng)老問題日趨嚴峻。老年人因為腿腳不方便，并伴隨著記憶能力的下降，常常會發(fā)生走丟、磕碰、突發(fā)病癥

28、等需要第一時間救援的情況，而由于子女工作繁忙，不能時刻關(guān)注老人，通常不能及時提供救助，甚至導致悲劇的發(fā)生?？粘怖先藛栴}早已經(jīng)從一個簡單的個人問題上升為一個急需解決的社會熱點問題。國際衛(wèi)生組織在1999年時就已經(jīng)提出了“積極老齡化”這一觀點。為了加強對“空巢老人”的監(jiān)管，避免危險情況的發(fā)生，我們提出了一種基于gps定位，gsm通信的老年人監(jiān)控定位儀。針對“空巢老人”監(jiān)管上存在的問題，老年人監(jiān)控定位儀具有以下功能：1、gps可以實時地定位被監(jiān)管老人的全球坐標信息。儀器內(nèi)置了gps接收器，具有體積小、重量輕、功耗低、方便攜帶。定位的信息主要有：當前時間；經(jīng)度；維度；移動方向；移動速度。通過以上信息可

29、以很好的反應出當前監(jiān)管“老人”的位置狀態(tài)。2、一鍵求救功能，方便老人在特殊情況下“一鍵”向子女、社區(qū)求救。很多老年人經(jīng)常伴有行動不便的情況，當這些老人處于其他需要幫助的情況下，如：搬重物，家中漏水，求醫(yī)買藥，行動困能等情況時，“空巢老人”可以通過按下“一鍵”向子女、社區(qū)街道尋求幫助。3、實時監(jiān)測老人摔倒，突發(fā)疾病狀況并通過gsm或手機電話報警。當老人突發(fā)疾病時常常伴隨著摔倒，此時會觸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)置的水銀傳感器，激活系統(tǒng)自身的報警，若老人在一定時間不能自主解除報警，系統(tǒng)會自動從后臺通過gsm聯(lián)系急救人員，趕到現(xiàn)場進行查看、救治，避免老人因得不到及時救援而留下后遺癥的事故的發(fā)生。4、在老人走丟的情況下

30、，發(fā)出語音求救信息，向周圍路人求救。語音功能可通過gsm短信的方式被激活，當老人走丟后，家人一方面可以通過gps定位到老人的位置信息，另一方面，可以通過gsm短信的方式激活語音功能。語音模塊將播放預先存放的語音信息，包括家人聯(lián)系方式及地址，方便向好心路人提供走丟老人的聯(lián)系信息。5、能檢測老人分時段的運動情況。系統(tǒng)使用水銀傳感器，振動傳感器對老人的活動信息進行綜合采集、分析和處理。白天的時候，老人應處于活動狀態(tài)，若長時間內(nèi)老人處于靜止狀態(tài)，系統(tǒng)首先會發(fā)出報警，如果老人能手動清除報警，則證明老人為正常狀態(tài)，如果系統(tǒng)發(fā)出報警超時，則表明老人此時有可能為非正常狀態(tài)，此時系統(tǒng)會自動從后臺通過gsm聯(lián)系急

31、救人員，趕到現(xiàn)場進行查看，救援。晚上的時候，根據(jù)老人的作息規(guī)律，系統(tǒng)進入夜晚模式。此時系統(tǒng)檢測的方案為脈搏檢測，通過脈搏傳感器對老人的脈搏進行實時的監(jiān)測。當檢測到非正常脈搏時，系統(tǒng)也會后臺自動報警，通知急救人員到場救治。1.3 本文組織結(jié)構(gòu)本文主要是介紹了一種基于gps系統(tǒng)獲取丟失老人的位置信息，利用各種傳感器采集老人實時活動狀況信息，通過gsm系統(tǒng)實時與老人家屬或相關(guān)人員進行通信、反饋位置和健康狀況信息的綜合老年人看護系統(tǒng)。實現(xiàn)了實時對留守老人的實時看護。本文大體分為六章，分別從需求的提出，設計方案的確定，系統(tǒng)具體實施、制作，最后進行系統(tǒng)測試進行了介紹與說明，主要內(nèi)容如下：第一章主要介紹了我

