基于基于Arduino Uno平台的跌倒检测报警系统设计平台的跌倒检测报警系统设计
利用基于ATmega328P单片机的Arduino Uno硬件平台、三轴加速度传感器ADXL345和集成GPS导航技术的四
频GSM/GPRS模块SIM908，设计一种老年人跌倒检测报警系统。传感器采集的人体三轴加速度值通过I2C总线
传输到单片机进行处理，通过提取人体跌倒过程的特征值设计跌倒检测算法。
引言
随着人类生活水平的不断提高，人口老龄化成为一个全球性的发展趋势。目前，我国已经进入了老龄化社会[1]，老年人的身
心健康问题得到人们更多的关注。老年人因生理结构衰老和身体机能减退，发生意外跌倒的概率和频率非常高[2]。跌倒可以
导致老年人身体组织挫伤、骨折甚至危及生命，并从心理上给老年人造成了压力和恐惧感。实际上很多伤亡并不是由于意外跌
倒本身造成的，而是由于跌倒发生后，老年人没有得到及时的救治造成的[3]。因此，在老年人发生跌倒后，如何尽早被发
现，并发出求救信号进行及时救治变得格外重要。为了老年人更健康地生活，研究设计一个老年人的跌倒检测报警系统具有十
分重要的研究价值和实际意义。
目前，研究开发人体跌倒检测系统方面的技术有很多种，最常见的是图像分析和加速度分析法。参考文献[4]～[6]都是基于视
频图像分析的室内跌倒自动检测系统，这种技术准确性高，人体动作清晰可见，但需要多部摄像机同时工作，暴露了用户的个
人隐私，而且监测范围有限，受环境的影响也很大。另一种加速度分析方法，主要基于微机电系统（MicroElectromechanical
System，MEMS）传感器。MEMS技术近几年得到了快速发展，广泛应用在跌倒检测、状态检测、运动检测等方面。参考文
献[7]～[9]都是利用MEMS技术进行人体跌倒检测的，目前国内一些基于MEMS技术的跌到检测虽可较好实现跌倒检测，但大
多计算量较大、设计复杂、价格昂贵，难以得到广泛的应用。
设计一种基于Arduino和三轴加速度传感器的跌倒检测报警系统，实时采集人体加速度参数和地理位置信息，应用于老年人意
外跌倒后及时报警，兼具了性价比高、设计简单、实时性高、低功耗、可扩展的特点。
1系统总体设计
跌倒检测报警系统由Arduino最小系统、加速度参数采集模块、GPS定位模块、GSM通信模块组成，其系统结构框图如图1所
示。
图1 跌倒检测报警系统结构框图
Arduino实时接收加速度参数采集模块传来的人体加速度参数值，单片机通过接收来的加速度值，使用跌倒检测算法来判断穿
戴者的体态，如果检测到跌倒的发生，便触发跌倒报警机制。当跌倒发生时，通过GPS定位模块捕获到穿戴者的具体地理位
置，然后发出包含跌倒位置的报警求救信息，通知佩戴者的监护人或医疗机构，进行后续的救治。本系统在考虑这些功能需求
的前提下，采用Arduino为控制核心，外围连接加速度参数采集模块、GPS定位模块、GSM通信模块，来实现整个系统的功
能。
2硬件设计
硬件部分主要包括微控制器最小系统、加速度参数采集模块、GPS定位模块、GSM通信模块，以及各个模块之间的连接。
2.1Arduino平台
Arduino是一款基于开源的电子原型设计平台，包含两个主要的部分：硬件部分是可以用来做电路设计的电路板，基于AVR系
列单片机和ARM微控制器，有丰富的外设接口和硬件资源；软件部分则是Arduino IDE，是计算机中的程序开发环境[10]。
Arduino的模块化设计，大大简化了电子系统的设计过程。
其中，微控制器最小系统选用Arduino Uno，它是基于Atmel公司的ATmega328P单片机的硬件平台，具有32 KB Flash、1 KB
EEPROM、14路数字输入/输出接口（其中6路可用于PWM输出）、6路模拟输入接口。同时，Uno预置了Bootloader程序，不
需要其他外部烧写器，可以直接通过USB下载程序。
2.2加速度传感器ADXL345
ADXL345是ADI公司推出的基于iMEMS技术的三轴、数字输出加速度传感器。ADXL345具有多种可变的测量范围且具有高分
辨率、高灵敏度、超小封装、超低功耗、标准的I2C或SPI数字接口、32级FIFO存储，以及内部多种运动状态检测和灵活的中
断方式等特性[11]。所有这些特性，使得 ADXL345有助于大大简化跌倒检测算法，使其成为一款非常适合用于跌倒检测器应
用的加速度传感器。图2为ADXL345功能框图。
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