[5]，采用在腳部前后掌區(qū)域布置壓力傳感器，收集并處理在常規(guī)行走與跌倒過程中的足底壓力數(shù)據(jù)，并結(jié)合加速度和角速度等動態(tài)特征，開發(fā)了一種基于支持向量機(jī)（SVM）算法的實(shí)時跌倒監(jiān)測技術(shù)。但由于不同人體的差異以及人體日常生活活動的復(fù)雜性，導(dǎo)致采用壓力信號不可避免的將會產(chǎn)生一些漏報(bào)和誤報(bào)。2021年4月浙江大學(xué)鐘志超[6]，提出了兩種跌倒檢測的算法，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和閾值算法，并對它們做了利弊分析，在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)了閾值算法。由于通過加速度積分得到的值存在較大的誤差，使用光學(xué)捕捉系統(tǒng)對得到的速度和位移進(jìn)行驗(yàn)證。該安全防護(hù)機(jī)制的運(yùn)作原理依賴于微控制器對激活裝置的精確控制，以迅速開啟高壓氣體容器，進(jìn)而在非常短的時間內(nèi)將壓縮CO2氣體注入氣囊內(nèi)?？紤]到安全性和環(huán)保等方面，便研究了一種基于機(jī)械原理的觸發(fā)裝置。該設(shè)計(jì)靈感來源于古代秦弩的自鎖機(jī)制，利用伺服電機(jī)驅(qū)動懸刀的旋轉(zhuǎn)，以此釋放積蓄的彈性能量，并通過物理穿刺手段開啟氣瓶。通過對該機(jī)械裝置受力狀況的詳盡分析，從理論層面確認(rèn)了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性?；诖?，進(jìn)一步研發(fā)了一套可穿戴的實(shí)時跌倒監(jiān)測與防護(hù)系統(tǒng)。2023年1月南昌大學(xué)的吳嘉或[7]，開發(fā)了一種老年人實(shí)時環(huán)境監(jiān)測及跌倒防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)，目的在于減小老年人因意外跌倒對身體造成的傷害，同時系統(tǒng)將實(shí)時監(jiān)測老年人所處環(huán)境，及時提醒潛在的環(huán)境風(fēng)險。核心功能為跌倒保護(hù)報(bào)警設(shè)備，能在老年人摔倒前迅速啟動氣囊，保護(hù)其髖部和膝關(guān)節(jié)等易受傷區(qū)域。一旦發(fā)生跌倒，系統(tǒng)不僅會發(fā)出語音求救信號，還會自動聯(lián)系監(jiān)護(hù)人，發(fā)送緊急短信和具體位置信息。監(jiān)護(hù)人可通過專用APP導(dǎo)航至老年人所在地點(diǎn)。系統(tǒng)還包括Web端和APP，用以實(shí)時顯示環(huán)境數(shù)據(jù)并提供語音警示。Web端的地理圍欄功能可以在老年人超出安全活動區(qū)域時發(fā)出警報(bào)和提醒，避免走失，并能追蹤老年人的歷史行動軌跡。2021年10月辛辛那提大學(xué)的DaraRos和RuiDai[8]，提出了一種基于置信度的多相機(jī)系統(tǒng)跌倒檢測方案。研究了如何基于單個攝像機(jī)的跌倒檢測結(jié)果來提高多攝像機(jī)系統(tǒng)的整體性能。每個攝像機(jī)的檢測置信度取決于特定的場景。從一個特定的鏡頭來看，一個人可能看起來像站著的姿勢，而從另一個角度來看，它可能是一個摔倒的人。此研究分析了一組特征來確定每個相機(jī)檢測結(jié)果的置信度。這些特征是被檢測輪廓的比率、方向、質(zhì)心高度、光學(xué)x軸投影、亮度、盲質(zhì)量評分和輪廓大小的變化率。然后，考慮到它們的置信度，將多個攝像機(jī)的檢測結(jié)果融合在一起。該方法比多數(shù)投票算法和單攝像機(jī)檢測具有更好的性能。該方法復(fù)雜度低，適用于任意數(shù)量的攝像機(jī)和不同的單攝像機(jī)檢測算法。在未來將用于實(shí)際監(jiān)控場景。2022年3月梅努菲亞大學(xué)的MohamedKarar[9]等人，提出了一種深度森林模型的新型醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)（IoT）框架，將運(yùn)用于老年人智能跌倒檢測系統(tǒng)。與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，深度森林分類器的級聯(lián)多層結(jié)構(gòu)允許在每個級別上以最小的超參數(shù)生成新特征。此外，根據(jù)每個生成層驗(yàn)證精度值的提前停止標(biāo)準(zhǔn)，自動估計(jì)深層森林層的最佳數(shù)量。建議的森林分類器已使用公共SmartFall數(shù)據(jù)集成功進(jìn)行了測試和評估，該數(shù)據(jù)集是從智能手表中的三軸加速度計(jì)獲取的。它包括92781個訓(xùn)練樣本和91025個測試樣本，有兩個標(biāo)記類別，即非跌倒和跌倒。與三種機(jī)器學(xué)習(xí)模型（即K最近鄰、決策樹和傳統(tǒng)隨機(jī)森林）以及兩種密集神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)模型相比，基于網(wǎng)絡(luò)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度森林分類器的分類結(jié)果表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，最佳準(zhǔn)確率達(dá)到了98%。通過考慮未來工作中的安全和隱私方面，提出的用于老年人跌倒檢測的醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)框架對于實(shí)時醫(yī)療保健應(yīng)用程序部署是有效的。2023年胡志明市技術(shù)教育大學(xué)的HoangViet[10]等人，基于計(jì)算機(jī)視覺的架構(gòu)，研發(fā)了一種可以檢測日常生活中的意外跌倒事故的醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)，利用YoloV3-tiny檢測視頻中的人體，生成邊界框以可視化檢測，然后使用卡爾曼濾波器算法來跟蹤人類。AlphaPose用于從檢測到的人中生成關(guān)鍵點(diǎn)。當(dāng)人體移動時，每個關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)也會隨之變化，然后將關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)狀態(tài)輸入到ST-GCN中，ST-GCN模型將預(yù)測人活動跌倒的概率。這與過去許多其他人提出的模型有所不同，此模型在用于檢測和預(yù)測人體跌倒方面更有效，在弱光條件下的跌倒檢測、多人跌倒檢測以及人體部分遮擋時的跌倒檢測等多種條件下得到改善。本文的章節(jié)安排本論文可分為六章，章節(jié)安排如下：第一章：本章主要探討本論文研究背景、意義，并對文獻(xiàn)綜述進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)合上述內(nèi)容闡述本論文后續(xù)工作與各章安排。第二章：獲取老人健康監(jiān)測器件功能需求并設(shè)計(jì)整體系統(tǒng)方案，以實(shí)地走訪調(diào)研的形式獲取了監(jiān)測器件系統(tǒng)的功能需求，結(jié)合所學(xué)知識與監(jiān)測器件設(shè)計(jì)原則提出整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合需求對老人健康監(jiān)測器件軟硬件做出選擇，并對總體功能進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。第三章：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇，針對健康監(jiān)測器件開發(fā)板進(jìn)行選擇，并詳細(xì)地介紹了搭配硬件系統(tǒng)，以及每項(xiàng)硬件的功能。