107基于51单片机老人防跌倒体温检测GSM短信设计说明Word下载.doc
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3.1.2系统总体结构 9
3.2模块电路的设计 9
3.2.1STC89C52单片机核心系统电路设计 9
3.2.25V电源电路设计 13
3.2.3LED信号指示灯电路设计 14
3.2.4GSM_SIM800A模块电路设计 14
3.2.5按键电路设计 18
3.2.6蜂鸣器报警电路（低电平有效）设计 18
3.2.7ADXL345倾角传感器模块电路设计 19
3.2.8DS18B20温度传感器模块电路设计 21
第四章系统软件设计 24
4.1编程语言选择 24
4.2单片机程序开发环境 24
4.3KeiluVision4软件开发流程 25
4.4STC-ISP-15xx-v6.85p程序烧录软件介绍 26
4.5PL2303串口程序烧写模块介绍 27
4.6程序流程图 28
第五章系统焊接与调试 30
5.1电路焊接 30
5.2系统调试 31
5.2.1系统程序调试 31
5.2.2硬件测试 32
5.3实物测试 32
致谢 34
参考文献 35
第一章绪论
21世纪被称为“银发世纪”，人口老龄化是当今社会面临的重大挑战之一。
通常认为65岁以上的比率超过总人口的7%，就称为“老龄化社会”，而超过14%就称为“老龄社会”。
目前，世界上所有发达国家都已经进入老龄社会，许多发展中国家正在或即将进入老龄社会。
截至2008年底，我国65岁以上人口10956万人，占全国总人口的8.3%。
中国作为世界上人口最多的发展中国家，人口老龄化的趋势加速发展，预计到2030年中国将进入深度老龄化，并超过日本成为全国人口老龄化程度最高的国家。
随着全球人口老龄化的到来，跌倒已经成为老年人致残和致死的重要原因之一。
据世界卫生报告，“2002年全球有39.1万人死于跌倒，其中60岁以上的占50%以上，70岁以上的占40%。
许多发达国家对居住在社区的65岁及以上的老年人研究发现，其中28%~35%在一年中发生过跌倒，80岁以上的则达到了50%。
大约40%~70%的跌倒会造成伤害。
”对于住在医院里的老年人，跌倒的发生率则会更高。
跌倒会严重影响老年人的健康水平和生活质量，也会到来沉重的经济负担。
因此，采取适当的措施为老年人提供救助十分重要。
随着计算机、通信等技术的发展，电子设备的智能化、小型化，我们希望设计出一种针对老年人跌倒的检测器，在检测到老年人跌倒后能够及时发出求救信号通知其家人或医护人员，使老年人能够得到及时的救助，从而降低伤害，提高老年人的生活质量。
目前，国内外对跌到检测系统的研究很多，主要方法可分为以下几种：
（1）基于视频的跌倒检测系统
此种方法要求在用户可能活动的地方安装摄像头，来捕捉人体运动的画面，经过图像处理判断用户是否存在跌倒的图像特征。
该方法不需要用户穿戴任何装备，不影响日常生活，但是监测的范围有限。
例如加拿大的Caroline
Rougier通过摄像头采集老年人跌倒时的画面，将运动过程和人体的形态相结合，判断老人是否跌倒。
（2）基于地板震动的跌倒检测系统
此种方法是根据人体跌倒在木地板上的声音或人体跌倒时与地板的冲击来判断使用者是否跌倒。
但该方法只适用于室内，且不同质地的地板得到的震动信息也不同，应用范围较小。
例如弗吉尼亚大学的MARC研究中心通过检测不同物体落地时地板的震动方式来检测人体跌倒。
（3）基于可穿戴技术的跌倒检测系统
此种方法将传感器嵌入到可穿戴的设备，可以实时监测人体的活动，并在检测到跌倒时进行及时的报警。
该方法不受地点的限制，使用范围广，且设备便于携带。
基于可穿戴跌到检测系统，目前国内外的研究很多，基本上都是通过各种传感器采集人体的活动数据，并通过一定的算法判断老人是否跌倒。
这是目前主流检测方法。
1.3本文的主要研究内容及论文结构安排
第1章.主要介绍本设计的课题背景及国内外研究状况；
第2章.主要说明系统方案的选择；
第3章.主要介绍硬件电路的组成及使用方法；
第4章.主要介绍软件设计；
第5章.主要介绍硬件调试。
第二章方案的设计与论证
2.1控制方案的确定
本设计由STC89C52单片机电路+ADXL345加速度传感器电路+按键电路+蜂鸣器报警电路+DS18B20温度传感器电路+LED灯电路+GSM模块电路+电源电路组成。
2.2控制方式的选择
2.2.1单片机芯片的选择
方案一
采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器，CPLD可以实现各种复杂的功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展。
采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。
但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。
且从使用及经济的角度考虑，最终放弃了此方案。
方案二