32、國“空巢老人”、“癡呆老人”的現(xiàn)狀及存在問題，提出了“老年人監(jiān)控定位儀”的需求。第二章介紹了“老年人監(jiān)控定位儀”的設計目的及主要設計內(nèi)容。第三章介紹了“老年人監(jiān)控定位儀”的整體設計方案。第四章詳細說明了“老年人監(jiān)控定位儀”的硬件設計細節(jié)，包括硬件功能設計說明和硬件設計原理圖。第五章詳細說明了“老年人監(jiān)控定位儀”的軟件設計細節(jié)，包括軟件流程圖及主要實現(xiàn)代碼。第六章是“老年人監(jiān)控定位儀”的系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)及運行結(jié)果。第七章是對本文進行了全文總結(jié)，說明了不足之處，并且下一步對這些不足之處進行修改，改善的工作展望。1.4 本章小結(jié)本章主要講述了我國老齡化現(xiàn)在的社會大背景，并且指出“空巢老人”、“癡呆老人”

33、在生活方面日益嚴重的問題。分析這些問題，在本章1.2小結(jié)中提出了本課題的設計思想“老年人監(jiān)控定位儀”，并做了簡要的說明。在本章的最后，對本文的整體組織結(jié)構(gòu)進行了說明，向讀者很好的介紹了本文各章節(jié)的主要內(nèi)容。第2章 “老年人監(jiān)控定位儀”的功能分析“老年人監(jiān)控定位儀”是一個綜合性的設計，涉及的功能點主要有g(shù)ps定位，gsm移動通信，老人活動狀態(tài)的采集，語音呼救等。本章節(jié)的主要內(nèi)容對課題中涉及到的功能點進行了描述和分析。2.1 “老年人監(jiān)控定位儀”的功能模塊分析針對第一章所提到的老年人普遍存在的問題，本課題主要的設計目的在于：1、當老人走丟時，家人能通過gsm聯(lián)系上走丟老人，并通過gps定位信息追蹤

34、到走丟老人，及時找回老人，系統(tǒng)還能自主的發(fā)出語音求救信息向周圍路人求救。有效增加老人走丟后及時找回的概率。2、當老人突發(fā)疾病或摔倒等危險情況時，老人能通過一鍵式求救向家人、急救人員求救，或系統(tǒng)自動向家人、急救人員求救。通過以上手段保證“空巢老人”突然危急狀況時第一時間得到治療。3、在正常運動的時間內(nèi)沒有運動，基本可判斷老人生病可出現(xiàn)意外的可能，隨即通過gsm通知救護人員及時救援。4、在“空巢老人”需要幫助時，按下“一鍵”即可在家中得到子女、社區(qū)居委會的幫助。下圖系統(tǒng)功能模塊圖。圖 2.1 系統(tǒng)功能圖根據(jù)上圖，可以得出系統(tǒng)主要為四個功能模塊：走丟定位模塊；危難求救模塊；突發(fā)狀況報警救援模塊；“一

35、鍵求助”模塊。走丟定位模塊：該模塊的主要功能在于，家人可以通過定位儀返回的帶有定位信息的短消息找到走散，走丟的老人。其中要獲得定位信息，主要是通過系統(tǒng)gps模塊進行全球定位，短消息的發(fā)送主要是通過gsm移動電話網(wǎng)絡去實現(xiàn)，完成。危難求救模塊：主要是在老人危難時，按下“一鍵求救”，系統(tǒng)會立即聯(lián)系急救中心對老人進行救援。該模塊功能也主要涉及到全球定位技術(shù)和無線電話網(wǎng)絡技術(shù)。突發(fā)狀況報警救援模塊：主要是檢測老人疾病摔倒后，長時間無反應，系統(tǒng)自動檢測后天報警的功能。主要涉及到的是傳感器信息的采集技術(shù)，gps和gsm技術(shù)?！耙绘I求助”模塊：主要是當老人需要幫助時，連續(xù)按動兩下按鍵，系統(tǒng)會在后臺自動聯(lián)系社

