基于GPS和GPRS的远程跌倒定位报警系统

摘要

目前，我国老龄化、空巢化形势严峻，老年人由于身体机能退化发生跌倒的概率非常大，跌倒不仅给老年人的身心健康带来严重危害，而且给家庭社会带来沉重的负担。因此借助科技手段，开发一套跌倒监测系统非常有必要。本文以此为研究背景提出了一种小尺寸的基于GPS/GPRS的穿戴式远程跌倒报警系统，该系统采用融合了三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计的九轴惯性传感器实时采集人体的加速度、角速度和姿态角信息，通过内置的基于姿态角和角速度阈值融合的跌倒检测算法，在跌倒前便能预测跌倒，且在此后8s内没有按下取消报警按键时，便向监护人手机发送跌倒报警信息；同时还具备远程定位追踪、全方位的命令接口操控、行走数据和跌倒关键数据上传服务器等辅助功能。
　　为开发该系统，所做的主要工作如下：
　　1．通过对现有的跌倒检测算法研究分析，提出本文采用基于姿态角阈值和角速度阈值融合的跌倒检测算法，并通过处理分析采集的传感器数据，确定了阈值大小。
　　2．根据系统的功能要求和设计目标，确定了系统的总体方案，完成了电子元件选型，将九轴惯性传感器MPU9150、微控制器STM32F405RG、GPS模块、GPRS模块、TF卡等相连，设计了系统的硬件电路。
　　3．采用模块化编程的思想完成了系统各主要模块的软件设计，包括传感器数据采集程序、GPS操作程序、GPRS操作程序、TF卡读写程序和控制命令解析程序和初始化程序。
　　4．对样机系统进行测试，联合监护人手机和远程服务器验证了系统的全方位命令操控功能；开展跌倒实验和日常行为实验，评估了系统跌倒检测的可靠性；结合matlab数据分析，研究了系统的跌倒预撞击前置时间。测试表明该系统能稳定可靠工作。

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第一章 绪论

§1.1 课题研究背景与意义

§1.2 国内外研究现状

§1.3 本文研究内容和结构

第二章 跌倒检测算法

§2.1 基于阈值的跌倒判定方法

§2.2 基于模式识别的跌倒判定方法

§2.3 本文跌倒检测算法

§2.4 本章小结

第三章 系统硬件设计

§3.1 系统总体方案设计

§3.2 系统硬件总体架构

§3.3 电源电路

§3.4 微控制器电路

§3.5 传感器电路

§3.6 GPS模块电路

§3.7 GPRS模块电路

§3.8 TF卡存储电路

§3.9 声光报警电路设计

§3.10 USB转串口电路

§3.11 本章小结

第四章 系统软件设计

§4.1 系统软件总体架构

§4.2 初始化程序

§4.3 控制命令解析程序

§4.4 MPU9150传感器操作程序

§4.5 GPS操作程序

§4.6 GPRS操作程序

§4.7 TF卡操作程序

§4.8 本章小结

第五章 系统测试

§5.1 系统样机

§5.2 功能控制命令测试

§5.3 跌倒检测可靠性测试

§5.4本章小结

第六章 总结展望

§6.1工作总结

§6.2展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果

附录