采用ST公司的STC89C52单片机作为主控制器，STC89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
该单片机功耗低、接口丰富，成本低廉，完全能满足本设计要求。
方案三
采用单片机芯片控制MSP430单片机是美国德州仪器（TI）推出的一种16位超低功耗的混合信号处理器（MixedSignalProcessor），主要是针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”混合信号处理的解决方案。
MSP430F149是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，具有可靠性高、功耗低、扩展灵活、体积小、价格低和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表、专用设备智能化管理及过程控制等领域，有效地提高了控制质量与经济效益，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。
然而其成本太高，故舍弃。
故选择方案二。
2.2.2声音报警电路方案的选择
采用语音集成芯片ISD4004报警，由于ISD4004需要扩充喇叭驱动电路且其本身控制比较繁琐、电路比较复杂，稳定性差。
基于以上考虑，所以放弃了此方案。
通过蜂鸣器实现报警电路，具有电路简单，性能可靠、稳定等优点，最重要的是低成本，故选择方案二。
采用音乐片作为本系统门铃的音乐模块，音乐芯片是一种比较简单的语音电路，它通过内部的振荡电路，再外接小量分立元件，就能产生各种音乐信号，音乐芯片是语音集成电路的一个重要分支，目前广泛用于音乐卡、电子玩具、电子钟、电子门铃、家用电器等场合。
其具有电路简单，成本低廉等优点。
2.2.3倾角传感器的选择
采用陀螺仪来检测老人的位置信息，陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，该模块精度高，稳定性强，但控制复杂。
方案二：
采用基于ADI公司的倾角传感器ADXL345模块来检测老人的位置信息，adxl345功能很强大，内置很多寄存器，而且成本低，易于控制。
2.2.4无线遥控模块的选择
采用红外遥控模块系统进行无线控制，红外载波频率：
38KHz，其理论遥控范围为8-10米，遥控范围内，电路简单，成本极低。
中间有无障碍物等因素会影响到遥控距离，实际遥控距离可能更短，丧失了遥测的有用性。
采用315M无线模块对系统进行无线控制，其广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测等方面，数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。
当发射电压为3V时，空旷地传输距离约20～50米，发射功率较小，当电压5V时约100～200米，当电压9V时约300～500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700～800米，发射功率约500毫瓦。
其遥控距离要比红外遥控远得多。
然而315M无线模块只能传输简单的数据，且距离较近，故舍弃。
使用WIFI模块进行本系统数据的无线传输。
Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。
Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟（Wi-FiAlliance）所持有。
目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。
Wi-Fi主要是用于替代工作场所一般局域网接入中使用的高速线缆的。
这类应用有时也称作无线局域网（WLAN）。
其覆盖性强，传输距离远。
但是其安全性不高，很容易被黑客窜改数据。
方案四
使用蓝牙模块进行本系统数据的无线传输。
蓝牙可以替代很多应用场景中的便携式设备的线缆，在能够应用于一些固定场所，如智能家庭能源管理（如恒温器）等。
其数据传输为10米，完全满足本设计要求，而且其数据传输的安全性非常高。
由于蓝牙模块传输距离较近，故舍弃。
方案五
使用GSM模块SIM800A作为信息传输的媒介，只需要插上移动卡，即可在全球有移动网络的地方接收到信号。
由于本设计考虑远距离监控，故选择方案五。
2.2.5温度采集模块的选择
采用PT100铂电阻温度传感器，此传感器属于电阻式传感器，它的电阻随着温度的变化而变化。
这种温度传感器有零度电阻值和电阻变化率，它性能比较稳定，测量范围达到-200℃~850℃，但是使用它要复杂的转换关系，要清楚的知道电阻和温度之间的关系。
其采集电路主要采用的是电阻分压网络，在电阻分压网络的设计上，由于定值电阻随着测量环境温度变化时，其阻值会有所变化，这就会给系统带来误差，使系统采集的温度值产生偏差，并且其电压值要进行AD转换，增加了系统的复杂程度。
PT100自身体积较大，温度变化时，反应速度会优先减慢，如果环境变化温度较快时，将会有部分的中间温度会被直接过滤掉，使实时温度信息不准，实时性较差。
