（通信与信息系统专业论文）居家老人无线监测报警系统的设计.pdf

摘要 摘要 近年来，随着经济的快速发展，年轻人的工作压力越来越大，往往疏忽对家庭的照顾。 由于老人独自呆在家中，缺少必要的照顾，家庭安全无法得到保障。伴随着年龄的越来越 大，老人身体健康状况不稳定，病痛更是避免不了的。老人在家突然发病而错过最佳治疗 时间，会给年轻人留下很大的遗憾，若因错过最佳治疗时间导致老人故去，这更是莫大的 不幸。为更多的关爱居家老人，本文设计了“居家老人无线监测报警系统”，该系统能够 通过监测老人的生命信息参数，在危急时刻发送报警信号为生病老人赢得最佳治疗时机。 居家老人无线监测报警系统的硬件主要由腕带式生命信息采集终端模块、家居安全防 范报警模块和系统中心控制模块三个部分组成。腕带式生命信息采集终端模块主要由数据 采集部分和无线传输部分组成。数据采集电路通过手腕上的体温传感器和脉搏传感器来获 取老人的体温和脉搏跳动等生命数据信息。腕带式生命信息采集终端模块的单片机对采集 到的体温和脉搏信息进行超限判断，由无线传输部分把报警数据信息传送给主控制器。家 居安全防范报警模块主要有报警信息采集电路和编码发送电路组成。报警信息采集电路通 过家庭内部设置的热释电红外传感器采集电路、烟雾传感器采集电路、煤气传感器采集电 路、声音采集电路等采集相应的安全防范信息，通过编码电路和无线发射模块发送给放在 客厅位置的主控制电路，由超再生接收电路和译码电路将信息传送到主控制器。主控制器 对发送来的数据进行是否报警信息的判断，一旦确认报警，通过家居对外通信模块将报警 信息发送出去。家居对外通信模块通过自动拨号与外界联系，如果家中出现什么警情，系 统可自动播出预先设置的电话号码或发出报警信息，进行报警。 居家老人无线监测报警系统软件主要是针对腕带式生命信息采集终端模块和主控制 电路模块两大部分而设计的。单片机控制系统初始化参数，接收腕带式生命信息采集终端 模块和家居安全防范模块发送过来的数据信息，主控制电路判断该数据信息是否为报警信 息，主控制电路一旦确认是报警信息，立即通过家居对外通信模块将报警信息发送出去， 否则，视为误报警，不发送报警信息。 论文将单片机和无线传输方式应用在居家老人无线监测报警系统中，系统采用无线传 输解决了家庭布线的烦恼，硬件和软件都采用了模块化设计。系统采用无线方式对居家老 人的生命信息状况进行监测，降低了独居老年人发生事故的风险。系统易于灵活实现多个 监护参数的设置和数据的实时传输。 单片机电路和无线收发技术有机的结合在一起应用于居家老人无线监测报警系统。居 家老人无线监测报警系统具有成本低，性能完善，可靠性高，易于安装、维护等优点，拥 有广阔的应用前景。 关键词：单片机；编解码电路；无线通信；报警电路； a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，谢t 1 1t h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m y , y o u n gp e o p l e sw o r k i n g p r e s s u r ei sb e c o m i n gl a r g e ra n dl a r g e r , t h e yh a v el i t t l et i m et ot a k ec a r eo f t h ee l d e r l y d u et ot h e l a c ko fn e c e s s a r yc a r ea n dt h ee l d e r l yo f t e ns t a ya th o m ea l o n e ，h o u s es e c u r i t yc a nn o tb e g u a r a n t e e d w i t ht h en u m b e ro fo l ds o l i t a r yp e o p l ei n c r e a s i n g ，t h e i rp h y s i c a lh e a l t hs t a t u sa r en o t v e r yg o o da n da l w a y s 、) ，i man u m b e ro fa i l m e n t s i fs u d d e ni l l n e s sh a p p e n sa th o m e ，n o o n e k n o w si ta n dm i s st h eb e s tt r e a t m e n tt i m e ，i tw i l ll e a v eag r e a tr e g r e tt oo f f s p r i n g ，o ri tw i l ll e a d t om o r es e r i o u sc o