II緒論研究背景伴隨著社會(huì)不斷地發(fā)展與進(jìn)步，部分老年人逐漸跟不上社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，因此我們要關(guān)愛(ài)老人，幫助他們?nèi)谌肷鐣?huì)，全社會(huì)都有責(zé)任、有義務(wù)傾注力量關(guān)愛(ài)老人，幫助他們?nèi)谌肷鐣?huì)。不要讓“低端老年機(jī)”成為老年人生活的“絆腳石”。人口老齡化在當(dāng)今社會(huì)中已經(jīng)成為了一個(gè)傳統(tǒng)議題，對(duì)于一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、能源等等方面的發(fā)展，老年人這個(gè)群體在其中也擔(dān)當(dāng)著舉足輕重的作用?！?020年02月28日，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布2019年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，截止2019年年末，我國(guó)60周歲及以上人口占比總?cè)丝诘?8.1%,為25388萬(wàn)人；65周歲及以上人口占比12.6%,為17603萬(wàn)人，且占比連續(xù)6年突破10%”【1】，并呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。由于老年人的人口比例系數(shù)處于一個(gè)逐漸上升的趨勢(shì)，并將會(huì)引發(fā)一系列的問(wèn)題，即對(duì)于年輕人乃至整個(gè)社會(huì)來(lái)說(shuō)，養(yǎng)老負(fù)擔(dān)在日益加重，不僅會(huì)加重每個(gè)家庭在財(cái)力方面的負(fù)擔(dān)，還會(huì)增加國(guó)家醫(yī)療福利系統(tǒng)的壓力。當(dāng)代社會(huì)，隨著老齡化人口數(shù)量逐年的增加，成人子女和父母分開(kāi)居住的情況屢見(jiàn)不鮮，因此子女難以實(shí)現(xiàn)對(duì)父母的身體狀況，安全狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)父母身體感到不舒服時(shí)，家屬也不能及時(shí)趕到，所以空巢老人一個(gè)人居住生活等一系列的問(wèn)題得也到了國(guó)家、社會(huì)等的廣泛關(guān)注。同時(shí)，除“獨(dú)居的空巢老人”外，“老人走失”、“老人摔倒無(wú)人扶”、“突發(fā)疾病”等各種意外風(fēng)險(xiǎn)紛至沓來(lái)，成為了越來(lái)越嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。在此背景下，借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、等技術(shù)生產(chǎn)制造的一鍵報(bào)警器設(shè)備便于老人使用。與以往傳統(tǒng)的只可接聽(tīng)電話，發(fā)送消息的老人機(jī)相比，一鍵報(bào)警器設(shè)備具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，如方便攜帶、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)等等，由此，我們可以判斷出老年人是否處于危險(xiǎn)中，以便及時(shí)下發(fā)指令啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控老年人的健康狀態(tài)，同時(shí)可以增添老人的幸福感與滿足感。研究意義四川省保護(hù)委員會(huì)宣布了老年消費(fèi)者舊貨商品的比較試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)比較試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的“舊手機(jī)”，“舊手機(jī)”的最大部分市場(chǎng)然而對(duì)老人的使用并不是非常友好，即使是“低端機(jī)器”。根據(jù)報(bào)道，此次研究的11個(gè)測(cè)試指標(biāo)，分為三大類：安全規(guī)格，易用性和耐用性。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，市面上不少“老年手機(jī)”不但在操作便捷性上并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，而且按鍵設(shè)計(jì)也不方便，操作也很麻煩，不容易上手，成本又較高，而聲稱智能手機(jī)適合老年人。“老年機(jī)”本應(yīng)該成為老年人融入數(shù)字化時(shí)代的“快捷鍵”，想不到卻因?yàn)椴僮餍阅懿患殉蔀樾碌囊粭l“數(shù)字鴻溝”，其中負(fù)面傾向值得擔(dān)憂。我們要適應(yīng)老年人的“操作慢”“按鍵輕”“視力差”等年齡特征，用技術(shù)優(yōu)勢(shì)補(bǔ)足年齡弱勢(shì)，真正成為老年人手足的延伸。因此本次設(shè)計(jì)一鍵報(bào)警器的主要目標(biāo)是為那些無(wú)法使用智能機(jī)的高齡群體老人有備而來(lái)，為了便于老人使用，因此我們最主觀的目的是簡(jiǎn)單、易懂、易操作。對(duì)于完全不懂甚至有阿爾茲海默癥的老人，只要隨身攜帶，我們就可以隨時(shí)隨地的與老人通話、查看老人的具體位置。