第四章：軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)介紹各硬件功能實(shí)現(xiàn)原理，并對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹，從老人健康監(jiān)測功能出發(fā)，進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第五章：本章節(jié)對本監(jiān)測器件各個模塊進(jìn)行系統(tǒng)功能測試，并對其各個模塊運(yùn)行提出相關(guān)注意事項(xiàng)，從而能夠保證功能測試的安全性、完整性，以實(shí)現(xiàn)本器件的正常運(yùn)行和工作，充分保證老人的生命健康安全。第六章：本章對本論文的核心內(nèi)容進(jìn)行了概括，并對可能遇到的困難進(jìn)行了探討，同時也提出了本論文的不足之處，為今后的研究和開發(fā)提供了參考。此外，本章還對未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，為未來的研究提供了相關(guān)建議。功能需求與整體方案設(shè)計(jì)功能需求獲取是老人健康監(jiān)測器件系統(tǒng)開發(fā)過程中最為關(guān)鍵的一步。本論文在制作健康監(jiān)測器件之前，首先通過實(shí)際調(diào)研的方式去獲取功能需求與技術(shù)可行性，然后結(jié)合自身所學(xué)給出了老人健康監(jiān)測器件的整體方案設(shè)計(jì)，明確其中需要完成的主要功能，并針對整體方案設(shè)計(jì)對老人健康監(jiān)測器件軟件與硬件系統(tǒng)進(jìn)行選擇。功能需求分析隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，醫(yī)療行業(yè)不斷完善，人類壽命不斷延長，生育率也不斷下降，導(dǎo)致老齡化愈發(fā)嚴(yán)重，為了完善養(yǎng)老制度，國家也不斷提出了相關(guān)政策，保證老年人能安享晚年。為進(jìn)一步保證老年人的生命健康安全，從日常角度出發(fā)，一套實(shí)時監(jiān)測老人重要生命體征數(shù)據(jù)信息的系統(tǒng)器件是必需的，也是時代賦予年輕一代的重要使命。本系統(tǒng)能夠監(jiān)測老人心率、體溫等老人重要生命體征數(shù)據(jù)，還能檢測所在位置經(jīng)緯度，如果發(fā)生危險，會第一時間發(fā)送求救信息給相關(guān)監(jiān)護(hù)人，從而減少傷害；上文已經(jīng)提到意外摔倒是威脅老人生命安全重要元兇之一，本監(jiān)測器件會在摔倒后第一時間將老人生命體征數(shù)據(jù)和位置信息發(fā)送至監(jiān)護(hù)人，并發(fā)出警報(bào)提醒周邊路人。本論文選用STM32F103C8T6為微控制器作為系統(tǒng)的核心處理單元，通過心率傳感器和DS18B20數(shù)字溫度傳感器來分別采集人體的心率和體溫?cái)?shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過GSM通信模塊傳輸?shù)绞謾C(jī)上，監(jiān)護(hù)人可通過手機(jī)短信查看實(shí)時的心率、GPS定位以及體溫信息。此外，系統(tǒng)還集成了ADXL345加速度傳感器，用于實(shí)時監(jiān)測并判斷老年人是否發(fā)生跌倒。一旦檢測到異常情況，能夠及時向周圍的人發(fā)出警報(bào)，并協(xié)助快速獲得醫(yī)療救助。這一設(shè)計(jì)有效應(yīng)對了突發(fā)疾病時無人察覺的緊急情況，為老年人群提供了安全保障。設(shè)計(jì)原則通過調(diào)研結(jié)果分析，老人健康監(jiān)測器件設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下原則：（1）可靠性本設(shè)計(jì)主要針對老人，老年人群體具有眾多不可控因素，所以在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時，需要盡可能考慮周全，避免老人的非常規(guī)操作從而引起不可預(yù)知的后果。（2）可維護(hù)性在人機(jī)交互界面中，盡可能針對不同種類的錯誤信息做出合理的提示，以便開發(fā)和使用過程中的調(diào)試與日后系統(tǒng)升級維護(hù)。（3）操作簡易性考慮到老人群體對外界事物反應(yīng)能力下降，認(rèn)知方面也不如年輕人群體，因此老人健康監(jiān)測器件操作系統(tǒng)應(yīng)該以簡單易用為設(shè)計(jì)原則，方便日常使用。（4）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，對生命體征數(shù)據(jù)的監(jiān)測特別要準(zhǔn)確可靠，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況，從而充分保證老人的生命安全。（5）耐用性考慮在老人日常使用環(huán)境中，有頻繁佩戴或摔落等情況，設(shè)計(jì)堅(jiān)固耐用的器件，能有效減少維修和更換頻率。方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)整體采用軟硬結(jié)合思想，本設(shè)計(jì)監(jiān)測器件總體包括：電路供電模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號處理模塊、人機(jī)交互模塊和數(shù)據(jù)展示模塊五大部分。其中電路供電部分為整個器件提供穩(wěn)定可靠電流、電壓，而電路正常工作電壓為5V；數(shù)據(jù)采集部分，由心率傳感器進(jìn)行心率采集，通過DS18B20采集老人體溫，ADXL345判斷老人是否意外跌倒，當(dāng)GPS定位模塊成功捕捉到衛(wèi)星信號后，計(jì)算出諸如衛(wèi)星軌道參數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。隨后，本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)微處理器會根據(jù)特定的定位解算算法進(jìn)行運(yùn)算處理，最終確定老人所在的具體經(jīng)度與緯度位置。信號處理部分，STM32F103C8T6單片機(jī)作為CPU，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣以及分析運(yùn)算；人機(jī)交互部分，通過SIM800C模塊，可將本器件設(shè)計(jì)和手機(jī)進(jìn)行短信通信，手機(jī)上可以顯示實(shí)時采集到的心率體溫、是否跌倒和經(jīng)緯度信息；數(shù)據(jù)展示部分，經(jīng)過主控核心運(yùn)算之后，再通過設(shè)備上的OLED液晶顯示屏顯示當(dāng)前測試地的經(jīng)緯度、老人生命體征狀況以及是否意外跌倒。圖STYLEREF1\s2-SEQ圖\*Arabic\s11整體設(shè)計(jì)方案圖本章小結(jié)本章節(jié)首先通過實(shí)際調(diào)研的方式收集了老人對于本設(shè)計(jì)的功能需求，并通過對調(diào)研結(jié)果進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，從而獲得了器件相關(guān)功能需求，然后按照這些相關(guān)需求提出整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，給出了健康監(jiān)測器件的整體設(shè)計(jì)方案。硬件系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)與選型系統(tǒng)硬件原理圖本設(shè)計(jì)包括STM32單片機(jī)微處理器最小系統(tǒng)，顯示器為OLED液晶顯示屏，和5V電源進(jìn)行供電。將開關(guān)和電源設(shè)計(jì)成一體，采用普通開關(guān)進(jìn)行控制。器件各個模塊等硬件電路原理圖如圖3-1所示：圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*Arabic\s11硬件原理圖STM32單片機(jī)對于老人健康監(jiān)測器件而言，嵌入式開發(fā)板是其最為重要的核心部分，也是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能需求的基礎(chǔ)，嵌入式開發(fā)板選擇，關(guān)系到監(jiān)測器件系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性，前期通過技術(shù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，市面上適配功能需求的開發(fā)板為STM32單片機(jī)，因?yàn)镾TM32有著強(qiáng)大的處理能力，STM32基于ARMCortex-M系列內(nèi)核，具備強(qiáng)大的處理性能，非常適合處理能力要求較高的多種應(yīng)用環(huán)境。