項目方案解決書1一、引言……………….31.1項目背景……………31.2問題的提出…………41.3研究目的與意義…………………….51.4參考資料………….....5二、系統(tǒng)的架構………...52.1系統(tǒng)結構圖………….52.2子系統(tǒng)列表………….6三、各模塊的實現(xiàn)……………………...73.1傳感器模塊………….83.2下位機的實現(xiàn)……………………...133.3上位機的實現(xiàn)……………………...183.4數據庫……………...23四、總結………………..242一、引言1.1項目背景21世紀被稱為銀發(fā)世紀”，世界范圍內的老齡化浪潮滾滾而來。65歲以上的老年人和60歲以上的老年人分別占總人口的710％的社會稱為老齡化社會。而根據中國人口信息研究中心的調查統(tǒng)計，2000年中國歲以上人口比例為10．3165歲以上人口占總人口的比例為．17[1]，按照或子女都不在老人身邊的家庭稱為空巢家庭。近些年來，隨著社會經濟的發(fā)展，居住方式的變化，家庭結構的小型化，以及人口流動的加速，子女數的減少，代際居住的分離傾向，人口預期壽命的延長，10上升之勢，1987年全國空巢家庭與老年人家庭的比例是167％，2000年全國第五次人口普查數據表明，空巢家庭戶占到老年家庭的22．832004年上升到25.8%。在一些大城市，空巢家庭問題更3為突出。2004年，北京市空巢家庭的比例為34%，上海市為34.8%，廣州市為30%，天津市為36.5%。尤其值得注意的是，單身獨居老人在老年人口中的比例，也由19993.8%上升到200411％[2]。2030年空巢老年人家庭的比例將達到國老年人家庭將空巢化。1.2問題的提出在上一節(jié)中已經討論討論了兩個趨勢，一個是人口老齡化的趨段出現(xiàn)人口的老齡化，社會化福利服務體系的發(fā)展水平還比較落后，1.3研究目的與意義4檢測，以此來判斷人姿態(tài)的變化。1.4參考資料《基于三軸加速度傳感器的跌倒檢測技術的研究與應用》《無線傳感器在人體關節(jié)運動姿態(tài)檢測中的應用》《基于CC2430的ZigBee無線網絡節(jié)點設計》《PC機與MSP430串口通信實現(xiàn)的方法》《基于MSP430的無線應用》二、系統(tǒng)的架構2.1系統(tǒng)結構圖室內方案：5室外方案：2.2子系統(tǒng)列表表名：子系統(tǒng)列表子系統(tǒng)功能概述子系統(tǒng)之間的關系傳感器主要使用的傳感器位于用戶身上，傳感是三軸加速度傳感器將采集到的數據實時的通過ZigBee協(xié)議發(fā)送到單片機內，單片機將接收到的感應出關節(jié)的變化，數據處理分析，再通過串口同時借助無線模塊通信傳送到PC端，PC端的和ZigBee協(xié)議實現(xiàn)軟件將實時顯示人體姿態(tài)6的相關數據，同時動態(tài)的模下位機主要是基于單片機擬出此時的人體姿態(tài)三維圖像，同時PC端還會將相器通信需要使用關數據以及三維動態(tài)視頻ZigBee自動的保存到數據庫中，可器發(fā)送來的信號通實現(xiàn)歷史查詢功能。過串口通信傳送給上位機顯示人體三維姿態(tài)圖像。數據庫以及相關的人體姿態(tài)三維動畫。三、各模塊的實現(xiàn)3.1傳感器模塊3.1.1傳感器的放置與測量71、手臂上三軸加速度傳感器zx軸和y手臂上可以按兩個傳感器s1和s2，分別測量兩個關節(jié)處得三軸加速度。先有s1測出其三軸加速度！由此可以確定整個大臂的運動狀態(tài)！再由大臂s1到s2距離可以計算出s2點的運動狀態(tài)。然后由s2側出的三軸加速度，則可以確定整個小臂的運動狀態(tài)！2、腿部的運動狀態(tài)個加速度傳感器，以軸為基點建立三軸坐標，同樣，以豎直方向為zx和y，同樣根據小腿的長度，可以確定膝關節(jié)處點的運動狀態(tài)。8x和y向建立z軸，通過測量三個方向的加速度，確定大腿運動狀態(tài)，同樣狀態(tài)！3、腰椎部傳感器通過測定腰椎部得加速度變化，可以測定整個腰部的姿態(tài)變化，定各個點的位置。3.1.2、元件：1、傳感器飛思卡爾開發(fā)的基于MEMS(微機電系統(tǒng))的三軸向低重力加速計MMA7260Q，是一款低成本微型電容式加速度傳感器。該芯片采用了信號調理、單極低通濾波器和溫度補償技術，是一款單芯片設備，移動、放置、震動和搖擺，使便攜式設備能夠智能地響應位置、方位9和移動的變化。