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)最主要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：一鍵求救，一鍵撥號(hào)，定位多樣化，防騷擾語(yǔ)音通話，定時(shí)TTS語(yǔ)音管家等等。1.3研究?jī)?nèi)容一鍵報(bào)警器主要由一鍵求救自動(dòng)輪報(bào)，一鍵播報(bào)，語(yǔ)音播報(bào)，定時(shí)上報(bào)位置信息，防騷擾，來(lái)電提醒，定時(shí)提醒，短信編程等構(gòu)成。使服務(wù)于老年人變得更加便捷化，提升老人的幸福感。一鍵報(bào)警器主要實(shí)現(xiàn)了滿足老年人的基本要求愿景，同時(shí)還拓展TTS語(yǔ)音管家功能、定位追蹤等各項(xiàng)功能，同時(shí)也可下發(fā)指令啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)，并分析相關(guān)性能指標(biāo)。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：市場(chǎng)調(diào)研及產(chǎn)品的選型、功能性能指數(shù)的評(píng)估與方案的優(yōu)選、一鍵報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)、最終經(jīng)過(guò)相關(guān)性能以及功能測(cè)試，驗(yàn)證本系統(tǒng)的可行性、穩(wěn)定性。1.4論文組織根據(jù)本文的研究?jī)?nèi)容和工作，本論文每章的內(nèi)容如下：第一章為本文的緒論。本章節(jié)從主要選題背景及意義展開(kāi)，介紹一鍵報(bào)警器和技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后再對(duì)本次設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)的布局與安排進(jìn)行了說(shuō)明。第二章為基于CAT.1一鍵報(bào)警器的設(shè)計(jì)。首先講述了此次設(shè)計(jì)的背景，其次對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行展開(kāi)敘述，最后詳細(xì)對(duì)單片機(jī)的選型，主控模塊的簡(jiǎn)介、選型及其發(fā)展歷程進(jìn)行了詳細(xì)描述。第三章為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析。本章介紹了一鍵報(bào)警器的系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。本章主要?jiǎng)澐至?部分進(jìn)行敘述，分別從系統(tǒng)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的功能進(jìn)行詳細(xì)介紹。第四章為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。本章節(jié)主要從各個(gè)模塊進(jìn)行描述它們的功能。分別從系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)，單片機(jī)設(shè)計(jì)，LTE模塊設(shè)計(jì)，其中在LTE模塊設(shè)計(jì)中，對(duì)其中的小模塊進(jìn)行了細(xì)分并詳細(xì)的描述了它們功能。第五章為系統(tǒng)的測(cè)試。本章主要對(duì)系統(tǒng)的電源和定位進(jìn)行了測(cè)試分析。第六章為總結(jié)與展望。本章主要對(duì)設(shè)計(jì)的總體內(nèi)容和工作進(jìn)行的進(jìn)度、成果進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)還指出本系統(tǒng)不完美的地方，最后提出了該系統(tǒng)的后續(xù)改進(jìn)方向。第二章CAT.1一鍵報(bào)警器的設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1.1設(shè)計(jì)背景隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用場(chǎng)景的不斷豐富，設(shè)備對(duì)聯(lián)網(wǎng)的時(shí)效性和便利性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的2G/3G網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)終端依然存在傳輸效率低、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性差、使用不方便、成本高昂等問(wèn)題。中國(guó)的4G網(wǎng)絡(luò)報(bào)告持續(xù)嵌入中，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也在加速中，2020年5月07日，工業(yè)和信息技術(shù)部印發(fā)《關(guān)于深入推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展的通知》，其中2G/3G首先使用遷移網(wǎng)絡(luò)。