同時，它還配備了多樣的接口和外設(shè)，包括通用輸入輸出端口（GPIO）、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）、通用同步/異步接收發(fā)送器（USART）、串行外設(shè)接口（SPI）、雙向串行總線（I2C）和通用串行總線（USB）等，以滿足不同需求。極大地方便了與各種傳感器連接。其低功耗設(shè)計(jì)也是特別適合于需要長時間運(yùn)行的便攜式或遠(yuǎn)程設(shè)備。由于系統(tǒng)沒有其它更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，最終選擇了市面上較為普遍的STM32F103C8T6單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)器件設(shè)計(jì)。單片機(jī)主要是由內(nèi)部單塊集成電路構(gòu)成。其核心組成部分包括中央處理單元（CPU）、輸入輸出端口（I/O）以及存儲器件。通過使用適當(dāng)?shù)木幊坦ぞ邔⒕帉懞玫某绦驘浀絾纹瑱C(jī)中，便能夠?qū)B接的外部設(shè)備進(jìn)行有效控制。本次單片機(jī)的選型如圖3-2所示：圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*Arabic\s12單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊STM32實(shí)物圖如圖3-3所示：圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*Arabic\s13STM32實(shí)物圖主要功能模塊選擇ADXL345模塊ADXL345是一款由AnalogDevices公司開發(fā)的三軸數(shù)字加速度傳感器。它可以用固定于機(jī)械慣性系統(tǒng)上的敏感電子元件測量在三個軸上的加速度變化，并將各數(shù)據(jù)輸出為數(shù)字信號。ADXL345具有高精度和低功耗的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于移動設(shè)備、游戲控制器和運(yùn)動追蹤器等領(lǐng)域。此模塊提供了±2g、±4g、±8g和±16g的測量區(qū)間。不僅能夠檢測由于運(yùn)動和沖擊引起的動態(tài)加速度，還能夠檢測到靜態(tài)加速度，比如重力加速度，因此，這個設(shè)備適合作為一個傾斜度檢測設(shè)備。ADXL345的內(nèi)在運(yùn)作機(jī)制如圖3-4所示。其中，X、Y、Z三個方向的加速度是通過G-Cell傳感器來獲取的，然后通過容壓變換器、增益放大器、濾波器以及電壓信號的輸入。圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*Arabic\s14ADXL345內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能框圖其中G-Cell傳感器通過半導(dǎo)體技術(shù)對多晶硅精細(xì)加工而成，其設(shè)計(jì)本質(zhì)上是由三個構(gòu)成電容的極板組成，具體布局如圖3-5所示。在這種設(shè)計(jì)中，兩側(cè)的極板保持固定不動，而中間的極板會因?yàn)槭艿郊铀俣鹊挠绊懚l(fā)生位移，從而改變其與固定極板之間的距離，進(jìn)而導(dǎo)致電容值的相應(yīng)變化。這種變化經(jīng)過一系列的處理，包括電容到電壓的轉(zhuǎn)換、信號的放大增益以及濾波處理，最終轉(zhuǎn)化為電壓輸出的變化，借此實(shí)現(xiàn)對加速度的準(zhǔn)確檢測。圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*Arabic\s15G-Cell傳感器的物理模型圖ADXL345特別適合于便攜式設(shè)備，它能夠準(zhǔn)確地測量出在靜止?fàn)顟B(tài)下因地球重力作用而產(chǎn)生的加速度，同時也能夠捕捉到由設(shè)備移動或受到撞擊時產(chǎn)生的動態(tài)加速度。這款傳感器擁有出色的分辨率，每最小可檢測單位為4mg/LSB，足以感知到大約0.25°的微小角度變化。得益于其數(shù)字輸出的特性，使用ADXL345時免除了模擬到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的需求，這不僅簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還有助于減少電路板的空間占用和降低制造成本。其實(shí)物圖3-6所示：圖STYLEREF1\s3-6ADXL345模塊實(shí)物圖此模塊電路主要功能是作為ADXL345加速度傳感器的一個轉(zhuǎn)接口，利用ADXL345該加速度傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的變化值。相當(dāng)于本設(shè)計(jì)的信號產(chǎn)生模塊。其引腳接線圖如圖3-7所示：圖STYLEREF1\s3-7傳感器模塊引腳接線圖心率傳感器模塊心率檢測技術(shù)目前有多種方法，如光電容積脈搏波法、液體耦合腔技術(shù)、壓阻式傳感技術(shù)以及應(yīng)變片測量技術(shù)等。在眾多方法中，光電容積脈搏波法因其能有效避免電磁干擾、具備極佳的絕緣性，并且能夠無創(chuàng)地獲取患者的生理數(shù)據(jù)而受到廣泛關(guān)注。此技術(shù)以其簡單的結(jié)構(gòu)、無創(chuàng)傷性、高精度和可重復(fù)性等優(yōu)勢，在臨床醫(yī)療領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展。特別是在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，專家學(xué)者們對利用光電方法獲取指尖脈搏的光學(xué)信息表現(xiàn)出了濃厚的興趣。鑒于此，本設(shè)計(jì)在開發(fā)健康監(jiān)測設(shè)備時，選擇了采用基于光電容積檢測法的PulseSensor心率檢測模塊。心率的測定是基于人體動脈的舒張與收縮變化。由于指尖部位的動脈較為豐富且該區(qū)域的皮膚較薄，使得通過指尖傳輸?shù)墓饩€強(qiáng)度較強(qiáng)。這一特性使得光電式脈搏傳感器更傾向于在指尖進(jìn)行測量，以獲取更準(zhǔn)確的心率數(shù)據(jù)。光電容積法通過檢測人體組織在血管搏動期間透光性的變化來實(shí)現(xiàn)脈搏的測量。這種光電式脈搏傳感器操作簡便，已廣泛應(yīng)用于臨床脈搏監(jiān)測。該傳感器由兩主部分組成：光源和光電轉(zhuǎn)換器，通常通過綁帶或夾具固定于患者的手指或耳垂。光源通常選用特定波長的發(fā)光二極管（在500nm至700nm之間），這種波長的光對血液中的氧合血紅蛋白具有較好的選擇性。當(dāng)光線穿透人體外圍血管時，血管的搏動性充血變化會引起光線透過率的波動。光電轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)接收經(jīng)過人體組織反射的光波，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，隨后對該信號進(jìn)行放大處理并輸出。由于脈搏信號是心臟跳動的周期性反映，動脈血管的容積也隨之周期性變化，因此光電轉(zhuǎn)換器輸出的電信號也呈現(xiàn)出周期性變化，這正是脈搏的頻率。脈搏傳感器的實(shí)物圖如圖3-8所示，三個引腳分別為S、+、-，將S與單片機(jī)連接輸出脈搏信號，+、-分別接5v和GND。圖STYLEREF1\s3-8心率傳感器實(shí)物圖心率傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-9所示，最終以模擬的電壓信號向單片機(jī)輸出脈搏信號。