n s e q u e n c e ：t h ee l d e r l yp a s s e da w a yw h i c hi sag r e a tm i s f o r t u n e i no r d e rt o a v o i dt h i su n f o r t u n a t eo c c u r r e n c e ，t h i sp a p e ri sd e s i g n e d 舔”t h ew i r e l e s sm o n i t o r i n ga n da l a r m s y s t e mf o rt h ei n h o m ee l d e r l y , t h i ss y s t e mc a nm o n i t o rt h ep h y s i o l o g i c a lp a r a m e t e r sa n ds e n t t h ea l a r ms i g n a li nt i m e so fc r i s i st ow i nt h eb e s tt r e a t m e n tt i m e t h ew i r e l e s sm o n i t o r i n ga n da l a r ms y s t e mf o r t h ei n h o m e e l d e r l ym a i n l yi n c l u d e s w r i s t b a n dl i f ei n f o r m a t i o nc o l l e c t i o nt e r m i n a lm o d u l e ，h o u s es e c u r i t ya l a r mm o d u l ea n dc e n t e r c o n t r o lm o d u l e aw r i s t b a n dl i f ei n f o r m a t i o nc o l l e c t i o nt e r m i n a lm o d u l ei sf o r m e db yt h ed a t a a c q u i s i t i o ns e c t i o na n dw i r e l e s st r a n s m i s s i o np a r t d a t aa c q u i s i t i o np a r tg e t s t h eb o d y t e m p e r a t u r ea n dp u l s ei n f o r m a t i o no f t h ee l d e r t h r o u g h t h et e m p e r a t u r es e n s o r sa n dp u l s es e n s o r s o nt h ew h i s t ；t h e nt h ei n f o r m a t i o ni sc o n d u c t e dt r a n s f i n i t ej u d g m e n tb ym c u ；a tl a s t ，t h ea l a r m d a t aw i l lb es e n tb a c kt ot h em a i nc o n t r o l l e rt h r o u g hw i r e l e s st r a n s m i s s i o np a r t ，i n c l u d i n gt h e w i r e l e s sr e c e i v e rc i r c u i t r ya n dd e c o d e rc i r c u i t r y , t h eh o u s es e c u r i t ya l a r mm o d u l ec o l l e c t st h e s e c u r i t yp r o t e c t i o ni n f o r m a t i o n e n c o d e s a n ds e n d st ot h em a i nc o n t r o lc i r c u i t t h e m i c r o c o n t r o l l e rd e t e r m i n e st oa l a r mo rn o t ，o n c en e e d e dt oa l a r m ，t h ea l a r mi n f o r m a t i o nw i l lb e s e n to u tt h r o u g ht h eh o m e 。