基于STC89C52单片机的老人智能防护报警系统设计

王宝 佘远俊 王双 鲍承志 喻克松 王焰

本设计以STC89C52单片机为控制核心，主要由ADXL345加速度传感器电路、蜂鸣器报警电路、GSM模块电路、GPS模块电路、助听模块电路等组成。比较详细地给出了系统整体设计方案，并且给出了控制系统软件流程，制作出了老人智能报警系统实物，实现了本文所设计的功能。

0 引言

目前市场上关于老人安全出行的产品很少，比较常见的产品如“防老人走失的GPS追踪器”，这类产品仅仅具有追踪的功能，它们功能单一实用性不够强，导致使用者不多，本产品老人智能防护报警装置针对目前市场上此类产品的缺点，综合老人出行可能遇到的主要风险，增加了诸多必要的安全防护功能，侧重于预防老人行进中的安全问题，设计的产品有以下几大创新点：

（1）当老人跌倒时，会自动触发报警装置，首先蜂鸣器鸣叫报警提醒路人给予帮助，延时一段时间，老人仍未站起，系统自动轮训向最亲近的四个家人拨打紧急求救电话，直到接通为止，大大提高报警成功率；

（2）当老人突发疾病身体不适时，手动使用按键一键报警，系统自动轮训向最亲近的四个家人拨打紧急求救电话；

（3）当老人遇险时监护人利用GPS定位功能随时确定老人位置，同时也可防老人走丢；

（4）助听功能，帮助听力有障碍的老人听见周围的危险信号，减少出行的安全隐患。

1智能防护报警系统总体设计

智能报警系统总体框架图如图1所示，STC89C52为核心控制系统，ADXL345倾角传感器实时采集老人在日常活动中产生的倾角数据，然后将数据送到单片机STC89C52进行处理，并判断老年人的运动状态。当系统检测到跌倒发生时，发出报警声音提醒老人和周围的人，并且能够将报警短信发送到相关人员手机上。

2控制系统硬件电路设计

2.1 STC89C52单片机最小系统说明：

STC89C52单片机最小系统由电源、晶振、复位电路三部分组成。拥有这三部分电路后，单片机即可正常工作。STC89C52单片机最小系统原理图如图2所示。

（1）VCC和GND为单片机的电源引脚，为单片机提供电源：

（2）STC9C52单片机复位电路由三部分组成，如图2所示分别为按键S1、电容EC1和电阻R1。具有程序自动复位手动按键复位和上电复位三种复位方式。在程序运行过程中如果程序长时间失去响应，单片机的自动复位机制如看门狗就会自动复位重启，这就是程序自动复位；当运行程序时，如果出现意外状况导致程序死机，这时候就手动按下复位键，程序就会重新运行，这就叫做手动复位；单片机在意外断电情况下可能会丢失部分数据，为了保证单片机正常运行，上电后单片机会进行一个内部初始化的过程，这个过程就是上电复位。

2.2 5V电源电路设计

本系统选择5V直流电源作为总电源，为整个系统供电，电路简单、稳定。DC为电源的DC插座，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。

2.3 LED信号指示灯电路设计

LED发光二极管，它一般作为指示灯和显示板，它是二极管的一种，因此也有阴极和阳极，LED方向必须接对了才有电流通过，小灯才会发光。VCC接5V电压，LED自身压降大约为2V。在电路中，电阻通常称之为“限流电阻”，它的作用是保护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图4所示。

2.4 SIM800AGSM模块电路设计

GSM模块实现远程信息交互，本系统采用SIM800A。SIM800A是一款两频GSM/GPRS模块，为SMT封装。它具有性能稳定，价格适中，操作温度范围跨度大，质量轻等一系列特点。SIM800A供应电压范围为3.4V—4.4V，工作频率为GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗实现SMS和数据信息、语音的传输。SIM800A尺寸为24*24*3mm，适用于本产品的设计需求。且在短信方面有点对点、短信广播、文本和PDU模式三大特点。

2.5按键电路设计

在本设计中，采用的是独立按键，它们各自与独立的输入线连接，按键作为系统的输入，起到了人机交互的枢纽作用。当S2按下后，形成一条通路，单片机的相关引脚则变成低电平。当按键松开后，线路断开，电流不能通过，相关引脚变为高电平，进而实现对系统的手动输入。其电路原理图如图5所示。