圖STYLEREF1\s3-9心率傳感器結(jié)構(gòu)圖心率檢測模塊通過PB12接口，把模擬信號傳輸至單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理。心率檢測模塊引腳接線圖如下圖3-10所示：圖STYLEREF1\s3-10心率檢測引腳接線圖OLED顯示模塊有機(jī)發(fā)光顯示器（OrganicLightEmittingDisplay，簡稱OLED），是一種薄膜設(shè)備，由多層有機(jī)薄膜夾在陽極與陰極之間構(gòu)成，形成了一個高效的有機(jī)發(fā)光體。這些有機(jī)材料在電流的激發(fā)下能夠自行發(fā)光。OLED采用標(biāo)準(zhǔn)的矩陣設(shè)計(jì)，其中OLED層位于交叉排列的陽極和陰極之間。通過選擇性地激活陽極和陰極的組合，能夠精確控制每個OLED單元的亮滅狀態(tài)。由于OLED是一種依賴電流的顯示技術(shù)，因此可以通過調(diào)節(jié)電流的大小來調(diào)整屏幕亮度，從而實(shí)現(xiàn)靈活的亮度控制。在本設(shè)計(jì)中，OLED顯示單元所需的工作電壓為5V。該顯示模塊的時鐘信號線（SCL）與單片機(jī)的B6引腳相連，負(fù)責(zé)傳輸串行時鐘信號；而數(shù)據(jù)信號線（SDA）則與單片機(jī)的B7引腳相接，用以傳遞串行數(shù)據(jù)信息。液晶顯示模塊參數(shù)如表3-1所示，表STYLEREF1\s3-SEQ表\*Arabic\s11液晶顯示模塊參數(shù)參數(shù)規(guī)格尺寸0.96寸分辨率128*64工作溫度-30~80℃功耗0.04W（正常工作）模塊體積27.0MM*27.0MM*4.1MM驅(qū)動芯片SSD1306通信方式IIC，兩個I/O口本設(shè)計(jì)中OLED顯示模塊線路引腳圖如圖3-11所示：圖STYLEREF1\s3-11OLED模塊引腳接線圖DS18B20模塊DS18B20數(shù)字溫度傳感器是由美國達(dá)拉斯公司開發(fā)的一款利用單總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏囟葌鞲衅鳌＿@種傳感器輸出的是數(shù)字信號，得益于其小巧的體積、低成本的硬件需求、出色的抗干擾能力以及較高的精度，它非常適合在空間受限的環(huán)境中進(jìn)行精確的溫度測量和監(jiān)控。DS18B20傳感器的接線十分簡便，一旦封裝完成，就能在多種不同的環(huán)境條件下使用。它可以被設(shè)計(jì)成多種封裝方式，包括管道安裝型、螺紋連接型、磁性吸附型以及不銹鋼封裝型等，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，它的主要技術(shù)特性如下：1、微處理器與其接口時僅占用1位I/O端口；2、支持多節(jié)點(diǎn)功能，極大地簡化了分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)的線路設(shè)計(jì)和成本。3、測溫時無需任何外部元件；4、可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗的工作方式；5、測溫范圍為-55~125℃，測溫精度為±0.5℃；DS18B20溫度傳感器由于其數(shù)字信號輸出的特性，并僅需連接到微處理器的一個I/O端口，因而極為適合應(yīng)用于需要溫度監(jiān)測和控制的系統(tǒng)中。這種設(shè)計(jì)省去了模擬溫度傳感器所需的模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）環(huán)節(jié)以及繁雜的外圍電路，從而簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減小了占用空間，并增強(qiáng)了整體的穩(wěn)定性和可靠性。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-12所示：圖STYLEREF1\s3-12DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20溫度傳感器的工作原理是基于溫度對振蕩頻率的影響來實(shí)現(xiàn)溫度的測量。在DS18B20的內(nèi)部，存在兩個具有不同溫度敏感特性的振蕩器。通過比較這兩個不同溫度系數(shù)振蕩器的頻率來測量溫度。傳感器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器初始設(shè)定為-55℃，根據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果調(diào)整溫度值，并通過斜率累加器進(jìn)行非線性校正。最終測量結(jié)果以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲，主控制器讀取并轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度值。DS18B20溫度傳感器引腳接線圖如圖3-13所示：圖STYLEREF1\s3-13溫度傳感器引腳接線圖GSM通信模塊GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)模塊是一種通信模塊，它基于GSM標(biāo)準(zhǔn)工作，允許設(shè)備通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語音通話和數(shù)據(jù)傳輸。GSM模塊支持全球范圍內(nèi)廣泛使用的GSM網(wǎng)絡(luò)，包括2G和2.5G通信標(biāo)準(zhǔn)，通常需要插入SIM卡以連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)。SlM800C是SIMCOM公司生產(chǎn)的GSM/GPRS模塊，廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備和M2M（機(jī)器對機(jī)器）通信中。它支持GSM/GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò)，能夠提供語音通話、短信服務(wù)以及數(shù)據(jù)傳輸功能。SIM800C模塊集成了射頻、基帶、音頻和電源管理等功能，因此作為本設(shè)計(jì)的GSM通信模塊。STM32單片機(jī)能夠通過串行通信接口與SIM800C模塊進(jìn)行連接。由于SIM800C模塊的串口引腳輸出的是TTL電平，這使得單片機(jī)無需進(jìn)行RS232電平轉(zhuǎn)換即可與之通信。連接兩者只需要簡單的兩根導(dǎo)線，即接收數(shù)據(jù)腳(RXD)和發(fā)送數(shù)據(jù)腳(TXD)根據(jù)電路原理圖所示，SIM800C模塊的RXD引腳直接與STM32單片機(jī)的P3.1引腳相連，SIM800C模塊的TXD引腳與單片機(jī)的P3.0引腳連接，實(shí)現(xiàn)了兩者之間的串行數(shù)據(jù)通信。這樣當(dāng)觸發(fā)報(bào)警的時候就可以實(shí)現(xiàn)GSM發(fā)送給手機(jī)，SIM800C與單片機(jī)引腳接線圖如圖3-14所示：圖STYLEREF1\s3-14GSM通信模塊引腳接線圖全球移動通信系統(tǒng)（GSM）由三個核心組成部分構(gòu)成：交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、無線基站子系統(tǒng)和移動終端。交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)承擔(dān)著電話交換以及管理客戶數(shù)據(jù)、移動性、安全性等數(shù)據(jù)庫相關(guān)任務(wù)；而無線基站子系統(tǒng)則在特定的無線覆蓋范圍內(nèi)，受交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的控制，負(fù)責(zé)與移動終端之間的通信，執(zhí)行無線信號的發(fā)送與接收以及無線資源的管理等職責(zé)。這一子系統(tǒng)主要包括基站控制器（BSC）和基站收發(fā)臺（BTS）兩個功能實(shí)體。移動終端即用戶手中的移動通信設(shè)備，由移動終端（MS）和客戶識別卡（SIM卡）兩部分組成。移動終端負(fù)責(zé)執(zhí)行語音編碼、信道編碼、信息加密、調(diào)制解調(diào)等通信處理功能，以及信號的發(fā)射和接收任務(wù)。隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，GSM模塊逐漸被更新的3G、4G、乃至5G模塊所替代，以滿足更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更豐富的通信服務(wù)需求。但在成本敏感和對數(shù)據(jù)速率要求不高的應(yīng)用中，GSM模塊仍然是一個可靠的選擇。本GSM模塊實(shí)物圖如圖3-15所示：圖STYLEREF1\s3-15GSM模塊實(shí)物圖蜂鳴器模塊蜂鳴器是一種蜂鳴元器件，供電時就進(jìn)行蜂鳴，操作簡單。由三部分組成，一部分是一個1k的電阻，第二部分是一個PNP三極管，最后一部分就是蜂鳴器。三極管采用NPN三極管，其主要功能是放大電流和電平特性，由于單片機(jī)電路的尺寸較小，它本身無法提供足夠的電流來直接驅(qū)動蜂鳴器。為了解決這個問題，通過三極管對電流進(jìn)行放大處理，使得電流得到200倍的增強(qiáng)，從而能夠有效地驅(qū)動蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。監(jiān)測器件中蜂鳴器模塊引腳連接線圖如圖3-16所示：圖STYLEREF1\s3-16蜂鳴器模塊引腳接線圖GPS模塊GPS定位模塊利用其內(nèi)置的接收天線捕獲來自衛(wèi)星的信號，并通過一系列的信號處理步驟，包括頻率轉(zhuǎn)換、信號增強(qiáng)、濾除噪聲、信號相關(guān)性分析以及混頻等，以實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星的持續(xù)跟蹤、精確鎖定和信號測量。一旦接收到衛(wèi)星的位置數(shù)據(jù)并計(jì)算出信號的傳播延時，就能夠確定接收天線的確切位置。用戶可以通過設(shè)置的輸入輸出端口與模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，從而實(shí)現(xiàn)功能。GPS定位模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)[13]如圖3-17所示。圖STYLEREF1\s3-17GPS定位模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)所選用的GPS信號接收模塊是VK2828U7型號，由美國瑟孚科技有限公司生產(chǎn)。這款模塊具備12通道的并行信號接收功能，能夠接收L1頻段（1575.42MHz）的民用GPS信號。在無選擇可用性干擾（SA）的條件下，其平均定位精度可達(dá)10米，動態(tài)速度的測量誤差為0.1米/秒，具備高達(dá)-142dBm的信號靈敏度。模塊的冷啟動定位時間大約為42秒，熱啟動定位時間縮短至38秒，而重新捕獲衛(wèi)星信號并定位的時間僅需8秒。GPS模塊接線圖如圖3-18所示：圖STYLEREF1\s3-18GPS定位模塊引腳接線圖本章小結(jié)本章節(jié)首先對根據(jù)老人健康監(jiān)測器件功能需求分析與其整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，然后對監(jiān)測器件嵌入式開發(fā)板、心率檢測模塊、跌倒檢測模塊等相關(guān)硬件系統(tǒng)做出了合理的選擇，同時也為后續(xù)老人健康監(jiān)測器件的軟件開發(fā)工作，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)軟件主程序架構(gòu)根據(jù)整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求來看，軟件功能首先要配置STM32主控制器所需要使用的引腳，然后各個模塊初始化、GPS采集和處理、OLED顯示和短信發(fā)送。軟件的主要程序由GPS定位數(shù)據(jù)采集子程序、SIM800C短信模塊子程序、心率檢測子程序和跌倒檢測子程序等。整個主程序流程圖如圖4-1所示：圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*Arabic\s11主程序流程圖心率檢測程序設(shè)計(jì)PulseSensor心率傳感器是一種光電反射式的模擬傳感器，專門設(shè)計(jì)用于測量心率、脈搏波形以及進(jìn)行心率變異性（HRV）分析。老人可以將傳感器放置于手指或耳垂等部位，傳感器收集到的模擬信號會被傳輸至STM32單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)部，模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號，并通過單片機(jī)進(jìn)行必要的處理和計(jì)算，從而得出心率的數(shù)值。此外，傳感器還能夠通過串行通信接口將脈搏波形圖和心率數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)，進(jìn)而在電腦上進(jìn)行實(shí)時顯示和進(jìn)一步的分析。這種設(shè)計(jì)使得心率檢測方便又高效，適用于多種應(yīng)用場景。心率數(shù)據(jù)采集流程圖如圖4-2所示。圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*Arabic\s12心率采集流程圖PulseSensor脈搏傳感器是一款開放源代碼的硬件設(shè)備，其程序代碼可在國際官方網(wǎng)站上找到。該傳感器非常適合用于心臟速率的研究和教學(xué)展示，并且對于進(jìn)一步的開發(fā)和定制也極為便利。心率檢測的核心代碼如下：代碼STYLEREF1\s4-SEQ代碼\*Arabic\s11心率檢測核心代碼#define_HRREST_H#include"main.h"#defineheart_PinGPIO_PIN_12//定義心率IO口#defineheart_GPIO_PortGPIOBtypedefstruct{uint8_tcount0;//次數(shù)/分uint8_tcountl;//當(dāng)前測試第幾次心率時間uint16_tcount3;//心率檢測超時判斷uint16_tcount4;//暫存心率uint8_ttime[2];//計(jì)時uint8_tfalling;//獲取心跳下降呀uint8_tstartF;//開始檢測}Hrrest0;//心率externHrrestoHrrestl;//聲明心率結(jié)構(gòu)體externvoidhrrest(void);//計(jì)算心率externvoidhrrest_GPIo_Init(void);//初始化心率IO口externvoidwriteMomerr(void);//存儲心率值OLED液晶顯示程序設(shè)計(jì)在OLED液晶顯示過程中，首先要通過微控制器或?qū)Ｓ抿?qū)動電路初始化顯示屏，定義屏幕尺寸和配置顯示模式等；OLED顯示屏通常要使用預(yù)設(shè)的字體庫，這些字體庫包含了各個字符的位圖表示。在顯示字符之前，需要將這些位圖數(shù)據(jù)加載到OLED顯示屏的內(nèi)存中。然后通過微控制器發(fā)送命令到OLED顯示屏，指示其準(zhǔn)備接收新的顯示數(shù)據(jù)。這可能包括清除屏幕、設(shè)置文本大小和字體樣式等，再傳輸字符數(shù)據(jù)等，OLED顯示屏的控制器會根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)更新屏幕上的像素點(diǎn)。這個過程可能涉及到逐行或逐列地刷新像素點(diǎn)，以形成完整的字符圖像。對于連續(xù)的文本或動態(tài)更新的內(nèi)容，需要不斷發(fā)送新的字符數(shù)據(jù)并更新顯示。