MMA7260Q封裝尺寸很小，只需較小的板卡空間，另外還提供快速啟動和休眠模式。這些特性使MMA7260Q成為采用電池供電便攜式電子產品的理想之選。MMA7260Q的可選靈敏度允許在1.54g和6g的不同范圍內進行設計。它的3μA睡眠模式、500μA低運行電流、1.0ms的快速啟動響應時間以及的QFN小巧包裝等其他特性，使圍繞MMA7260Q的設計活動輕松方便、經濟高效。MMA7260Q傳感器MMA7260Q芯片廣泛應用于各領域，對于不同的應用，重力加速度級別應該有不同的選擇。自由落體檢測：1～2g，應用于移動硬盤驅動、手機、PC筆記本和MP3播放器。傾斜控制：12g，應用于移動識別、用戶界面滾動和游戲。搖擺：810g，應用于電機穩(wěn)定性。測震學：0.0022g，應用于地震檢波器和地震開關。震動檢測：2～8g，應用于裝運／處理。步程計：1020g應用于跑步和生理學。10由此可見，人體跌倒檢測適用的是1～2g的級別。MMA7260Q三態(tài)下（0g）,其輸出為1.65V改變其輸出電壓。用MSP430單片機的A/D轉換器讀取此輸出信號就可以檢測起方向。2、無線收發(fā)元件這次使用的信號發(fā)送模塊是RF2420，該模塊是使用TI-Chipcon公司的CC2420無線通信芯片開發(fā)而成。是符合ZigBee技術的高集成度工業(yè)用射頻收發(fā)器件，工作在2400-2483.5MHZ的ISM頻段，電池消耗低，同時分別給每個發(fā)射模塊設置地址或是唯一識別的協(xié)議頭，以此有利于數據的傳輸，將傳感器傳出的信號傳輸到RF2420接收并發(fā)送到MSP430單片機處理，再傳給pc機處理！11RF2420特點：(1)采用TI公司的CC24202400-2483.5MHz的ISM和SRD頻段.----采用直接序列擴頻方式.----工作速率250kbps，碼片速率2MChip/s.----使用O-QPSK調制方式.----高靈敏度（）.----較低的電流消耗（RX:13.3mATX:17.4mA).----抗鄰頻道干擾能力強(39dB)----內部集成有、、PA以及電源整流器.----采用低電壓供電(2.13.6V).----輸出功率編程可控.(2)IEEE802.15.4-2003標準MAC層硬件支持.----前導碼與同步字段自動生成與檢測.12----CRC-16自動生成與檢測.-----空閑信道檢測.-----能量檢測、接收信號強度與鏈路質量指示.-----MAC層安全保護(CTR,CBCMAC,CCM)支持.(3)采用4線SPI標準接口,便于MCU配置.(4)獨立的128字節(jié)RX和128字節(jié)TX數據FIFO.(5)模塊采用PCB天線，直線收發(fā)距離20-50米，模塊尺寸32mm*47mm3.2下位機的實現(xiàn)MSP430系列單片機是目前工業(yè)界中性價比高、功耗低的Flash16位RSIC微控制器。因此我們的方案是基于MSP430和CC2420的傳感器信息自動采集系統(tǒng)，主要包括傳感器模塊、無線模塊、PC終端、接收外部無線射頻信號，MSP430單片機控制數據的接收、處理、傳輸，將數據打包后通過串口通信傳送至PC機。機總體結構圖131MSP430與傳感器的通信(1)信息接收：MSP430通過CC2420無線接收來自傳感器的信息，同時通過ZigBee協(xié)議的地址分配識別人體不同部位的傳感器信息包括：上肢、腰部、下肢。CC2420MSP430（2）室內定位：采用射頻識別技術。射頻識別技術利用射頻方式在室內東西南CC2430中間進行自動交換信息，然后讀卡器將這些信息通過接口Zigbee傳到與MSP430連接的CC2430，進而通過串口通信傳給PC機。MAXACPE232MSP4302MPS430單片機與PC機的通信14（1）硬件部分：MSP430單片機通過RS-232接口電路與上位機進行如圖1-1，串行口的電平轉換器（MAX232ACPE）實現(xiàn)單片機電平與RS232電平的相互轉換。（2）下位機(MSP430單片機)程序設計包括初始化設計、串口中斷服務設計和主處理程序設計行處理以及封裝需要發(fā)送的數據。下面是它的程序代碼。