36、區(qū)中心，通知社工，老人需要幫助。模塊功能也主要涉及到gps和gsm技術(shù)。2.2 “老年人監(jiān)控定位儀”的設計基礎本文針對老人缺乏有效看管的問題，主要對如何改善老人的監(jiān)管問題進行研究。設計了一款針對性的“老年人監(jiān)控定位儀”，使得“空巢老人”的監(jiān)管情況得到很好的改善。本設計主要內(nèi)容包括：1、儀器可以實時的自動定位當前位置。儀器內(nèi)置了gps接收器。定位的信息主要有：當前時間；經(jīng)度；維度；移動方向；移動速度。通過以上信息可以很好的反應出當前監(jiān)管“老人”的位置狀態(tài)。2、儀器通過內(nèi)置的gsm連接移動網(wǎng)絡。家人可以通過gsm移動無線網(wǎng)絡以電話的方式聯(lián)系到“老人”，也可以通過gsm短信網(wǎng)絡得知“老人”現(xiàn)在的地址

37、位置信息及健康狀況。3、儀器內(nèi)置了語音功能。語音功能可以播報一些設定的好的求救語音信息。當老人走丟時，監(jiān)管人員可以通過gsm短信的方式啟動語音求助功能，使系統(tǒng)向路人播報求救信息，使走丟、走散老人及時得到好心路人的幫助。4、具有防摔倒的檢測自動功能。當老人意外摔倒或因突發(fā)疾病倒地的情況時，系統(tǒng)能及時的自動檢測，并通過：1、gsm語音業(yè)務向急救中心求救；2、通過預置語音信息向路人求救。5、能檢測老人分時段的運動情況?？梢员O(jiān)測出當前老人的運動狀況，來判斷老人當前的健康狀態(tài)。2.2.1 本設計涉及的理論基礎1.gps全球定位系統(tǒng)gps全稱：global positioning system。gps是目

38、前為止最好的全球定位系統(tǒng)，具有連續(xù)不間斷定位、定位精度高以及全自動測量的特性。其應用產(chǎn)品主要以russia的全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)和usa的全球定位系統(tǒng)。隨著gps的不斷完善，軟件和硬件不斷的改進、升級，其應用范圍也在不斷地擴大。gps作用的重大，正在被越來越多的人意識到。由最初的軍事應用，拓展到應用于航海、航天、航空、勘探、測量等諸多領域。gps系統(tǒng)的應用越來越普遍，與其接收機性價比不斷提高有著密切的關(guān)系。如今gps的應用已經(jīng)滲透到各種智能化消費產(chǎn)品中，如gps跟蹤器，手機，導航儀等消費電子產(chǎn)品，可以說人們的日常生活已經(jīng)越來越離不開gps了 5。2.gsm全球移動通信系統(tǒng)global system

39、 for mobile communications 簡稱 gsm，就是我們俗稱的"全球通"。起源于歐洲移動通信技術(shù)標準。目前國內(nèi)主流還是使用gsm網(wǎng)絡，其屬于第二代電話通信技術(shù)，讓世界各地都可以使用一個共同的移動電話網(wǎng)絡標準是其最重要的開發(fā)目的。目前，gsm系統(tǒng)包括 gsm 900：900mhz、gsm1800：1800mhz 及 gsm1900：1900mhz等幾個頻段6。2.2.2 定位儀設計的技術(shù)基礎1.gps技術(shù)基礎gps模塊主要是通過串口與外部進行控制，交互。外界主控芯片對gps內(nèi)部進行控制與參數(shù)設定時，采用mtk nmea 指令格式進行控制，設置。而本課題的g