刪除要求指導(dǎo)新的加載項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)終端，不再是2G/3G網(wǎng)絡(luò)，將共享2G/3GInternet服務(wù)推動(dòng)到NB-IOT/4G（CAT.1）/5G網(wǎng)絡(luò)遷移，這些遷移滿足4GCAT.1/5G的中期速率模塊的常見(jiàn)需求近支持LTE-Cat1（以下簡(jiǎn)稱Cat1）發(fā)展。使NB-IoT/Cat.1能夠更好的解決2G/3G退?后存量物聯(lián)業(yè)務(wù)的問(wèn)題。相對(duì)于Cat.1模塊，NB-IoT與Cat.4針對(duì)性強(qiáng)，發(fā)展成熟。NB-IoT不能完成中低速業(yè)務(wù)，而用Cat.4來(lái)實(shí)現(xiàn)中低速業(yè)務(wù)又大材小用，Cat.1成功的解決一系列的問(wèn)題。有效的解決了距離、網(wǎng)絡(luò)成本、傳輸速率等問(wèn)題。2.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)一款多功能老人一鍵報(bào)警求救器，主要是以Air724的4GCat.1為主控，以單片機(jī)STC8為輔助的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。主控主要是用Lua腳本語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，STC8主要是用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。2.1.3單片機(jī)選擇方案一：STM32STM32具有強(qiáng)大的功能,有32位的Cortex-M3的中央處理器,72MHz,1.25DMIPS/MHz，是它的最高工作頻率，在此情況下它還支持各個(gè)周期乘法和硬件除法。最多112個(gè)的快速I/O端口連接、11個(gè)定時(shí)器、13個(gè)通信接口。并且片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器；6-64KB的SRAM存儲(chǔ)器。雖然它具備十分強(qiáng)大的功能，但是性價(jià)比并不高。方案二：STC8STC微控制器是全新一代8051單速單芯片微控制器，低性能、低功耗、超級(jí)反干擾，下載刻錄程序適合使用串行連接。很容易開(kāi)始。它擁有大量學(xué)習(xí)材料和視頻，具有具有寬電壓，價(jià)格低。它可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯。由于本設(shè)計(jì)主控是4GAir724Cat.1，所有的邏輯都在4GAir724Cat.1上，單片機(jī)主要的作用是控制相關(guān)接口與進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能。由于Air724Cat.1需要靠單片機(jī)來(lái)給設(shè)備開(kāi)機(jī)，所有單片機(jī)主要作用是：給主控開(kāi)關(guān)機(jī)、燈控、按鍵操作等。如果選擇方案一的STM32單片機(jī)不僅浪費(fèi)了其強(qiáng)大的功能而且性價(jià)比也不高，不適用老年人的需求，因此我們選擇了方案二。2.1.4主控芯片選擇方案一：Air720Cat.4Air724Cat.4芯片是4G全網(wǎng)通模塊，它的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持多個(gè)驅(qū)動(dòng)程序和軟件功能并且支持二次開(kāi)發(fā)。支持多種接口，如：SPI、POM、MC、ADC、SIM等。功能強(qiáng)大，支持矩陣鍵盤(pán)、SPIcamera、SPILCD、VOLTE等等功能，但是價(jià)格較高，一塊芯片100元左右。支持中高速物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。方案二：Air724Cat.1Air724Cat.1芯片是內(nèi)置豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持多種驅(qū)動(dòng)和軟件功能，并且支持二次開(kāi)發(fā)。功能強(qiáng)大，支持矩陣鍵盤(pán)、SPIcamera、SPILCD、VOLTE等等功能，但是價(jià)格不高，一塊芯片大約需要40元。性價(jià)比高，功能強(qiáng)大。支持中低速物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。因此我們采用性價(jià)比高的4GAir724Cat.1更為合適，因此選擇方案二。2CAT.1簡(jiǎn)介及選型2.2.1CAT.1發(fā)展歷程Cat.1的全稱是LTEUE-Category1，UserEquipment簡(jiǎn)寫(xiě)是其中的UE，是對(duì)在4GLTE網(wǎng)絡(luò)下終端設(shè)備無(wú)線性能的一種“低配版4G”，也屬于蜂窩網(wǎng)。Cat.1適用于中低速的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的發(fā)展，對(duì)補(bǔ)齊物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要運(yùn)用場(chǎng)景需求有巨大的意義。在各個(gè)國(guó)家政策、運(yùn)營(yíng)商推廣、模塊廠商跟進(jìn)，各種設(shè)備商新出設(shè)備……眼睛應(yīng)接不暇，在物聯(lián)網(wǎng)圈里十分流行。