se x t e r n a lc o m m u n i c a t i o nm o d u l e h o u s ee x t e r n a lc o m m u n i c a t i o n m o d u l e sc o n t a c tw i t l lt h eo u t s i d et h r o u g ha u t o m a t i cd i a l u p 砀es o f t w a r ei sm a i h l yd e s i g n e df o rw r i s t b a n dl i f ei n f o r m a t i o nc o l l e c t i o nt e r m i n a lm o d u l e s a n dc e n t e rc o n t r o lm o d u l e a f t e ri n i t i a l i z a t i o n ，s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e rr e c e i v e s d a t a i n f o r m a t i o nf r o mw r i s t b a n dl i f ei n f o r m a t i o nc o l l e c t i o nt e r m i n a lm o d u l ea n dh o u s es e c u r i t ya l a r m m o d u l e ；t h em a i nc o n t r o lc i r c u i td e t e r m i n e sw h e t h e ri ti sa l a r mi n f o r m a t i o n i fs o ，t h ea l a r m i n f o r m a t i o nw i l lb es e n to u tt h r o u g ht h ee x t e r n a lc o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，o t h e r w i s e ，a saf a l s e a l a r m i nt h i sp a p e r , s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e ra n dw i r e l e s st e c h n o l o g ya r eu s e di n ”t h ew i r e l e s s m o n i t o r i n ga n da l a r ms y s t e mf o rt h ei n h o m ee l d e r l y ”，w i r e l e s st r a n s m i s s i o nr e s o l v e st h e t r o u b l e so fh o u s e h o l dr o u t i n g ，a n dt h es y s t e m sh a r d w a r ea n ds o f t w a r eh a v ea d o p t e dam o d u l a r d e s i g n t h es y s t e mu s ew i r e l e s st om o n i t o rt h el i v i n gc o n d i t i o n so ft h ei n - h o m ee l d e r l y , r e d u c e t h er i s ko fa c c i d e n t sf o rt h ee l d e r l y i ti se a s ya n df l e x i b l et os e tt h ep a r a m e t e r so fm u l t i p l e m o n i t o r i n ga n d t r a n s m i tt h ed a t ai nr e a lt i m e s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e ra n dw i r e l e s st r a n s c e i v e rt e c h n o l o g ya l ec o m b i n e do r g a n i c a l l yt o f o r mt h ew i r e l e s sm o n i t o r i n ga l a r ms y s t e mf o rt h ei n - h o m ee l d e r l y t h i ss y s t e mh a sm a n y a d v a n t a g e ss u c ha sl o wc o s t ，p e r f e c tp e r f o r m a