#include<msp430x14x.h>charnRev_UART1;//串口1的接收標志charUART1_TX_BUF[60];//串口1的發(fā)送緩沖區(qū)charUART1_RX_BUF[60];intnTX1_Len;charnRX1_Len;charnRX1_Len_temp;charnTX1_Flag;intnSend_TX1;voidmain(void){//串口1的接收緩沖區(qū)intnRes_UART1;intnRes=0;charUART1_RX_Temp[60];inti;intn;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//關閉看門狗_DINT();//關閉中斷//初始化時鐘//初始化端口//初始化串口1//打開中斷Init_CLK();Init_Port();Init_UART1();_EINT();16for(;;){//進入處理循環(huán)if(nRev_UART1==1)如果有接收中斷{nRev_UART1=0;for(i=0;i<nRX1_Len;i++)UART1_RX_Temp[i]=UART1_RX_BUF[i];//將接收到的數據拷貝到臨時緩沖區(qū)。nRes=ProcessCMD(UART1_RX_Temp,nRX1_Len);switch(nRes){case：nTX1_Len=3;//設置中斷標志，進入發(fā)送中斷程序IFG2|=UTXIFG1;nRX1_Len=0;break;case2：nTX1_Len=nRX1_Len+3;//設置中斷標志，進入發(fā)送中斷程序IFG2|=UTXIFG1;nRX1_Len=0;17break;case-1:nTX1_Len=6;//設置中斷標志，進入發(fā)送中斷程序IFG2|=UTXIFG1;nRX1_Len=0;break;}}}}在上面的程序中主要根據“ProcessCMD(UART1_RX_Temp,nRX1_Len)”對得到的結果進行處理，向PC發(fā)送響應數據，如果接收到的數據有錯誤，則發(fā)送“ERRORnTx1_Len”的長度，并通過“IFG2|=UTXIFG1;”發(fā)送中斷，從而使中斷處理程序進行數據發(fā)送ProcessCMD(UART1_RX_Temp,nRX1_Len)處理接收到的數據并返回相應的代碼以使主程序處理。3.3上位機的實現(xiàn)3.3.1開發(fā)工具的選擇PC端上的上位機將采用VC編寫，VC++6.0是Microsoft公司推出的一個基于Windows系統(tǒng)平臺、可視化的集成開發(fā)環(huán)境，它的源18程序按C++語言的要求編寫，并加入了微軟提供的功能強大的MFC(MicrosoftFoundation類庫。MFC中封裝了大部分WindowsAPI函數和Windows控件，它包含的功能涉及到整個Windows操作系統(tǒng)。MFC不僅給用戶提供了Windows圖形環(huán)境下應用程序的框架，建和管理一個標準Windows應用程序所需的程序，而是從一個比較高的起點編程，故節(jié)省了大量的時間。另外，它提供了大量的代碼，指導用戶編程時實現(xiàn)某些技術和功能。因此，使用提供的高度可視化的應用程序開發(fā)工具和MFC類庫，可使應用程序開發(fā)變得簡單。VC++由于本身計算能力和處理數據能力不強，而在這mathworks公司發(fā)布的主要面對科學以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、FortranVC++和Matlab互聯(lián)可用Matcom軟件和Matlab自身的引擎函數庫實現(xiàn)。3.3.2關鍵代碼的實現(xiàn)1、串口通信：MSComm19的一些重要的方法：CommPort：設置串口號，類型short:1-comm12-comm2.Settings：設置串口通信參數，類型CString:BPN無校驗，E偶校驗，OD字節(jié)有效位數，S停止位。PortOpen：設置或返回串口狀態(tài)，類型TURE打開，F(xiàn)ALSE關閉。InputMode:設置從接收緩沖區(qū)讀取數據的格式，類型long：0-Text1-Bin。Input:從接收緩沖區(qū)讀取數據，類型。InBufferCount:接收緩沖區(qū)中的字節(jié)數，類型：short。InBufferSize:接收緩沖區(qū)的大小，類型：short。Output:向發(fā)送緩沖區(qū)寫入數據，類型：。OutBufferCount:發(fā)送緩沖區(qū)中的字節(jié)數，類型：short。OutBufferSize:發(fā)送緩沖區(qū)的大小，類型：short。InputLen:設