基于51单片机的老年人拐杖摔倒报警系统的设计

赵志航 黄东 王诗琦 周勤 高凌峰

摘要：对于老年人摔倒这一日渐严重的问题现象，通过调研了解现有智能防摔设备，以及分析实际应用场景需要针对的问题后，提出了基于51单片机作为控制系统，并集合摔倒位姿判定、定位、报警、发声等多功能的一种老年人拐杖摔倒报警装置系统。

关键词：防摔拐杖 51单片机 多功能 摔倒报警系统

1 前言

如何对老年人的摔倒进行及时报警，这个问题亟需解决，本文根据老年人摔倒的实际情况，设计了一种基于51单片机的老年人拐杖摔倒报警系统，实现了位姿判定、GPS定位、声光报警功能，能有效提高老年人摔倒后的救助效率。

2 现有研究

在对于相关智能防摔设备的研究后，以下两类系统最具代表性。

2.1 基于FPGA的视频监控摔倒检测报警系统

近几年，图像处理技术和大规模集成电路发展迅速，FPGA（field programmable gate array）的可编程性和强大的处理能力使其可以灵活、高效地应用于各种领域。

该系统由CMOS数字图像传感器，FPGA跌倒检测平台，通信系统和声光报警系统组成，如图1所示。CMOS数字图像传感器负责对老人生活的视频数据进行采集，然后当采集到的数据传送到FPGA摔倒检测平台后，通过摔倒检测算法判断老人是否摔倒，当检测到老人摔倒后，GPRS通信模块将会向外界发送信息，保证了老人摔倒的情况能及时被知晓，同时声光报警模块控制蜂鸣器与LED照明灯，实现了救护人员对老人的快速定位，避免出现救援不及时的情况。

2.2 老年人意外摔倒智能报警腰带系统的研究

老人戴上硬件，并从父母的手机上安装了软件。硬件系统包括主控模块、人体生理状态检测模块、远程通信模块、摔倒检测模块、GPS定位模块、语音报警模块，如图2。在硬件系统中，跌倒检测模块首先确定老人的状况，如果跌倒，GPS定位模块将识别老人的位置，并且声音警告系统也将工作。此信息将发送到移动PPA，以通知年长的父母。此外，由于发现了针对人的生理状态的建模模块，父母可以随时通过移动APP检查其身体状况。此系統的优点在于腰带设计提高了系统的准确性，软硬件结合的设计也实现了监护人对于老人生活状态的实时掌握。

3 摔倒报警系统的功能组成

通过对于生活中的实际情况以及现有设备的研究，明确了摔倒报警系统需要有位姿判定、定位、声光报警功能。单片机的各个引脚与外界模块的电路连接，载入相关程序后便能实现这些功能。

单个的带有芯片和各种模块的微型计算机可以完成信息传输，无线传输模块电路的集成的PT2272解码与集成的PT2262编码配对以执行传输功能和信号接收。

为此，社会各界提出了“扶老被讹”和“防讹不扶”现象的对策，以维护当事人合法利益。针对老年人独自在外行走，突然发生跌倒时，旁边没有人可以提供救援及旁边有人缺害怕因此负担不必要的责任，我们系统首先采用位姿判断确定老人是否摔倒，在确定老人摔倒之后，其他系统开始工作：定位系统发送位置到家人手机，声光报警系统开始工作，吸引路人前来救援。

3.1 老人摔倒位姿判定

硬件上可以外加震荡传感器，检测模块将数据通过发射与接收信息模块反馈给单片机，单片机根据此信息控制报警通道的打开。其他的位姿判定的硬件还包括红外传感器、触碰传感器、按键等，这些传感器还可以采用串联方式，进一步提高判定准确度。

3.2 老人摔倒定位

第二个是跌倒后老人的定位功能，此功能的硬件模块是GPS定位模块，它可以收集有关老人位置的信息，并通过信息模块将其通过单芯片发送回微型计算机。具有芯片的微型计算机通过远程通信模块实现程序和硬件信息的传输。

3.3 声光控制

最后是系统的声光报警功能，当单片机检测到摔倒的信号后，通过改变蜂鸣器以及LED灯的电位信号，实现了蜂鸣器报警以及灯光闪烁，在室外可以告知周围人老人的紧急情况，以此寻求救护，在室内也可告知赶到的救护人员老人所在房间，提高救援效率。

4 结语

随着我国老年人口的增加，老年人摔倒救护问题亟需解决，摔倒对于老年人的伤害是巨大的，除了引发其他疾病外，如果救助不及时还有可能存在生命危险，治疗会消耗很多的医疗物质，还需要支付巨额的医疗费用，这对于一个家庭的打击是沉重的。

本系统的位姿判定、定位、声光报警能保证老人在跌倒后外界能及时知晓，前往救护，显著提高救护效率，避免因救护不及时对老人造成更大的伤害，具有很大的社会价值。

参考文献

[1]王鹏，王慧，孔凡宁等.基于FPGA的视频监控摔倒检测报警系统[J].电机与控制学报，2019，第23卷（8）：122-128.

[2]鄢丽娟，张彦虎.老年人意外摔倒智能报警腰带系统的研究[J].电子技术与软件工程，2018，（24）：61-63.

[3]王萌.老人失踪与摔倒报警系统设计[J].科学与财富，2017，（31）.

[4]陈旭，向琦，陈芳.基于加速度传感器的摔倒检测报警系统设计[J]. 科技与创新，2019， （6）：56-57.

基金项目

国家级大学生创新创业训练计划--关怀式老年人摔倒保护及报警装置（201910616016）。