n c e ，h i g hr e l i a b i l i t y , e a s yt oi n s t a l la n dm a i n t a i n t h e r e f o r e ，t h es y s t e r mh a sb r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t s k e y w o r d s ：m c u ；c o d i n ga n dd e c o d i n gc i r c u i t ；w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ；a l a r mc i r c u i t i i i 日录 目录 摘要i a b s t r a c t 】 第一章概述1 1 1 系统研究的背景和意义1 1 2 系统国内外发展现状2 1 3 系统的组成和功能3 1 4 系统设计方案4 1 5 本文的创新点5 本章小结5 第二章系统的硬件设计6 2 1 中心控制电路的设计6 2 1 1 主控制电路组成框图6 2 1 2 主控制电路的设计6 2 1 3 家居对外通信模块的设计1 2 2 2 腕带式生命信息采集终端的设计1 7 2 2 1 腕带式生命信息采集终端结构框图1 7 2 2 2 单片机的选取1 7 2 2 3 传感器的选取和调理电路2 0 2 2 4 无线传输电路的设计2 l 2 2 5 腕带式生命信息终端外观设计2 3 2 3 家居安全防范报警模块的设计2 4 2 3 1 家居安全防范报警电路结构框图2 4 2 3 2 家居安全防范报警电路的设计_ 2 5 2 3 3 安防信息无线发送电路的设计2 9 本章小结3 2 第三章系统的软件设计3 3 3 1 系统的软件结构3 3 3 2 中心控制模块软件流程3 3 3 2 1 主控制电路软件流程设计3 3 3 2 2n r f 2 4 l 0 1 无线接收的软件流程3 4 3 2 3 译码电路软件解码程序流程3 5 3 2 4d t m f 信号收发软件流程3 6 3 2 5 语音录放音软件流程3 7 目录 3 3 腕带式生命信息采集终端模块软件流程3 8 3 3 1m s p 4 3 0 f 1 2 3 2 控制电路软件流程设计3 8 3 3 2 温度传感器采集电路软件流程3 9 3 3 3 无线发送软件流程4 0 本章小结4 1 第四章系统测试以及应用前景4 2 4 1 系统硬件测试设备4 2 4 2 系统硬件测试4 2 4 2 1 直流稳压电源测试4 2 4 2 2 传感器报警电路测试4 3 4 2 3 语音录入和播放测试4 4 4 2 4 振铃检测和模拟摘挂机测试4 4 4 3 系统软件测试4 4 4 3 1d s l 8 8 2 0 4 4 4 3 2 信号音软件测试4 5 4 3 3d t m f 编解码软件测试4 5 4 3 4 录放音软件功能测试4 6 4 3 5p t 2 2 7 2 干扰测试4 6 4 4 系统的联机测试：4 6 4 5 系统的特点4 6 4 6 系统的前景展望4 7 本章小结4 7 参考文献4 8 在校期间发表的论文5 l 致谢5 2 v 第一章概述 第一章概述弟一早僦睑 随着世界经济的快速发展，人们对待照顾家庭的思想意识在不断地改变。“丁克族 的不断增加，出生率小于死亡率，已经让世界逐渐步入人1 2 1 老龄化【l l 。年轻人的工作压力 越来越大，几乎顾不上在家照顾家庭。独生子女家庭越来越多，很多年轻人又长期工作在 外，常常会让老人独自呆在家中，由于缺少必要的照顾，家庭安全无法得到保障。偶有老 人外出，家中无人照看，于是便给了窃贼有机可乘的机会，许多家庭也会因此而损失惨重。 在这种状况下，居家老人无线监测系统应运而生。居家无线监测系统是现代电子技术、通 信技术相结合的产物。系统通过设置监测参数传感器，感知老人的生命活动状况，同时通 过室内安装的家居安全防范报警电路及时检测到家中的异常情况，从而实现家庭内部信息 的采集、处理，并且实时将数据以无线方式发送，进而实现对独居老人的实时监护，系统 能够缩短老人突发疾病发现的时间，改善老年人群突发疾病的整体救治率【2 1 ，对家庭财产 也起到一定的保障作用。 1 1 系统研究的背景和意义 随着社会和科学技术的不断进步与发展，人们给与了老人越来越多的关注和照顾。家 居无线监测系统是在现代无线通信、传感器、信号处理等技术基础上发展起来的，其快速 发展有很强的社会现实背景1 3 1 。在家居无线监测系统的发展过程中，美国一直处于世界领 先水平。据调查，美国8 5 的老年人都希望在家中养老。伴随着环境污染的逐渐加剧、工 作压力的逐渐增强，人民生活习惯的逐步改变，恶性疾病、慢性疾病和突发状况渐渐成为 威胁居家老人健康的杀手。如果老人独居家中，如何让居家老人安全舒适地生活，年轻人 又能够及时处理居家老人突发状况呢? 