40、s-15c模塊傳出的數(shù)據(jù)包格式共有5種，分別是：gpgga（1 次1 秒）；gpgsa（1 次5 秒）gps精度指針及使用衛(wèi)星格式；gpgsv（1 次5 秒）所示衛(wèi)星格式；gprmc（1 次1 秒）最小格式；gpvtg（1 次1 秒）。其中g(shù)prmc為最小格式，是目前解析最主流的格式。2.gsm技術(shù)基礎gsm模塊與gps模塊一樣，也是通過串口與外部進行控制，交互。外界主控芯片對其內(nèi)部進行交互與參數(shù)設定時，采用at指令格式進行設置。而gsm傳出的數(shù)據(jù)包也是帶有g(shù)sm特定的數(shù)據(jù)頭字符：atrn。以便其他設備進行識別及解析。2.3 本章小結(jié)本章首先介紹了“老年人監(jiān)控定位儀”的設計目的，主要是為了解決

41、“空巢老人”、“癡呆老人”平時生活中的一些困難問題：1、老人常伴有疾病，突發(fā)疾病時因家中無人照看，常常不能在第一時間得到救治，有的甚至病死家中；2、老人遇到突發(fā)問題時，如摔倒等情況，常常也不能及時得到救援，導致嚴重后果的發(fā)生；3、走丟、走散現(xiàn)象嚴重；4、老人在家遇到困難、不方便時，不能及時得到幫助。接著說明了本設計中的主要的設計內(nèi)容，主要總結(jié)為以下五點：1、定位；2、短消息；3、語音功能；4、防摔倒監(jiān)測；5、運動情況監(jiān)測。最后簡要介紹了設計中所涉及的主要科技內(nèi)容：全球移動通訊系統(tǒng)以及全球定位系統(tǒng)。第3章 “老年人監(jiān)控定位儀”的系統(tǒng)設計方案系統(tǒng)設計方案主要是從系統(tǒng)整體的功能和性能去分析及確定。本

42、章主要是針對系統(tǒng)設計方案，從芯片的選取到模塊的使用進行了詳細的介紹與說明。3.1 嵌入式cpu的選擇3.1.1 主要微處理器功能分析嵌入式cpu是各種嵌入式系統(tǒng)的核心部件。從目前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，嵌入式cpu的種類數(shù)量已經(jīng)超過1000種，流行體系結(jié)構(gòu)超過30個系列，其中有7成的比例被8051體系結(jié)構(gòu)占據(jù)。而選取一塊性能上能夠達到本設計的要求，并且價格低廉的芯片十分重要。成百上千種的主控芯片，主要可以分為以下幾類 7：1嵌入式微處理器。簡稱empu。通用計算機中的cpu即為我們所謂的empu。在實際使用中，將empu安裝在專用的電子線路板上。而只保留和嵌入式應用有關(guān)的母板功能的做法，使系統(tǒng)的體積大

43、幅減小，系統(tǒng)的功耗有效的降低。empu雖然在功能上和標準的mpu基本是一樣的，但是為了滿足特殊的應用要求，empu較工業(yè)控制的計算機，具有重量輕、體積小、價格低、健壯性好、可靠性高等優(yōu)點。而empu功能的最強大之處在于其可以運行操作系統(tǒng)。近年來，一些先進國家又開發(fā)出了一種類似“火柴盒”式的嵌入式計算機，其大小只有ic卡一般。empu目前主要的產(chǎn)品有am186/88，68000，386ex，sc-400，arm，power pc，mips，系列等。2嵌入式微控制器。簡稱mcu。我們總所周知的單片機就是嵌入式微控制器。顧名思義，單片機就是將整個計算機系統(tǒng)資源功能整合到一塊芯片上。mcu以某微處理器

44、為整個控制器的core，芯片內(nèi)置ram，rom/eprom，bus、bus logic，watchdog，timer/counter，i/o，rs232、pwm，模數(shù)，數(shù)模，e2prom，iic，spi等各種外設資源。為滿足各種類型的場合，通常每個系列的mcu具有幾種不同配置的型號，每種配置型號的處理器core都是一樣的，不同點在于內(nèi)部rom/ram大小和外設資源的配置及尺寸形式。這樣的做法，使mcu和應用要求盡可能的相匹配，既降低了功耗，又提高了性價比。但mcu的資源往往較有限，在這種處理器上無法運行操作系統(tǒng)。3嵌入式dsp處理器（edsp）。為了使dsp處理器指令執(zhí)行更快，更適合運行dsp