OLED顯示流程圖如圖4-3所示：圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*Arabic\s13OLED顯示流程圖OLED顯示核心代碼如下：代碼STYLEREF1\s4-SEQ代碼\*Arabic\s12OLED顯示核心代碼:#define_OLEDISP_H_#ifdef_OLEDISP_H_#include"main.h"#defineON0#defineOFF1//>.C文件還要修改時鐘#defineOLED_sclk_GroupGPIOB#defineOLED_sclk_GPIOGPIO_PIN_9//CLK#defineOLED_sid_GroupGPIOB#defineOLED_sid_GPIOGPIO_PIN_8//MOSI#defineOLED_rs_GroupGPIOB#defineOLED_rs_GPIOGPIO_PIN_7//DC#defineOLED_cs1__GroupGPIOB#defineOLED_cs1_GPIOGPIO_PIN_6//cs1#defineOLED_OUT_GroupGPIOB#defineOLED_OUT_GPIOGPIO_PIN_5//FSO#defineOLED_cs_GroupGPIOB#defineOLED_cs_GPIoGPIO_PIN_4//cs2voidinitial_lcd(void);//OLED初始化voiddisplay_GB2312_string(char*text);//顯示字符串voidlocation(uint8_ty,uint8_tx);//設(shè)置OLED顯示位置地址體溫檢測程序設(shè)計(jì)為DS1820芯片提供電源時，可以通過將其VDD引腳連接到外部電源來實(shí)現(xiàn)。這樣的設(shè)計(jì)允許在轉(zhuǎn)換期間，單線總線能夠處理其他數(shù)據(jù)通信任務(wù)。在使用DS1820時，幾乎不需要額外的外圍組件，所有的傳感元件和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路都集成在一個類似三極管的緊湊集成電路中，使得硬件電路設(shè)計(jì)變得極其簡潔。本設(shè)計(jì)的溫度檢測流程圖如圖4-4所示：圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*Arabic\s14溫度檢測流程圖當(dāng)模塊通電工作后，DS18B20溫度傳感器通過自身的檢測，直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號。其核心代碼如下：代碼STYLEREF1\s4-SEQ代碼\*Arabic\s13溫度檢測核心代碼/*DS18B20連接引腳定義*/#defineDS18B20_Dout_GPIO_CLK_ENABLE()HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()#defineDS18B20_Dout_PORTGPIOB#defineDS18B20_Dout_PINGPIO_PIN_15/*DS18B20函數(shù)宏定義*/#defineDS18B20_Dout_Low()HAL_GPIo_writePin(Ds18B20_Dout_PORT,DS18B20_Dout_PIN,GPIO_PIN_RESET)#defineDS18B20_Dout_HIGH()HAL_GPIO_writePin(DS18B20DoutPORT,DS18B2o_Dout_PIN,GPIO_PIN_SET)#defineDS18B20_Data_IN()HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_Dout_PORT,DS18B20Dout_PIN)/*擴(kuò)展變量/*函數(shù)聲明unsignedcharDS18B20_Init(void);//初始化DS18B20shortDS18B20_Get_Temp(void);//獲取溫度voidDS18B20_start(void);//開始溫度轉(zhuǎn)換voidDS18B20_write_Byte(unsignedchardat);//寫入一個字節(jié)unsignedcharDs18B20_ReadByte(void);//讀出一個字節(jié)unsignedcharDS18B20_Read_Bit(void);//讀出一個位unsignedcharDS18B20_Check(void);//檢測是否存在DS18B20voidDS18B20Rst(void);//復(fù)位DS18B20GSM短信程序設(shè)計(jì)為確保本設(shè)計(jì)的SIM800C模塊能成功發(fā)送并再手機(jī)端接收到短信，首先要保證SIM800C模塊與STM32單片機(jī)通過串行端口正確連接。這包括將SIM800C的TX接到STM32的RX、SIM800C的RX接到STM32的TX、以及VCC和GND的連接。然后在STM32上配置UART接口，設(shè)置正確的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和無奇偶校驗(yàn)。再通過發(fā)送AT命令初始化SIM800C模塊。通常，發(fā)送AT命令可以檢查模塊是否正常響應(yīng)。如果模塊返回OK，則表示模塊已準(zhǔn)備好接受命令。發(fā)送AT+CSQ命令查詢網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量，確保模塊已注冊到網(wǎng)絡(luò)并且信號質(zhì)量良好。發(fā)送短信后，SIM800C模塊將返回一個響應(yīng)，確認(rèn)短信是否成功發(fā)送。如果發(fā)送成功，通常會收到+CMGS:0的響應(yīng)，其中0表示短信發(fā)送成功并存儲在SIM卡中[14]。整個發(fā)送控制流程圖如圖4-5所示：圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*Arabic\s15GSM短信接收流程圖SIM卡是一種用于存儲用戶身份認(rèn)證信息的智能卡。類似于目前廣泛使用的IC卡，包含了所有驗(yàn)證用戶身份所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并且具備執(zhí)行安全保護(hù)措施的能力，以防止未授權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)。鑒于中國移動的無線網(wǎng)絡(luò)在某些邊遠(yuǎn)地區(qū)的表現(xiàn)較為優(yōu)良，因此選擇使用中國移動的全球通SIM卡。GSM短信模塊核心代碼4-4如下：代碼STYLEREF1\s4-SEQ代碼\*Arabic\s14GSM短信核心代碼#ifndef_SIM800_H_#define_SIM800_H_#include"port.h"#definesim800_UARThuart1//sim800串口#definePWKportGPIOA//sim模塊電源引腳#definePwK_pinGPIO_PIN_11externvoidsim800init(void);//電源IO口初始化externvoidsim800Delay(void);//發(fā)送延時externvoidsim800RT(void);//sim800收發(fā)externUART_HandleTypeDefsim800_UART;//sim800串口externuint8_tsim800_Rxbuff[200];//sim800串口接收緩沖區(qū)externseriadefsim800_seriadef;//sim800接受結(jié)構(gòu)體externuint16_tsendsMSData(void);//待發(fā)送數(shù)據(jù)externuintl6_tsendsMSNum(charc,doublef);//sMs發(fā)送數(shù)值typedefstructuint16_tstep;//指令索引uint16_tdelay;//發(fā)送延時uint16_tcount;//記錄同一條指令發(fā)送的次數(shù)}simUniversal0;//sim800的通用變量結(jié)構(gòu)體externsimUniversal0simUniversall;//sim800的通用變量結(jié)構(gòu)體typedefstructuint8_tstep;//發(fā)送索引uint8_tmessage;//第n條短信uint16_tcount[10];//計(jì)算第一條待發(fā)送字符數(shù)字charphone0[13];//默認(rèn)手機(jī)號charphone1[13];//轉(zhuǎn)化成短信發(fā)送的手機(jī)號charmemoryF;//手機(jī)號存儲標(biāo)志位}SMSWork0;//短信發(fā)送結(jié)構(gòu)體externSMSwork0SMSworkl;//定義發(fā)送短信的結(jié)構(gòu)體typedefstruct{uint8_tlink;//心跳變量判斷是否連接charRECkey;//接收服務(wù)器發(fā)送來的數(shù)據(jù)chardeviceID[10];//設(shè)備IDcharmemoryF;//設(shè)備號存儲標(biāo)志位}GPRSWorko;//RPRS聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)體externGPRSWork0GPRSWorkl;//RPRS聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)體typedefstruct{char*all_data;//接收基站定位的所有數(shù)據(jù)uint8_tstep;//提取定位數(shù)據(jù)索引doubleE;//經(jīng)度doubleN;//緯度}simLocation0;//sim800的基站定位定位externsimLocation0simLocationl;//定義發(fā)送短信的結(jié)構(gòu)體跌倒檢測程序設(shè)計(jì)ADXL345加速度傳感器通過其前端的感應(yīng)元件來檢測加速度的變化，并將檢測到的物理量轉(zhuǎn)換成可識別的模擬電信號，隨后，ADXL345內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便于數(shù)字系統(tǒng)的處理。