由于2G、3G網(wǎng)的逐漸退出，4G/5G(NB-IoT+4G+5GNR)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將登上互聯(lián)網(wǎng)的大舞臺(tái)。第五代移動(dòng)通信技術(shù)的建設(shè)，以及更好地、更充分的利用頻帶：手機(jī)等移動(dòng)通信終端最終會(huì)在4G/5G及以上網(wǎng)絡(luò)上展現(xiàn)，第二代移動(dòng)通信技術(shù)或者第三代移動(dòng)通信技術(shù)頻帶被閑置，第四代移動(dòng)通信技術(shù)頻帶被5G分擔(dān)，為了充分的利用頻譜資源，需要將網(wǎng)絡(luò)接入能力開(kāi)發(fā)給有網(wǎng)絡(luò)需求的眾多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。又因?yàn)镹B-IOT滿足不了中速率和移動(dòng)特性的需求。然而LTEUE-Category4大器小用，并且成本價(jià)昂貴。LTE在最原始的設(shè)計(jì)中是為了解決一個(gè)最核心的需求——它必須足夠快。盡管該技術(shù)可以滿足移動(dòng)寬帶通訊的需求，但是它沒(méi)有辦法在一些應(yīng)用產(chǎn)品中將它的作用發(fā)揮得淋漓盡致，比如在一些可以穿戴式設(shè)備上、工業(yè)傳感器、家庭用電器等。而這類設(shè)備的最主要的特點(diǎn)是擁有小尺寸，電池供電，而且經(jīng)常會(huì)被放在那些網(wǎng)絡(luò)覆蓋不好的地方，或者甚至無(wú)信號(hào)的地方諸如地下室等。因此Cat.1正好借此機(jī)會(huì)填補(bǔ)了退網(wǎng)留下的市場(chǎng)應(yīng)用空白。LTEUE-Category1適用于那些要求不高的寬帶速率，但是對(duì)于功耗與數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性還是有一些場(chǎng)景的要求，比如如智能手機(jī)，穿戴式設(shè)備、共享支付，智能安防等。Cat.1的最終目標(biāo)是服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)低功耗和低成本LTE連接的目的，這對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有深遠(yuǎn)意義。Cat.1主要優(yōu)點(diǎn)有能夠無(wú)縫接入現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)、集成度高、傳輸快、價(jià)格低等，這恰好滿足4G老人機(jī)的基本需求。老人機(jī)主要需求為通話和少量數(shù)據(jù)傳輸，而Cat.1支持VoLTE高清通話及成本低的低速率數(shù)據(jù)傳輸，此外已有集成TTS、AGPS等拓展功能的Cat.1模塊，給老人機(jī)提供了一個(gè)新的發(fā)展道路。然而CAT.1也有很好的發(fā)展前景。2.2.1CAT.1和CAT.4區(qū)別1、Cat.1在成本上更具有優(yōu)勢(shì)：LTECat.1能夠沒(méi)有縫隙的接入現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)中，不需要升級(jí)軟硬件的基站，網(wǎng)絡(luò)覆蓋成本較低。在芯片的成本上，通過(guò)系統(tǒng)最優(yōu)的處理后，它有更高額集成度，更簡(jiǎn)單的模組的硬件架構(gòu)和更的外圍硬件成本。2、LTEUE-Category1與LTEUE-Category4比較，在移動(dòng)性、速率方面，有著類似的優(yōu)勢(shì)擁有跟LTECat.4相同的毫秒級(jí)傳輸時(shí)延，同時(shí)移動(dòng)速也可以支持100KM/H以上的度。3、Cat.1更具應(yīng)用方面上的優(yōu)勢(shì)：因?yàn)镃at.1屬于4G系列，完全可以直接用第四代移動(dòng)通信現(xiàn)有的資源。Cat.4遷移至Cat.1，有明顯的收益。比如玩具機(jī)器人、對(duì)講機(jī)等應(yīng)用了4G做語(yǔ)音交互的場(chǎng)景。Cat.1在許多場(chǎng)景中都有發(fā)揮其用處，比如在語(yǔ)音功能以及中速率連接的場(chǎng)景。這些場(chǎng)景包括了公網(wǎng)對(duì)講、車載支付、金融支付、共享、工業(yè)控制、pos等。4、CAT1、CAT.4的應(yīng)用場(chǎng)景：如圖2-1所示。圖2-1CAT1、CAT.4的應(yīng)用場(chǎng)景第三章系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析3.1系統(tǒng)介紹本設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)一款多功能老人一鍵報(bào)警求救器，主要是以Air724的4GCat.1為主控，以單片機(jī)STC8為輔助的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的一鍵報(bào)警器系統(tǒng)主要由五個(gè)部分組成，CAT.1主控、STC8單片機(jī)控制、燈控、按鍵控制以及電源控制。CAT.1就像是中央處理器，是一鍵報(bào)警器的核心，所有的處理指令都是通過(guò)CAT.1來(lái)分析完成的。CAT.1主控通過(guò)UART連接在STC8上。STC8就像是設(shè)備的中間樞紐，中間樞紐的外設(shè)狀態(tài)及接收控制外設(shè)指令并實(shí)施。燈控和按鍵控制需要通過(guò)STC8的GPIO來(lái)連接。