2.6 蜂鸣器报警电路设计

如图6所示蜂鸣器电路，因为蜂鸣器电流相对较大，因此采用三极管驱动，外加100欧限流电阻，D4为续流二极管，它避免了断电时由于电感电流造成的反向冲击。电路中采用三极管9012来驱动，当单片机控制引脚为低电平时，蜂鸣器就会鸣叫报警，当单片机引脚为高电平时不鸣叫，因此可以通过控制单片机引脚方波输出形式控制蜂鸣器的鸣叫方式。

2.7 ADXL345倾角传感器模块电路设计

本设计选择倾角传感器ADXL345模块实时检测相关的状态信息。ADXL345提供特殊的运动侦测功能，可以灵敏感应出某一轴向加速度是否超过用户设定值，判断出物体是否跌落，非常适合移动设备应用。ADXL345是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，测量范围达± 16g，分辨率高（13位）。ADXL345模块内部电路图如图7所示。C1-C4为滤波电容。R2、R3为上拉电阻，让信号输入更加稳定，U2即为穩压芯片，它的功能是实现5V直流电转化为3.3V直流电。D1为电源指示灯，R1为限流电阻，来保护LED灯D1。

2.8 助听部分电路设计

助听器主要由麦克风、放大器、受话器、电池、各种音量音调旋钮等元件组成。声信号经麦克风转换为电信号，通过放大器放大后，由受话器将电信号还原为声信号传至人耳。

3 控制系统软件设计

3.1 keil软件设计思想

KEIL软件是美国Keil Software公司出品的单片机C语言开发系统，它拥有方便的集成环境、强大的仿真软件。而且简单的单片内形都是使用这种开发软件的，它可以降低开发周期，从而减少很多成本，因此选择keil软件。

3.2 程序流程圖

本系统设计采用keil软件编写与调试程序，采用C语言编写代码。系统运行流程图如下图所示。

4系统调试与焊接

4.1电路的焊接

本次采用手工焊接的方式，进入无尘实验室，准备好需要的材料，接下来就是加热焊丝，将烧热的电络铁放在器件管旁边，将电烙铁温度调整在400摄氏度左右，加热2秒钟，在焊接过程中，当需要把焊接好的元器件卸下来，则也需要给焊接处进行加热的，首先在焊接处补好焊锡丝，使焊点是圆润的，然后用电洛铁在焊接处进行加热，在加热的过程中就可以直接把元器件卸下来了。有时候也会出现焊接不够完美的，这时候需要进行补焊的。主要是两种情况的，第一种是焊锡不够，焊接点不圆润，这时需要给焊接处补焊锡，第二种是焊锡过多，这时候可以用电洛铁放在焊接处来回的滑动，会把多余的焊锡带走，这样就解决了这些问题。

4.2 系统程序调试

在Keil4软件中先创建一个工程：在菜单栏中选择工程创建，输入工程名称，然后在新建的空白文本中编写程序源代码，编写完成后存为.c文件。最后就是编译程序了，系统会对文件进行运行，如果提示有错就对应去修改，最后在输出窗口中可看到提示信息，如图10所示。

5硬件电路的测试

最后一步就是检查每一个器件是否正常工作，整体功能是否可以实现了。主要运用万用表、直流电源和示波器，第一使用万用表调试，检查电源是否短路，然后测量管脚是否正确连接，接线是否正确第二步就是上电检查，上电后观察器件工作状态，并逐一测试其功能。经过测试系统正常工作，实现了老人跌倒自动报警，轮询拨打电话，定位防走丢等功能。

6 结束语

本设计以STC89C52为核心控制系统，通过ADXL345倾角传感器采集老人身体倾角状态，判断出老人是否发生危险，从而智能化的给出警报信息，而且GPS定位和助听功能能有效防止意外的发生。解决了市场同类产品功能单一，不能智能化报警等问题。

作者简介：

王宝（1996—），男，大学本科，研究方向：无线传感网，物联网工程，就读于重庆第二师范学院。

佘远俊（1976—），男，硕士学位，高级工程师，研究方向：物联网通信技术，就职于重庆第二师范学院。

王双（1996—），男，大学本科，研究方向：Web前端，软件工程，就读于重庆邮电大学。

鲍承志（1998—），男，大学本科，研究方向：无线传感网，物联网工程，就读于重庆第二师范学院。

喻克松（1994—），男，大学本科，研究方向：无线传感网，物联网工程，就读于重庆第二师范学院。

王焰（1996—），男，大学本科，研究方向：无线传感网，物联网工程，就读于重庆第二师范学院。

基金项目：重庆第二师范学院大学生科研立项基金（KY20180101）