采用AD590，AD590是现在温度测量较为常见的温度传感器，测量精度高、温度范围宽，但是成本很高，一般的廉价应用上不会使用。
AD590是电流型温度传感器，在检测温度变化时，其两端的输出电流会有相应的改变。
应用方法，一般是采用在输出端接一个定值电阻（当然这也要温漂较低的电阻），在测量电阻两端的电压（电压值=AD590输出电流×
定值电阻阻值），这与PT100的测量方式相同，使用AD转换器，将模拟电压值转换为数字量。
当然AD590的体积也稍大，也会有高速温度变化时产生出滤波效果，实时性降低。
采用DS18B20，DS18B20是数字式的温度传感器，测量的温度范围较广，精度高，成本低，稳定性较好。
DS18B20采用单总线通信，减少了I/O的占用数量，减少了外围电路，通信简单。
DS18B20的集成度高，体积较小。
因为其体积小，可以测量到的温度值变化快，实时性就好。
第三章硬件电路的设计
3.1系统的功能分析及体系结构设计
3.1.1系统功能分析
1、板子竖直放置的时候，蜂鸣器不报警，板子歪倒一定角度，则蜂鸣器鸣叫报警。
一段时间约15s未回复正确状态，GSM发送报警信息给手机：
Helpme!
!
。
2、如果温度超过38度，蜂鸣器报警，持续温度过高约15s左右，同时短信报警：
hasacold
3、设计带有误报警按键，蜂鸣器报警的时候，如果老人认为是误报警，则按键按下，蜂鸣器停止报警,如果持续问题存在还会报警。
4、短信处理过程有指示灯显示。
5、GSM模块是SIM800A，该模块和SIM900A电路程序完全兼容外观外形一模一样。
3.1.2系统总体结构
本系统具体框图如下图所示：
系统原理框图
3.2模块电路的设计
3.2.1STC89C52单片机核心系统电路设计
STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。
另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
一、STC89C52主要特性如下：
（1）8K字节程序存储空间；
（2）512字节数据存储空间；
（3）内带4K字节EEPROM存储空间;
（4）可直接使用串口下载。
二、STC89C52主要参数如下：
（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051；
（2）工作电压：
5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）；
（3）工作频率范围：
0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz；
（4）用户应用程序空间为8K字节；
（5）片上集成512字节RAM；
（6）通用I/O口（32个），复位后为：
P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；
（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；
（8）具有EEPROM功能；
（9）共3个16位定时器/计数器。
即定时器T0、T1、T2；
（10）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；
（11）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；
（12）工作温度范围：
-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）；
（13）PDIP封装。
三、STC89C52单片机相关引脚说明：
（1）VCC：
供电电压。
（2）GND：
接地。
（3）P3.0RXD（串行输入口）
（4）P3.1TXD（串行输出口）
（5）P3.2/INT0（外部中断0）
（6）P3.3/INT1（外部中断1）
（7）P3.4T0（记时器0外部输入）
（8）P3.5T1（记时器1外部输入）
（9）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
（10）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
（11）RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
（12）ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
（13）/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
（14）/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
（15）XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