45、計算，工程師們在設計時對芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和運行的指令都進行了特殊優(yōu)化。dsp正在被大量的應用于嵌入式數(shù)字濾波，頻譜分析，傅里葉變換領域。其主要是2種來源模式：一、經(jīng)過emc改造、單片化、增加片商外設稱為embedded dsp，市面上典型的產(chǎn)品有德州儀器公司研發(fā)生產(chǎn)的tms320c2000/c5000；二、在通用soc或單片機中增加dsp協(xié)處理器的方式，市面上典型的產(chǎn)品有西門子公司的tricore和因特爾公司的mcs-296。另一個推動其發(fā)展的重要原因為intelligent embedded system。例如各種具有復雜邏輯的智能消費類電子產(chǎn)品，實時語音解壓縮系統(tǒng)、生物信息智能識別系統(tǒng)，ad

46、sl接入，帶有加解密算法的鍵盤，虛擬現(xiàn)實顯示等。而edsp的性能優(yōu)點剛好在于處理指針線性尋址多、向量運算大的算法。嵌入式dsp處理器比較有代表性的產(chǎn)品有motorola的dsp56000系列和texasinstruments的tms320系列。3.1.2 系統(tǒng)cpu選型方案比較方案一：采用lm3s公司出品的32位m3內(nèi)核的mcu，外圍電路簡單，官方也提供底層函數(shù)庫。但是考慮lm3s的芯片雖然官方報價很便宜但是國內(nèi)的貨源稀少，很難訂到貨，而且由于前幾年周立功代理在國內(nèi)對lm3s芯片推廣力度不夠，致使國內(nèi)很多開發(fā)人員對lm3s并不熟悉，而且網(wǎng)絡上可共享、借鑒的資料稀少。 方案二：采用avr meg

47、a32單片機作為系統(tǒng)cpu，雖然這種方法在成本和貨源上不成問題，但是mega32自帶只有2k的ram，很難適應以后的系統(tǒng)軟件升級問題。方案三：采用st公司研發(fā)、生產(chǎn)的stm32f的32位mcu，現(xiàn)在最常見且應有較廣的為stm32f1xx系列，自帶ram也較大，能滿足系統(tǒng)的要求，且日后升級也有足夠的ram空間，而且國內(nèi)貨源充足，價格便宜，性價比極高，故選用stm32f103x作為系統(tǒng)cpu的方案。3.2 gps全球衛(wèi)星定位模塊gs-15cgps系統(tǒng)由空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)、終端接收機三部分組成8。由21顆位于距地表20200km上空的衛(wèi)星構(gòu)成了gps的空間部分。它們均勻的分布在6個軌道面上，

48、軌道傾角為55°。此外，在軌道上還有三顆有源備份衛(wèi)星在待命運行?？臻g衛(wèi)星系統(tǒng)的使得地面上人們可以在地球上任何時間、任何位置都可連接到四顆以上的衛(wèi)星。地面控制系統(tǒng)主要負責收集由衛(wèi)星傳回的信息，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星的星歷、大氣校正、相對距離等數(shù)據(jù)。它主要由三部分組成，分別為主控制站、地面天線、監(jiān)測站。美國科羅拉多州的春田站是地面控制系統(tǒng)的主控制站。通常用戶所使用的gps設備為gps信號接收終端，其主要的工作原理為：按照衛(wèi)星截止角選擇待測衛(wèi)星，并將其捕獲，穩(wěn)定連接后跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當終端連接到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可以測量出接收天線到衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)，

49、根據(jù)這些數(shù)據(jù)，gps設備中的cpu就可按定位解算方法進行定位運算，計算出用戶所在地理位置的時間、緯度、經(jīng)度、速度、高度等信息。終端機的硬件和軟件以及gps數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的gps用戶設備9。目前市面上的各類的gps終端外觀越來越小巧，功能卻越來越強大，因此正在得到越來越廣泛的應用。本次設計中采用的gps模塊為sirf-3接收終端模塊：sirf star310。該芯片采用差分算法，最多可以同時追蹤20個衛(wèi)星信道，定位精度在10米以內(nèi)。在其內(nèi)部有一塊可充電電池，可以保證之前的定位數(shù)據(jù)，從而達到快速定位的目的。串口數(shù)據(jù)格式為串口數(shù)據(jù)輸出，通訊速率可以自設，默認情況下為9600波特率，每秒輸