其STC8單片機(jī)主要的作用是控制相關(guān)接口與進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能。由于Air724Cat.1需要靠單片機(jī)來(lái)給設(shè)備開(kāi)機(jī)，其它主要作用是：給主控開(kāi)關(guān)機(jī)、燈控、按鍵操作等。3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本次硬件設(shè)計(jì)組成部分主要有電源模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)充電設(shè)計(jì)，濾波設(shè)計(jì)等。整個(gè)硬件部分一共有兩個(gè)按鍵：一個(gè)是呼救按鍵，一鍵呼救，當(dāng)遇到異常狀況長(zhǎng)按SOS鍵2秒以上自動(dòng)輪播撥求救電話；另一個(gè)撥打電話鍵，空閑時(shí)，短按報(bào)時(shí)，長(zhǎng)按輪流撥打電話簿號(hào)碼3遍，直到有人接聽(tīng)停止；來(lái)電時(shí)，短按接聽(tīng)，長(zhǎng)按關(guān)斷電話；通話時(shí)，長(zhǎng)按掛斷電話。通過(guò)按鍵檢測(cè)到老人的需求，同時(shí)兒女也可以實(shí)時(shí)的獲得老人的信息與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。本設(shè)計(jì)有兩個(gè)燈：一個(gè)是充電燈，一個(gè)是提示設(shè)備狀態(tài)的燈，如來(lái)電、通話中、通話結(jié)束等情況，便于老人使用，讓老人獲得安全感、幸福感與滿足感。圖3-1系統(tǒng)總體的框架圖一鍵報(bào)警器系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下需求：1.實(shí)時(shí)性。能夠及時(shí)獲取老人的定位信息，系統(tǒng)并能夠及時(shí)反應(yīng)和處理控制命令。2.實(shí)用性。我們即要考慮投資成本又需要考慮系統(tǒng)是否操作簡(jiǎn)便，方便老人使用。3.可靠性。網(wǎng)絡(luò)式報(bào)警能夠有效的防止誤報(bào)，漏報(bào)，錯(cuò)報(bào)的情況，保證系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間可以穩(wěn)定的運(yùn)行。4.可擴(kuò)展性。本設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)的思想，加強(qiáng)各模塊之間各個(gè)接口的關(guān)系，利于系統(tǒng)新功能的增加。3.3系統(tǒng)功能由于一鍵報(bào)警器的主要目標(biāo)群體是無(wú)法使用智能機(jī)的高齡老人，因此設(shè)計(jì)最主觀的目的是操作簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)易撥號(hào)，方便攜帶等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)最主要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能是：（1）一鍵報(bào)警功能。一鍵報(bào)警，輪報(bào)親情電話，直到接通。當(dāng)遇到異常狀況，只要長(zhǎng)按SOS鍵2秒以上自動(dòng)輪播撥求救電話，還能夠使正常生活、懂得設(shè)備求救操作的老人，迷路、摔倒時(shí)候都可以及時(shí)的發(fā)出求救信號(hào)。（2）一鍵撥號(hào)功能。當(dāng)老人想要撥號(hào)給孩子時(shí)候，也能夠一鍵撥號(hào)，可撥打所儲(chǔ)存的第一組號(hào)碼，便于老人操作。（3）高清通話功能。VoLTE高清通話，免提通話，方便老人更清楚的接聽(tīng)。由于現(xiàn)代的老人機(jī)屏幕小且字體小，老人的視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)不太好，所以高清通話與大音量語(yǔ)音報(bào)時(shí)能夠解決老人看不清與聽(tīng)不清時(shí)間的問(wèn)題。（4）語(yǔ)音提示功能。自定義人性化TTS語(yǔ)音提醒家屬可以通過(guò)平臺(tái)定時(shí)設(shè)置鬧鐘提醒老人吃藥、回家等等。每臺(tái)設(shè)備可以設(shè)定9組定時(shí)語(yǔ)音提醒。（5）定位多樣化功能?；据o助定位查詢、WIFI室內(nèi)定位，能精準(zhǔn)定位用戶所在室內(nèi)WIFI覆蓋區(qū)域，隨時(shí)可以通過(guò)小程序查詢?cè)O(shè)備所在的位置。（6）防騷擾功能。預(yù)留白名單，開(kāi)啟防騷擾可自動(dòng)濾除陌生人號(hào)碼。通過(guò)預(yù)置的手機(jī)撥打本機(jī)的手機(jī)號(hào)碼，可實(shí)現(xiàn)免提通話。非設(shè)置的手機(jī)撥打本機(jī)的手機(jī)號(hào)碼，則無(wú)任何反應(yīng)，起到防陌生話騷擾的作用；這樣同時(shí)也可以提高老人的安全感。系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)在模塊應(yīng)用設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)是一個(gè)不可或缺的部分。由于高頻在短時(shí)間內(nèi)，因此在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的突發(fā)脈沖電流。在突然脈沖的階段，電源必須能夠提供高峰電流，或者會(huì)導(dǎo)致電源電壓降。在2G網(wǎng)絡(luò)下，電壓跌落會(huì)比3G和4G網(wǎng)絡(luò)大。