（16）XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
单片机引脚图如下图所示：
STC89C52单片机引脚图
四、STC89C52单片机最小系统说明：
STC89C52单片机最小系统电路由复位电路、时钟电路和电源电路。
拥有这三部分电路后，单片机即可正常工作。
单片机最小系统原理图如下图所示。
单片机最小系统原理图
（1）VCC和GND为单片机的电源引脚，为单片机提供电源：
（2）复位电路由按键S1、电解电容EC1和电阻R1组成。
具有手动按键复位和上电自动复位功能。
系统上电复位按键接口采集到两个高端信号后进行手动复位，就是非自动的按键复位；
系统检测到的电压由低电平上升到高电平的一段时间后，在这段时间过后，系统通过电阻与接地之间形成一条通路，然后自动把高电平进行拉低，使得单片机从高电位变为低电位，从而就是给单片机自动进行复位即上电复位。
（3）时钟电路由晶振Y1、瓷片电容C1和C2组成。
有控制芯片的数字电路正常工作是少不了TIME（时钟）电路的，我们需要时钟电路自动发出系统时间，让控制芯片正常工作。
给控制芯片正常工作的时钟信号，一般把这种工作方式称为“拍”，以至于让整个控制系统能正常工作，由于要保证控制系统能正常工作，提高他的工作能力，我们经常用11.0592MHZ晶振和30PF的电容进行组合，电容为了帮助晶振起振的，满足了数字控制器上电以后可以正常工作。
（4）JD1为单片机的下载接口。
3.2.25V电源电路设计
本系统选择5V直流电源作为系统总电源，为整个系统供电，电路简单、稳定。
DC为电源的DC插座，可以直接接USB电源线，一端插在DC插座上，另外一端可以插在5V电源上，如电脑USB、充电宝、手机充电器等等。
LED为红色LED灯，作为系统是否有点的指示灯，电阻为1K电阻，起到限流作用，保护LED灯，以防电流过大烧坏LED灯。
SW为自锁开关，开关按下后，红灯亮，此时系统电源5V直流输出。
开关再次按下后，红灯灭，此时系统电源无5V电源输出。
5V电源电路原理图
3.2.3LED信号指示灯电路设计
LED灯即发光二极管，它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
在电路中，电阻的作用是限流，保护LED灯。
只要单片机的控制引脚拉低，则LED灯亮，否则，LED灯不亮。
其具体电路原理图如下图所示。
LED灯指示电路原理图
3.2.4GSM_SIM800A模块电路设计
GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。
GSM模块具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。
简单来讲，GSM模块加上键盘、显示屏和电池，就是一部手机。
SIM800A是SIMCOM公司推出的一款高性能工业级GSM/GPRS模块，该模块具有极高的性价比，在双频的市场中占据极大份额。
GSM_SIM800A模块采用高性能工业级GSM/GPRS模块：
SIM800A，工作频段:
GSM900/1800MHz。
硬件设计在官方设计上加以优化,采用高效开关电源供电，SIM卡采用主流的卡座，质量更坚固。
GSM_SIM800A模块在外围硬件的设计上参考了SIM800A模块的硬件设计指南，对板子的电源、保护和抗干扰上做足了功夫。
电源采用开关电源模块供电，电源利用效率高。
模块应用领域：
远程监控、远程智能抄表、智能家居和车载设备等远程通讯设备。
SIM800A是一款两频GSM/GPRS模块,为SMT封装。
其性能稳定，外观小巧，性价比高，能满足客户的多种需求。
SIM800A工作频率为GSM/GPRS900/1800MHz，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输。
SIM800A尺寸为24*24*3mm，能适用于各种紧凑型产品设计需求。
一、主要特性
（1）两频900/1800MHz
（2）GPRSmulti-slotclass12/10
（3）GPRSmobilestationclassB
（4）满足GSM2/2+标准
–Class4（2W@900MHz）
–Class1（1W@1800MHz）
（5）尺寸：
24*24*3mm
（6）重量：
3.1g
（7）通过AT命令控制（GSM07.07,07.05andSIMCOM增强AT命令集）
（8）SIM应用工具包
（9）供应电压范围：
3.4~4.4V
（10）低功耗
（11）操作温度范围：
-40℃~85℃
（12）数据传输GPRSclass12：
最大85.6kbps（下行速率）
（13）CSD达14.4kbps
（14）140USSD
（15）非透传
二、在短信应用方面有如下特点
（1）点对点MOandMT
（2）短信广播
（3）文本和PDU模式
三、模块接口说明
（1）5V接5V
（2）GND接GND
（3）R串口接收端，与模块通信用的
（4）T串口发送端，与模块通信用的
四、模块使用说明
（1）开机异常或自动关机
如果发生如下现象：
a、上电后，看到绿灯开始
升级会员 