基于SC89F5162多传感数据融合的老人生理智能监控预警系统

　　一、项目设计背景及概述

　　当前，人口老龄化已成为当今世界的一个突出的社会问题。世界卫生组织指出，在全世界190多个国家和地区中，有60 多个已进入老年型社会。老年人健康的最大威胁--心血管疾病引起的死亡人数，占全球死亡人数的三分之一。各种心血管疾病在发病前都会有相应的征兆，而通过观测病人的生理参数数据是能够发现这些征兆的，因此设计一种可以监测主要生理参数并兼有报警功能的医疗仪器，将为预防和治疗各种突发性疾病提供一种新的手段。目前，生理参数监测设备大多用于医院监护室、养老院等，可对病人或老年人的重要生理参数作实时、连续和长时间的监护，有些监护设备还带有一定的本地报警功能。但其在远程无线报警功能方面却略显匮乏，不支持手机短信报警功能．本监护系统在拥有准确的监测功能的同时又有手机GPRS报警功能，可在日常家庭中使用，满足老年人对此类仪器的需求。

　　二、项目设计原理

　　1、原理概述

　　该系统通过外部的火焰传感器、加速度传感器、心跳传感器来获取老人身边是否存在火源，是否摔跤，心跳是否正常等数据，系统一旦检测到外部传感器出现异常，将利用外部的GPS、GSM/GPRS模块将老人的位置信息以及心跳等数据利用GSM/GPRS模块发送给他们的亲人。使得子女及时获取老人的信息。

　　传统的养老系统只能监视老人在家的生活状况无法获取当老人在外时的信息，而该系统集成有GPS模块，使得人老一旦出现事故可以及时确定其位置并利用GSM/GPRS模块发送信息通知其家属。并且传统的养老监护系统只能检测一项数据是否正常例如心跳，无法获取多个检测数据，而我们设计的这个系统可以实现多传感组网多数据的融合即可以把火焰传感器、加速度传感器、心跳传感器测得的数据和GPS获得的位置信息实现融合，一起发送出去。该设计轻便小巧，生产成本低廉、功能完善，完全可以满足那些"子欲养而亲不在"的子女的心愿。

　　2、硬件原理概述

　　A、核心控制器：本课题采用深联华自主研发型号为SC89F5162的一款高速高效率8051兼容单片机。在同样振荡频率下，较之传统的8051芯片它具有运行更快速，性能更优越的特性。SC89F5162保留了标准8051芯片的大部分特性，这些特性包括内置256字节RAM和2个16位定时器/计数器，1个UART和外部中断INT0 和INT1。此外，SC89F5162还集成外置1024字节RAM，可兼容8052芯片的16位定时器/计数器（Timer2）。该单片机还包括适合于程序和数据的 62K字节Flash存储器。SC89F5162不仅集成了如EUART，SPI等标准通讯模块，此外还集成了具有内建比较功能的ADC，PWM定时器以及模拟比较器（CMP）等模块。为了达到高可靠性和低功耗， 内建看门狗定时器，低电压复位功能，低电压检测功能和振荡器失效检测功能。 此外 还提供了2种低功耗省电模式。

　　B、加速度传感器测摔倒原理：人体加速度可看作一个三维矢量，用直角坐标系的三个轴来表示，其中令X轴表示前后方向，Y表示左右方向，Z表示竖直方向。这里首先引入加速度的信号向量模SVM（MagnitudeofSignal Vector）的概念，式（1）：

　                                                   　（1）

　　当发生跌到时，在触地前，由于身体失重，其SVM在时域上表现为一个谷；在触地的整个过程中，由于地面等的冲击，人体的加速度必然发生较剧烈的突变，其SVM在时域上表现为一个峰。跌倒信号时域体现明显的SVM，在跌倒处有明显冲击，如下图所示。对于这种情况，通过时域的阈值判断可以很好地探测出跌倒的发生。

　　C、火焰传感器原理：由各种燃烧生成物、中间物、高温气体、碳氢物质以及无机物质为主体的高温固体微粒构成的。火焰的热辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射。不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布有所差异，但总体来说，其对应火焰温度的近红外波长域及紫外光域具有很大的辐射强度，根据这种特性可制成火焰传感器。

　　本课题采用的是火焰传感器模块，此模块已经嵌入LM393(＄0.0737)比较器，模块可以直接输出电平信号（5V或0V），方便模块与单片机IO口直接相连。下图即为用示波器显示的输出波形。

D、GPS模块：全球定位系统GPS（Global Positioning System）是美国新一代卫星导航系统，可