該數(shù)字信號以16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理要求。在數(shù)字信號被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制補(bǔ)碼之后，它會通過數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波處理，以減少噪聲和誤差。然后，信號在控制和中斷邏輯單元的管理下，可以存儲到32級的（FIFO）緩沖區(qū)中。數(shù)據(jù)的讀取則通過串行接口進(jìn)行，以便于外部系統(tǒng)獲取和處理。此外，ADXL345的控制命令可通過串口接收讀寫指令來執(zhí)行，這通常涉及到對傳感器內(nèi)部寄存器的配置和操作，以實(shí)現(xiàn)對傳感器功能的精確控制和調(diào)整。本裝置的跌倒檢測的流程圖如圖4-6所示：圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*Arabic\s16跌倒檢測流程圖ADXL345是一款理想的傳感器模塊，用于各種移動設(shè)備的加速度測量。該傳感器能夠精確地檢測出由于傾斜而產(chǎn)生的靜態(tài)重力加速度，同時也能夠捕捉到由移動或受到?jīng)_擊時產(chǎn)生的動態(tài)加速度變化。本裝置的跌倒檢測的核心代碼4-5如下：代碼STYLEREF1\s4-SEQ代碼\*Arabic\s15跌倒檢測核心代碼#defineADXL345_GPIOGPIOB#defineADXL345_GPIOCLK_HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()#defineADXL345_SDAGPIO_PIN_11#defineADXL345_SCLGPIO_PIN_10externuint8_tAngle_flag0;//當(dāng)前狀態(tài)0跌倒1正常externintADXL345_y;//y軸的角度externvoidAngle(void);//判斷狀態(tài)#defineSCL_0HAL_GPIO_writePin(ADXL345_GPIO，ADXL345_SCL,GPIO_PIN_RESET)#defineSCL_1HA_GPIO_writePin(ADXL345_GPIO，ADXL345_SCL,GPIO_PIN_SET)#defineSDA_0HAL_GPIO_writePin(ADXL345_GPIO，ADXL345_sDA，GPIo_PIN_RESET)#defineSDA_1HAL_GPIO_writePin(ADXL345_GPIO，ADXL345_SDA，GPIO_PIN_SET)#defineADXL345SDAHAL_GPIO_ReadPin(ADXL345_GPIO，ADXL345_SDA)#defineSlavelddress0xA6//定義器件在IIc總線中的從地址,根據(jù)ALTADRESs地址引腳不同修改voidInit_ADXL345(void);//初始化ADXL345voidwriteDataLCM(unsignedchardataw);voidwriteCommandLCM(unsignedcharCMD,unsignedcharAttribc);voidDisplayoneChar(unsignedcharx,unsignedcharY,unsignedcharDData);voidconversion(unsignedinttemp_data);voidsingle_write_ADXL345(unsignedcharREG_Address,unsignedcharREG_data);//單個寫入數(shù)據(jù)unsignedcharsingle_Read_ADXL345(unsignedcharREG_Address);//單個讀取內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù)voidMultiple_ReadADXL345(void);//連續(xù)的讀取內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù)voidDelay5us(void);voidDelay5ms(void);voidADXL345_Start(void);voidADXL345_stop(void);voidADXL345_SendACK(unsignedcharack);unsignedcharADXL345_RecvACk(void);voidADXL345_Sendbyte(unsignedchardat);unsignedcharADXL345_Recvbyte(void);voidADXL345_ReadPage(void);voidADXL345_WritePage(void);GPS模塊程序設(shè)計(jì)GPS模塊整合了射頻芯片、基帶處理芯片以及核心處理器，同時配備了必要的外圍電路。在本設(shè)計(jì)中，我們選用了符合設(shè)計(jì)需求的VK2828U7G5LF型號模塊，其內(nèi)部主控芯片為UBX-G7020-KT。該模塊通過串行通信接口與單片機(jī)建立連接。一旦啟動，模塊便開始執(zhí)行定位任務(wù)，并將其收集到的定位數(shù)據(jù)，如時間、位置和地面速度等信息，通過串口傳輸給單片機(jī)。這些數(shù)據(jù)遵循NMEA0183通信協(xié)議，使得我們可以直接對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，從而便捷地提取出所需的位置信息。GPS模塊定位流程圖如圖4-7所示：圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*Arabic\s17GPS模塊定位流程圖GPS定位模塊的TXD、RXD與單片機(jī)的TXD、RSD引腳連接，模塊將接收的定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上處理，再由液晶顯示模塊顯示。GPS定位模塊核心代碼4-6如下：代碼STYLEREF1\s4-SEQ代碼\*Arabic\s16GPS定位模塊核心代碼voidGPSParse(void){if((HAL_GetTick()-GPs1.getTim)>7000)//五秒收不到{GPS1.state=0;//長時間收不到定位失敗if(GPs_seriadef.Recivesta)//DMA接收完成標(biāo)志位GPs_seriadef.Recivesta=0;//清空接收標(biāo)志位//$GPS1,031223.00,4,3450.13043,N,11330.10687,E,0.036,,040121,,,A*63GPs1.alldatal=strstr((char*)GPs_seriadef.pRecData,"SGPRMC");//獲取以$GPRMc開頭的數(shù)據(jù)if((strstr((char*)cPS_Seriadef,pRecData,"GPGLI")!=NULL)//(strstr((char*)GPs_Seriadef.pRecData,GPGGR")!=NULL)){GPSClose();if(GPS1.all_datal!