模塊電源VBAT電壓范圍為3.3V?4.3V，因?yàn)槟K在高頻發(fā)射期間產(chǎn)生VBAT電源的電源電壓降，這是由于電源的阻抗或跟蹤路徑，因此通常難以避免。因此，模塊的電源設(shè)計(jì)在該結(jié)構(gòu)中多加重視，100uF的鉭電容器的低ESR（ESR=0.7Ω）并聯(lián)連接，101PF，33PF，104PF濾波電容。此外，VBAT的PCB軌道應(yīng)該要盡量短且足夠?qū)?，盡可能短，以減少VBAT軌道的等效阻抗，還可以確保在最大傳輸功率下的大電流下的電壓太大降低。根據(jù)相關(guān)的手冊(cè)意見(jiàn)，VBAT跡線寬度優(yōu)選不小于2mm，軌道越長(zhǎng)，寬度越寬。濾波電容的布線設(shè)計(jì)如圖4-1所示：圖4-1濾波電容的布線設(shè)計(jì)電源設(shè)計(jì)對(duì)模塊的供電至關(guān)重要，必須選擇能夠提供至少2A電流能力的電源。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)充電設(shè)計(jì)如圖4-2所示：系統(tǒng)中ESD二極管起到了防靜電保護(hù)作用，當(dāng)接入U(xiǎn)SB接口時(shí)，充電燈LED3接入高電平，其中R41K電阻主要作用為保護(hù)LED燈的作用。此時(shí)USB主要是給鋰電池充電；當(dāng)未接入U(xiǎn)SB接口時(shí)，鋰電池將供電于整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備。電源電路中含有一個(gè)相當(dāng)于電子開(kāi)關(guān)的MOS管電路，當(dāng)設(shè)備開(kāi)機(jī)初始化時(shí)，會(huì)將管腳VLTE拉為高電平，這時(shí)處于高電平的電子開(kāi)關(guān)則為設(shè)備供電。圖4-2系統(tǒng)充電設(shè)計(jì)4.2單片機(jī)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)芯片選擇了STC8F2K16S2,它是整個(gè)硬件的核心部分控制著各個(gè)模塊的運(yùn)行，STC8F2K16S2是STC新型STC8系列，體積小，性能強(qiáng)大和外圍電路的增強(qiáng)51微型處理器。內(nèi)部時(shí)鐘頻率可以達(dá)到27MHz。在相同的時(shí)鐘頻率下，STC1系列中的命令執(zhí)行速度進(jìn)一步提高。因此，選擇該模型的單芯片微計(jì)算機(jī)作為最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)的電路圖如圖4-3所示：圖4-3最小系統(tǒng)的電路圖MCU_RXD管腳和MCU_TXD管腳分別為MCU與LTE通信串口的接收腳和發(fā)送腳。為了能夠讓STC8實(shí)現(xiàn)串口通信,在其單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)了串行口，因?yàn)樵诖蟛糠智闆r下它是采用了異步通信方式，有些時(shí)候它也可以作為同步移位接受和發(fā)送器使用。它是一個(gè)可以編程的全雙工串行通信接口，通過(guò)軟件的編程，它可以作為通用異步接收器和發(fā)送器使用。在VBATT管腳下面接入了一個(gè)104p的電容，此電容起到了濾波的作用。RXD管腳和TXD管腳用來(lái)下載單片機(jī)程序和透?jìng)鲾?shù)據(jù)（透?jìng)?，顧名思義透明傳輸，是指在通訊中它不需要管傳輸業(yè)務(wù)的內(nèi)容，只需要將它所需傳輸?shù)膬?nèi)容由源地址傳輸?shù)侥康牡刂?，并且不用?duì)其數(shù)據(jù)內(nèi)容做出任何的改變。）在LEDRUN管腳預(yù)留了兩個(gè)燈,分別為L(zhǎng)ED1、LED2,它們用于求救、運(yùn)行等功能，其中R2、R3為限流電阻，起到保護(hù)電路的作用。其中還有兩個(gè)按鍵：KEYC和KEYD,主要用于求救、撥號(hào)等功能。表4-1是最小系統(tǒng)管腳說(shuō)明及作用說(shuō)明：表4-1最小系統(tǒng)管腳說(shuō)明及作用：管腳作用MCU_RXDMCU與LTE通信串口接收腳。MCU_TXDMCU與LTE通信串口發(fā)送腳。WAKEUPLTE喚醒腳。LTE_RSTLTE通信復(fù)位腳DEC_5VUSB接入檢測(cè)，插上USB，5V。USB_BOOTUSB_BOOT下載模式。MCU_PKEYLTE通信復(fù)位腳。低電平開(kāi)機(jī)LED_RUN指示燈。KEY_D/KEY_C按鍵TXD/RXD打印串口4.3LTE本系統(tǒng)選用的是AIR724系列芯片作為主控，由于Air724Cat.1芯片是內(nèi)置豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它可以支持不同的驅(qū)動(dòng)和軟件功能，并且也支持二次開(kāi)發(fā)。它具有強(qiáng)大的功能，可以支持矩陣鍵盤(pán)、SPIcamera、SPILCD、VOLTE等等功能，性價(jià)比高，集成度高，并且有著強(qiáng)大的功能。同時(shí)它還支持中低速物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。