50、出1次gps全數(shù)據(jù)。sirf-3模塊1個完整的定位數(shù)據(jù)包格式如下：$gpgga,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh<cr><lf>其中：<1>世界時間，hhmmss.sss格式；<2>定位緯度，ddmm.mmmm格式；<3>南北半球，n代表north或s代表south；<4>定位經(jīng)度，dddmm.mmmm格式；

51、<5>東西半球，e代表east或w代表west；<6>gps定位數(shù)據(jù)指示，0代表定位不成功，1代表沒有差分算法的定位信息，2代表帶差分算法定位的信息；<7>連接衛(wèi)星數(shù)量；<8>水平精度因子；<9>天線高程；<10>大地橢球面高程；<11>差分gps信息；<12>差分站id號；*hh為整個數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)的校驗和；<cr><lf>為結(jié)束標志11。3.3 gsm全球移動通訊模塊tc35gsm是global system for mobile communications的英文縮寫，是當

52、前世界上應用最廣的移動電話標準。gsm全球數(shù)字移動通訊系統(tǒng)是目前國內(nèi)覆蓋范圍最廣、話音清晰度最高、系統(tǒng)可靠性最高的公眾性電話網(wǎng)絡系統(tǒng)，它具有強大的保密功能，如用戶身份鑒別的功能，可以保護網(wǎng)絡避免無授權(quán)用戶的使用12。全國各地均已覆蓋gsm移動通信網(wǎng)絡，短信息功能的應用已十分普遍。短信息功能業(yè)務不需要進行撥號連接，只需把預發(fā)送消息內(nèi)容連同目的號碼發(fā)送到短信服務中心，再由短信服務中心將消息轉(zhuǎn)發(fā)到最終號碼。這種通信方式具有通信資費低廉、操作簡單、覆蓋范圍廣等優(yōu)點13。gsm模塊通過at命令字與外界進行通訊控制。短信息業(yè)務常有兩種消息模式：pdu和text。較text模式而言，pdu不但支持英文的收發(fā)

53、，還能進行中文的收發(fā)；而text模式只能收發(fā)英文，但是text模式在進行短信業(yè)務時代碼容易，實現(xiàn)起來十分簡單。at命令gmgf則為這兩種模式的選擇控制字，at+cmgf=1時為text模式，當at+cmgf=0時為pdu模式14。本次課題所選用的gsm模塊為siemens（德國）公司研發(fā)生產(chǎn)的tc35模塊。它可以安全、可靠、快速、穩(wěn)定地實現(xiàn)本設計中的數(shù)據(jù)、語音、短消息服務。該模塊的工作電壓為3.5伏至5.5伏，其工作頻率為900mhz和1800mhz雙頻。tc35主要由基帶處理器、電源管理、射頻電路、60pin connect座、flash、sam接口6部分組成15。3.4 “老年人監(jiān)控定位儀

54、”系統(tǒng)供電方案1、本設計定位為移動便攜式設備，所以應該采用鋰電池電板供電。2、系統(tǒng)中mcu模塊，人體健康狀況采集器均為3.3v供電；gps模塊，gsm模塊為3.8v4.2v供電。3、待機時間越長越好。綜上考慮，本設計采用手機鋰電池（1320mah）供電。本身鋰電池能提供3.9v電源為gsm模塊、gps模塊供電；系統(tǒng)采用寬電壓穩(wěn)壓芯片，恒定輸出3.3v電源給系統(tǒng)其它模塊供電。3.5 “老年人監(jiān)控定位儀”系統(tǒng)方案拓撲圖“老年人監(jiān)控定位儀”系統(tǒng)方案拓撲結(jié)構(gòu)請見如下圖，如圖3.1所示。圖 3.1 “老年人監(jiān)控定位儀”系統(tǒng)拓撲圖3.6 本章小結(jié)第三章主要介紹了“老年人監(jiān)控定位儀”的整體的設計方案，包括系

