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基于MSP430跌倒预防与报警一体化系统 　　摘 要：社会老年人口的大量增加和巨大的跌倒危害使得有关老年人跌倒问题的研究十分重要。本文提出了基于 MSP430的跌倒预防与报警的一体化系统，系统以老人室内穿的拖鞋为载体，使用超声波传感器检测脚部前方障碍物并反馈给老人，从而降低因触碰障碍物而跌倒的危险；系统使用新型惯性传感器MPU6050来检测老人的行为状态，采用双重阈值算法来判断老人是否为跌倒状态，并通过SIM900A发送求救信息。我们通过相关实验验证了方法的有效性和系统的准确性。 　　关键词：跌倒预防；跌倒检测；MSP430；MPU6050 　　中图分类号：TP277 文献标志码：A 　　0 引言 　　有调查研究显示，在70岁以上的健康老年人群里，有40%的老人每年至少发生一次跌倒行为；在护理机构中的老年人群里，有43%的老人至少发生一次跌倒行为。老年人由于自身身体原因，室外活动较少，更长时间居于室内，导致超过50%的老人跌倒案例发生于室内，同时仅有37.9%的跌倒老人得到及时救助。老年人口数量的快速增长和跌倒的巨大危害使得老人室内跌倒预防与报警系统的研制十分必要。在本文中，笔者提出一种基于MSP430的跌倒预防与报警一体化系统，适用于独自生活或养老院中的老年人。 　　1 相关研究现状 　　目前跌倒识别和预警的方法大致可以分为以下3类：基于视频监测技术、基于环境感知技术和基于可穿戴式传感技术。基于视频监测技术的系统使用图像处理方法，如从背景中分割个体，提取特征等来检测跌倒。 该方法不需要在使用者身上佩戴任何装置，但是该方法不能保护个人隐私，并且在视频监控有盲点时具有局限性。基于环境感知技术的装置包括超声波传感器、振动传感器等，通过分析声音信号来检测跌倒。然而，由于正常的生活环境中存在的过度噪声降低了从传感器获得的信号，导致该方法的检测精度较低。基于可穿戴式传感技术，由于低成本、易用性和高性能等方面的优势，被归类为最优选合适的和实用的跌倒监测方法。 　　现有的跌倒报警装置多为独立报警器，且仅有跌倒后的报警功能，对于障碍物造成的跌倒，缺乏事前预防措施。当跌倒意外发生时，一般的跌倒报警器需要老人按下按钮才会做出警报。据相关研究显示，在拥有紧急呼叫按钮的老年人中，80%在遭遇严重跌倒意外时未曾使用，甚至有很多老人并没有将呼叫按钮带在身边。 　　基于以上问题，笔者提出了基于MSP430的老人跌倒预防与报警一体化系统来缓解跌倒对于老年人的伤害。 　　2 系统设计 　　2.1 系统结构 　　该系统结构框图如图1所示。整个系统安装在老人所穿的拖鞋内，解决老人忘记佩戴装置的问题。系统微处理器采用MSP430F5529。当老人穿着拖鞋在室内行走时，系统通过超声波测距传感器检测脚前一定范围的扇形区域中是否有障碍物来降低在水平地面上因触碰障碍物而跌倒的可能性。同时，系统使用惯性传感单元MPU6050来采集三轴加速度和三轴角速度，采用双重阈值（阈值1：合加速度阈值；阈值2： 合加速度与三轴的夹角）算法来监测老人是否为跌倒状态。当判断老人为跌倒状态时，MCU先通过 IO口控制蜂鸣器现场报警，经过20 s后，若老人没有手动取消报警，那MCU将会通过连接在系统上的 GSM模块发送求救信息，使老人在跌倒后能够及时获得救助；若20s内，老人手动取消了现场报警，则不发出报警信息。 　　2.2 微处理器 　　微处理器是一种16位RISC结构、超低功耗单片机MSP430F5529，具有高达25MHz系统时钟，128KB闪存、8KBRAM、USB接口、12位ADC等丰富的片内外设，工作电压范围为1.8V～3.6V。 　　2.3 超声波测距模块和震动模块 　　超声波测距模块（HY-SRF05）由超声波发射器、接收器和控制电路等组成，额定工作电压5VDC，额定工作电流15mA，非接触式测距范围为2cm～450cm，测距精度可达3mm。震动模块包括电流放大电路和微型震动电机（CY1027-00-10），额定工作电压3V，额定工作电流70mA。 　　2.4 MEMS惯性传感单元―MPU6050 　　MPU6050是一种新型传感器，它包括3轴陀螺仪，3轴加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器 DMP。 MPU6050对陀螺仪和加速度计分别用了3个 16 位的 ADC，可以将测量的模拟量转化为数字量输出。该传感器工作电压为5 V，采用400kHz的IIC接口与微处理器进行通信，将MPU6050的SDA引脚和SCL引脚分别与MSP430F5529的SDA引脚和SCL引脚相连，即可实现传感器和微处理器之间的通信。 　　2.5 GSM模块（SIM900A）和蜂鸣器 　　SIM900A是一款高性能GSM/GPRS模块，支持RS232串口和TTL串