所以選用Air724Cat.1作為此設(shè)計(jì)的主控芯片。本系統(tǒng)的芯片如圖4-4所示：圖4-4本系統(tǒng)的芯片4.3.1SIM卡SIM卡的電源具有以下幾種：5V、3V、1.8V，以前一張舊卡為5V/3V，現(xiàn)在的卡一般為3V/1.8V，所以我們可以在移動(dòng)的穩(wěn)定電路中看到卡的升壓電路。圖中有一個(gè)ESD二極管，這是電路中的ESD靜電保護(hù)二極管的原理。當(dāng)電路正常運(yùn)行時(shí)，處于關(guān)閉狀態(tài)（高電阻），線路的正常操作受到影響，異常在超壓和擊穿電壓快速改變高阻抗路徑的高阻，這是低阻抗路徑阻抗通道提供電流電力，并且異常高壓處于安全水平內(nèi)以保護(hù)IC或線路;如果不尋常的過(guò)壓消失，則返回高電阻，電路正常工作。ESD（靜電放電）是銷毀電子元件或集成電路系統(tǒng)的過(guò)大電壓的主要?dú)摺Ｓ捎谕ǔＩa(chǎn)靜電，其電流電壓非常高，因此我們假設(shè)防勘測(cè)保護(hù)措施，以避免這種破壞性和永久性損壞。當(dāng)使用模塊時(shí)，由于人體的靜電，微電子等排放，通過(guò)各種方式從模塊中釋放，這可能導(dǎo)致對(duì)模塊的一些損壞，因此需要保護(hù)和重視ESD。無(wú)論是在生產(chǎn)組裝，測(cè)試，尤其是在設(shè)計(jì)方面，都采取了ESD保護(hù)措施。本設(shè)計(jì)的SIM卡設(shè)計(jì)如圖4-5所示：圖4-5SIM卡設(shè)計(jì)在SIM卡接口電路設(shè)計(jì)中，為確保SIM卡的良好功能性能，有以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)原則需要遵循：SIM卡座距離模塊的距離擺件不易太遠(yuǎn)，盡量保證SIM卡信號(hào)線布線不超過(guò)20cm，離的越近越好。SIM卡信號(hào)線布線遠(yuǎn)離RF線和VBAT電源線。3、為了避免存在的USIM_CLK信號(hào)對(duì)USIM_DATA信號(hào)的干擾，它們之間的布線不要靠的太近，在兩條走線之間增加地屏蔽。并且對(duì)USIM_RST_N信號(hào)也需要地保護(hù)。4、SIM卡的外圍電路盡可能的靠近SIM卡座。SIM卡系統(tǒng)管腳說(shuō)明及作用如表4-2所示：表4-2SIM卡系統(tǒng)管腳說(shuō)明及作用管腳作用SCLK時(shí)鐘。SIM卡的時(shí)鐘一般采用兩種時(shí)鐘，一種是采用1.083MHz，一種是采用13M/4而得的3.25MHz作為基準(zhǔn)時(shí)鐘SIO接入了SIM卡數(shù)據(jù)。它是與手機(jī)進(jìn)行SIM卡內(nèi)部的信息傳輸?shù)耐ㄐ啪€SRSTSIM卡的工作復(fù)位信號(hào)，用來(lái)對(duì)SIM卡內(nèi)部處理器進(jìn)行復(fù)位的4.3.2電平轉(zhuǎn)換本系統(tǒng)中在LTERXD管腳LTETXD管腳接入了一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，由于Air724UG_Air723UG模塊的串口電平都是1.8V的，如果要和3.3V/5V的MCU通信，由于電源域要和電源電壓一致，所以必須要加入一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路。同時(shí)電平轉(zhuǎn)換電路也有保護(hù)模塊的作用，由于高阻端口是浮空，因此不能作為TX，推挽是直接接VCC，電壓較大，不能直接搭配RX，否則會(huì)燒壞。因此選擇最基本的方法是，沒(méi)有輸出大電流的需求就準(zhǔn)雙向口，有的話推挽，按鍵不能推挽，直接接VCC，會(huì)導(dǎo)致電壓太大?？梢允褂脺?zhǔn)雙向與高阻，高阻是浮空的，因此易被干擾。MCU_RXD高阻省電，也可以配置成準(zhǔn)雙向輸出高電平。開(kāi)漏只輸出低電平。本設(shè)計(jì)的電平轉(zhuǎn)換電路如圖4-6所示：圖4-6電平轉(zhuǎn)換電路4.3.3其他在ANTWLAN管腳接入了Wife無(wú)線功能，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)定位功能；在ANTLTE管腳接入了LTE天線；MCUPKEY管腳接入了開(kāi)機(jī)鍵，用于老人機(jī)上電；在芯片的MICINN管腳和MICINP管腳接入了濾波模塊，此模塊是利用電容的濾波特性來(lái)濾除靠近MIC以及模塊的高頻干擾，其中10pF的電解電容用來(lái)濾除工作在1800MHZ的高頻干擾，33pF的電解電容用來(lái)濾除工作在900MHZ的高頻干擾。其中原理圖中的大喇叭是直接驅(qū)動(dòng)8歐姆Speaker，最大輸出1w。本設(shè)計(jì)的濾波設(shè)計(jì)如圖4-7所示：圖4-7濾波設(shè)計(jì)系統(tǒng)測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試主要有：定位的測(cè)試與分析，主要運(yùn)用的是基站定位和Wi-Fi定位；電源測(cè)試與分析，主要看是否能夠正常運(yùn)行；撥號(hào)測(cè)試與分析，不同運(yùn)營(yíng)商，不同手機(jī)型號(hào)進(jìn)行對(duì)比；報(bào)警測(cè)試與分析，看是否能夠正常報(bào)警，能否實(shí)時(shí)的獲得老人的信息。5.1定位測(cè)試本設(shè)計(jì)主要是基站定位及Wi-Fi定位?；径ㄎ灰簿褪?LBS定位"，獲得定位的方法：首先是要知道移動(dòng)設(shè)備的地點(diǎn)或用戶所在的地理位置；其次是提供與位置相關(guān)的各類信息服務(wù)。