55、統(tǒng)嵌入式cpu的比較與選型，gps全球定位系統(tǒng)的組成分布和本設計選用的gps模塊，gsm全球移動通訊系統(tǒng)工作方式及本設計選用的gsm模塊。最后3.5小結(jié)列出了“老年人監(jiān)控定位儀”的整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。第4章 “老年人監(jiān)控定位儀”系統(tǒng)核心板設計本系統(tǒng)的功能實現(xiàn)主要在系統(tǒng)核心板上完成。核心板主要包括了系統(tǒng)cpu，語音電路，電源電路以及各模塊電路，是本系統(tǒng)的核心。本章主要是從硬件設計的角度去介紹，說明系統(tǒng)核心板。4.1 核心板方案設計4.1.1 核心板功能設計核心板主要實現(xiàn)以下5點功能：1、可以實時的自動定位當前位置。儀器內(nèi)置gps接收器，體積小、重量輕、功耗低、方便攜帶。定位的信息主要有：當前時間；經(jīng)

56、度；維度；移動方向；移動速度。通過以上信息可以很好的反應出當前監(jiān)管“老人”的位置狀態(tài)。2、可以通過gsm連接移動網(wǎng)絡。家人可以通過gsm移動無線網(wǎng)絡以電話的方式聯(lián)系到“老人”，也可以通過gsm短信網(wǎng)絡得知“老人”現(xiàn)在的地址位置信息及健康狀況。3、內(nèi)置語音功能。語音功能可以播報一些設定的好的求救語音信息。當老人走丟時，監(jiān)管人員可以通過gsm短信的方式啟動語音求助功能，使系統(tǒng)向路人播報求救信息，使走丟、走散老人及時得到好心路人的幫助。4、具有防摔倒檢測功能。當老人意外摔倒或因突發(fā)疾病倒地的情況時，系統(tǒng)能及時的自動檢測，并通過：1、gsm短信向急救中心求救；2、通過語音播報向周圍求救。5、能檢測老人

57、分時段的運動情況?？梢员O(jiān)測出當前老人的運動狀況，來判斷老人當前的健康狀況。4.1.2 核心板硬件結(jié)構(gòu)設計系統(tǒng)核心板硬件結(jié)構(gòu)設計圖，如圖4.1所示。圖 4.1 核心板硬件結(jié)構(gòu)設計圖gs-15c gps：系統(tǒng)gps定位模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)的全球定位功能。tc35 gsm：系統(tǒng)gsm移動電話模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)的移動電話網(wǎng)絡功能。stm32f103 cpu：系統(tǒng)主控cpu，負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，協(xié)調(diào)工作。isd1820：語音芯片，實現(xiàn)系統(tǒng)的語音播報功能。sensors：傳感器模塊，主要負責老年人活動的信號采集，包括摔倒，走動等信息。rtc module：系統(tǒng)時鐘，對系統(tǒng)進行24小時不間斷的計時。4.2 硬件詳

58、細設計4.2.1 所用芯片、模塊分析1.stm32f103處理器cortex-m3是英國arm公司推出的新一代的嵌入式arm處理器架構(gòu)。cortex-m3為實現(xiàn)mcu的需要提供了低成本的平臺、降低的系統(tǒng)功耗、縮減的引腳數(shù)，同時還提供先進的中斷系統(tǒng)響應和優(yōu)良的計算性能和。arm的cortex-m3是risc結(jié)構(gòu)的32位處理器，提供了額外的代碼效率，在通常8位、16位系統(tǒng)的存儲空間上發(fā)揮了arm內(nèi)核的高性能。stm32f103xx的內(nèi)部架構(gòu)為cortex-m3的arm核心，因此它與所有的arm工具和軟件兼容16。2007年年中，基于cortex-m3的stm32f上市銷售，因為其技術(shù)的領先性，成本的低廉化及市場定位的優(yōu)勢，很快占領了市場，全世界大規(guī)模的應用，行業(yè)龍頭企業(yè)也紛紛將其應用到自己的產(chǎn)品中，訂單源源不斷。