=NULL)GPS1.step=o;strtok((char*)GPS1.all_datal,"，");while(GPS1.step<6)//分割前10個數(shù)據(jù)GPS1.step++;switch(GPS1.step)}casel:GPS1.time=atol(strtok(NULL,"，"));//獲取原始時間數(shù)據(jù)break;case2:if(strstr(strtok(NULL,",")，"A")==NULL)//判讀經(jīng)緯度信息是否有效{GPS1.step=7;}elseGPS1.state=l;//定位成功GPS1.getTim=HAL_Getrick();}break;case3:GPS1.N=atof(strtok(NULL,","));//獲得整數(shù)型緯度數(shù)據(jù)12345.6789GPS1.N=11403.2467;//獲得整數(shù)型緯度數(shù)據(jù)12345.6789GPS1.TS=(uint16_t)GPS1.N;GPS1.N=(double)(GPS1.TS/100+(double)(GPs1.TS%100)/60+(GPS1.N-GPS1.TS)/60);GPS1.N=(double)((uint32_t)(GPS1.N*1000000))/1000000;break;case5:GPS1.E=atof(strtok(NULL,","));/獲得整數(shù)型經(jīng)度數(shù)據(jù)GPS1.E=2236.9142;//獲得整數(shù)型緯度數(shù)據(jù)12345.6789GPS1.TS=(uintl6_t)GPS1.E;GPS1.E=(double)(GPs1.TS/100+(double)(GPS1.TS%100)/60+(GPS1.E-GPS1.TS)/60);GPS1.E=(double)((uint32_t)(GPS1.E*1000000))/1000000;break;default:strtok(NULL,"，");//分割一些無用數(shù)據(jù)break;}}GPS_Rxbuff[99]=0;memset(GPs_seriadef.pRecData,0,strlen((char*)GPs_seriadef.pRecData));}}本章小結(jié)本章節(jié)結(jié)合老人健康監(jiān)測器件功能需求分析與其整體設(shè)計(jì)方案，對健康監(jiān)測器件硬件系統(tǒng)對各模塊功能軟件技術(shù)路線進(jìn)行選擇。從心率檢測、OLED液晶顯示、體溫采集、GSM短信通信、老人跌倒檢測和GPS定位等功能的六個方面詳細(xì)闡述了軟件系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)，給出了本設(shè)計(jì)模塊功能實(shí)現(xiàn)過程的工作原理、工作流程圖和核心代碼，描述了其具體的實(shí)現(xiàn)過程。老人健康監(jiān)測器件功能測試體溫檢測功能測試由于人體體溫受多種情況影響，為確保其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，在健康監(jiān)測器件接通電源后，老人需將傳感器檢測頭用腋下夾住，監(jiān)測器件的OELD液晶顯示屏上體溫?cái)?shù)據(jù)會逐漸上升，直至穩(wěn)定，如圖5-1所示：圖STYLEREF1\s5-SEQ圖\*Arabic\s11體溫檢測顯示圖GPS定位功能測試選定的VK2828U7G5LF型GPS定位模塊在上電后，其內(nèi)置的紅色指示燈會點(diǎn)亮，顯示模塊已經(jīng)啟動。一旦模塊成功與衛(wèi)星建立連接，綠色的指示燈將開始閃爍，這表明模塊已經(jīng)精確地完成了定位。通過衛(wèi)星連接，GPS模塊可實(shí)時捕獲當(dāng)前位置的經(jīng)度和緯度信息。完成定位后，這些關(guān)鍵的位置數(shù)據(jù)將通過串行通信端口傳輸給與之相連的單片機(jī)。單片機(jī)接收到這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要處理，再通過OLED液晶屏顯示數(shù)據(jù)。如圖5-2所示，GPS模塊已通電，此時液晶顯示經(jīng)緯度數(shù)據(jù)后面帶星號表示正在定位，定位成功后星號消失。圖STYLEREF1\s5-2GPS定位功能展示圖在進(jìn)行GPS定位時，要特別注意需在戶外條件下進(jìn)行，因?yàn)樵谑覂?nèi)環(huán)境中GPS使用的超高頻（GHZ）無線電波在在穿透建筑物的墻體、窗戶和其他障礙物時會迅速衰減，室內(nèi)環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)尤其會阻擋和吸收這些信號，導(dǎo)致室內(nèi)接收器難以捕獲到足夠的衛(wèi)星信號。室內(nèi)環(huán)境還可能存在各種電子設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)，這些都可能對GPS信號造成干擾，進(jìn)一步降低信號質(zhì)量。心率檢測功能測試?yán)先送ㄟ^按器件左邊第一按鍵進(jìn)行心率數(shù)據(jù)初始化，然后將食指按壓在心率傳感器上，等待至液晶顯示模塊再次顯示心率數(shù)據(jù)時，心率檢測完畢。如圖5-3所示：圖STYLEREF1\s5-3心率檢測功能展示圖心率的精確測量在很大程度上取決于傳感器與手指接觸的緊密性，因此，為了確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性并提升使用體驗(yàn)，確保適當(dāng)?shù)慕佑|是至關(guān)重要的。測量前注意事項(xiàng)：1、保持指尖沒有汗水和污跡，與傳感器接觸良好。2、不可施壓傳感器太用力，否則局部血液循環(huán)不暢會影響脈搏測量。3、保持鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜，測量時身體不要過多移動，否則會降低檢測準(zhǔn)確性。4、應(yīng)當(dāng)避免使用冷手進(jìn)行心率測試，不佳的血液循環(huán)可能會導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)的偏差。跌倒檢測功能測試監(jiān)測器件在正常情況下是豎直裝在口袋里的，當(dāng)傾角傳感器判定老人發(fā)生摔倒，且該狀態(tài)持續(xù)超過15秒時，蜂鳴器將啟動報(bào)警功能。設(shè)定15秒的延遲是為了區(qū)分老人摔倒后未能及時起身的情況，以便設(shè)備能夠判斷老人可能需要緊急幫助。若發(fā)生誤報(bào)，例如老人僅是彎腰等動作，他們可以通過按鍵操作來關(guān)閉蜂鳴器，避免不必要的警報(bào)。其功能展示如圖5-4所示。圖STYLEREF1\s5-4跌倒檢測功能展示圖GSM短信功能測試在監(jiān)測器件接通電源后，將SIM電話卡插入到SIM800C模塊中，由于中國移動公司的無線信號在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的接收效果相對好些，所以本次我采用移動的全球通SIM卡來進(jìn)行通信。如圖5-5所示,藍(lán)燈在閃爍正在尋找信號，然后給手機(jī)發(fā)送初始化短信。圖STYLEREF1\s5-5GSM信號初始化圖當(dāng)老人跌倒后15s后仍舊不站起時，GSM模塊將會給老人監(jiān)護(hù)人或相關(guān)醫(yī)療機(jī)構(gòu)發(fā)送求救短信，會有具體的位置信息、老人的心率和體溫重要生命體征數(shù)據(jù)和是否發(fā)生跌倒，若15s后再次站起時，會再次發(fā)送短信，告知老人相關(guān)監(jiān)護(hù)人生命體征已恢復(fù)正常。老人若自己需要幫助時，也可直接通過按器件上按鍵發(fā)送短信。如圖5-6所示。圖STYLEREF1\s5-6GSM短信發(fā)送功能展示圖本章小結(jié)本章節(jié)對老人健康監(jiān)測器件各個功能模塊按照不同的測試內(nèi)容進(jìn)行了實(shí)物展示操作，并對測試結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明老人健康監(jiān)測器件各功能模塊整體表現(xiàn)良好，符合預(yù)期設(shè)計(jì)的制作要求。最后特別提出相關(guān)的注意事項(xiàng)，以保證器件的正常運(yùn)行和工作，進(jìn)而保障老人的生命健康安全?？偨Y(jié)與展望本論文基于近年來老年人生命健康安全的迫切需求，完成了基于STM32的老人健康監(jiān)測器件的設(shè)計(jì)與制作。本論文完成的工作有以下幾點(diǎn)：（1）本論文前期通過閱讀大量國