它是通過(guò)SIM卡接受基站信號(hào)進(jìn)行定位的。只要老人的手機(jī)處于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的有效范圍內(nèi)，就可以實(shí)時(shí)的對(duì)老人的位置進(jìn)行定位，同時(shí)它也不會(huì)受天氣、高樓、位置等的影響。但是它的缺點(diǎn)是信號(hào)弱，一般要經(jīng)過(guò)折射或反射，所以定位多多少少會(huì)受到影響，導(dǎo)致定位的精度受到影響。然而，WiFi已定位，因?yàn)槊Q表明，必須有Wi-Fi。WLAN定位的目的是解決精確定位，其中基站定位原理是相似的。WiFi定位條件是：無(wú)論是連接到熱點(diǎn)，都必須打開(kāi)WiFi。需要訪問(wèn)Internet，移動(dòng)數(shù)據(jù)或WiFi網(wǎng)絡(luò)。此外，Wi-Fi定位技術(shù)也很快發(fā)展。每個(gè)WLANAP都有一個(gè)以世界為導(dǎo)向的MAC地址。WiFi定位取決于檢測(cè)周圍所有Wi-Fi接入點(diǎn)的MAC地址。無(wú)線定位精度高，WiFi強(qiáng)化非常精確，高速。表5-1是測(cè)試結(jié)果顯示：表5-1是測(cè)試結(jié)果顯示5.2電源測(cè)試電源對(duì)模塊的供電是十分重要的，因此我們也要不斷地進(jìn)行測(cè)試來(lái)確保電壓是否處于穩(wěn)壓正常狀態(tài)。當(dāng)接入U(xiǎn)SB接口時(shí)，用穩(wěn)壓源模擬電池供電。當(dāng)USB和電池處于欠壓供電時(shí)，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)表明，它無(wú)法工作；當(dāng)USB和電池處于正常供電時(shí)，它能夠正常的工作。當(dāng)USB和電池過(guò)壓供電時(shí)，不能進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)因?yàn)楹ε略O(shè)備會(huì)直接被燒壞。電壓測(cè)試結(jié)果如5-2所示：圖5-2電壓測(cè)試結(jié)果5.3系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試也是在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中至關(guān)重要的，看系統(tǒng)中每個(gè)模塊是否能夠正常運(yùn)行，看系統(tǒng)中在各個(gè)場(chǎng)景下，處于什么樣的情況，分別對(duì)開(kāi)機(jī)、撥號(hào)鍵報(bào)時(shí)、求救鍵報(bào)時(shí)、撥號(hào)、電話簿配置、長(zhǎng)按撥號(hào)掛斷電話、長(zhǎng)按輪播掛斷電話、手機(jī)卡突然拔掉、音量、防騷擾等等功能進(jìn)行了測(cè)試匯總，如表5-3為系統(tǒng)測(cè)試所示：表5-3為系統(tǒng)測(cè)試總結(jié)6.1總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是由于2020年開(kāi)展的全國(guó)人口普查，而在2020年02月28日，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，老年人的數(shù)量逐漸并呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。隨著老年人口比例的逐漸增多，老齡化不僅對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有長(zhǎng)期性和復(fù)雜性的影響，對(duì)于整個(gè)社會(huì)的發(fā)展也影響深遠(yuǎn)。而在現(xiàn)今社會(huì)中，老齡化人口逐年增加，成人子女和父母分開(kāi)居住的情況占大多數(shù)，因此子女難以實(shí)現(xiàn)對(duì)父母身體狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，所以想在此背景下開(kāi)展相關(guān)研究。本文主要設(shè)計(jì)的是一鍵報(bào)警器，根據(jù)總體的設(shè)計(jì)要求，在所選擇機(jī)型的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)擴(kuò)展所要的存儲(chǔ)器、I/O電路、A/D電路及有關(guān)外圍電路等等，然后再設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖。最終實(shí)現(xiàn)了一鍵撥號(hào)，一鍵求救自動(dòng)輪報(bào)，語(yǔ)音報(bào)時(shí)，來(lái)電提醒，語(yǔ)音提醒，檢測(cè)信息遠(yuǎn)程操控等功能，以達(dá)到預(yù)期效果。本次設(shè)計(jì)主要完成以下工作：（1）通過(guò)報(bào)道新聞等媒體了解科技、社會(huì)及民生，正好CAT.1處于蓬勃發(fā)展階段，并且對(duì)畢設(shè)也有一定的相關(guān)性，于是就通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，書(shū)籍等渠道為本次設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（2）查閱關(guān)于CAT.1、STC8、4