为解决这一问题，一种全新家居无线监测系统便应 运而生t 4 1 。同时伴随着生活水平的提高、医疗卫生条件的改善，人类寿命日益延长，老龄 化趋势非常明显。居家老年人的照顾问题，也引起了越来越多的年轻人关注。现代通信技 术的发展，特别是通信技术和互联网技术的飞速发展为远程居家无线监测提供了强有力的 技术支持，家居监测系统在欧美及日本等发达国家都己取得了长足进展，并且也受到了越 来越多的关注【5 j 。 现实生活中的一幕幕悲剧让我们倍感关爱老人的责任之重。案例1 ：2 0 0 9 年5 月1 3 日上午，武汉市新洲区6 8 岁的独居老人程爹爹被人发现死在家中。程爹爹住在邾城街金 属公司宿舍的2 楼。邻居推算，老人死亡时间已有3 个多月。这是2 0 0 9 年5 月2 1 日荆楚 网报道的题为“空巢老人死亡多日才被发现 文章【6 】。案例2 ：楼道内弥漫着一股刺鼻气 味，煤气管道的缝隙里不断掉落蛆虫，棚顶缝隙里有血色渗出次日早晨，家住沙河口 区海湾街7 2 号楼4 层的王先生发现这些“神秘现象”后，感到事情不妙。他于是立即报警， 随后开锁人员打开了5 层一户居民家的房门，发现一位独居老人死在卧室门口。这是2 0 0 9 年6 月5 日新商报报道的题为“独居老人死亡天棚渗血掉蛆被发觉 文章 7 1 。案例3 ：广 第一章概述 东的个住宅小区在清算物业管理费时发现一户人家已经拖欠费用长达7 年，由于一直联 系不上业主，物业公司最终选择强行进入房间，结果发现业主已经死亡7 年。这是2 0 1 0 年1 月l o 日东方卫视东方新闻播出题为“独居老人死亡7 年无人知晓尸体己白骨化 的节目视频i 羽。老人把自己的一生奉献给了社会，到了晚年更应该得到社会的关注和爱护。 年轻人工作的压力越来越大，忙于工作而很容易忽略家庭，甚至呆在家里的时间相当的少， 专注于工作的年轻人无法了解到家中的情况，遇到家中突发事件( 出现上述案例) 无法得 知，不能及时处理，如果在家有老人出现突发疾病等特殊状况，而又没有及时处理，会留 有很大的遗憾。很多人会考虑雇佣保姆来家中，方便照顾居家老人，毕竟社会上人员复杂， 雇佣来的保姆是否称职，也无法得知。一系列问题的存在和顾虑，上班族中的年轻人们， 很希望在办公室工作中能够及时了解家中的情况，如果遇到居家老人突发疾病、窃贼偷窃、 火灾、煤气泄漏等状况可以及时报警处理，利用家居无线监测例技术能够最大程度的消除 人们的顾忌。 居家老人无线监测系统能够对居家老年人群进行实时的监测，缩短老人突发疾病时被 发现的时间，居家老人无线监测报警系统实施将有效帮助解决老人健康养老、安享晚年的 社会问题，同时面对老龄化社会现状，能够改善目前对老年人群病发实时监测的状况，提 高老年人群突发疾病患者的整体救治率【l0 1 ，在一定程度上对家庭财产的安全也起到保护作 用。随着经济的发展和高技术领域的不断拓宽，远程家居无线监测系统必将得到广泛应用。 1 2 系统国内外发展现状 1 9 8 4 年美国出现了世界上第一幢智能建筑以后，加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等 经济比较发达的国家和地区先后提出了家居无线监测的方案【l ，它综合利用计算机、网络 通讯、家电控制、综合布线等技术，将家庭智能控制、信息交流及小区安防监控等家居生 活有效地结合起来。 1 9 9 8 年5 月，在新加坡举办的“9 8 亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在 场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家居监测智能化系统。目前，“家居监测智能化 系统”在新加坡已经被3 0 个住宅小区、接近5 0 0 0 户【1 2 】的家庭接纳了。在一直处于世界领 先水平的美国，“家居监测智能化系统”的普及程度更高，已有近4 0 0 0 0 户家庭安装了系统。 相信在2 1 世纪的今天，家居监测系统会受到越来越多的关注，一定会有更多的家庭安装 类似家居监测系统这样的高科技产品。 随着智能家居这个概念在2 0 0 0 年开始进入中国，家居监测系统在中国经历了近6 年 的起步阶段【1 3 1 ，经过几年的发展也占据了一定的市场。建筑智能化行业协会的成立并且伴 随相关技术水平的不断提高，产品在市场上已逐步推广，但发展还是相对的缓慢，家居监 测系统的市场真正启动尚需时日。大量资金的短缺和开发技术的不成熟成为家居监测系统 快速发展的屏障。在中国，大多数家庭的收入不高，而生产厂家生产的家居监测产品价格 偏高，家居监测产品的推广相对的缓慢。家居监测系统前期1 1 4 j 主要集中在智能家庭控制子 2 第一章概述 系统( - - 表抄送系统、门禁系统等) 的一些分散的研究上。随着集成技术、无线通信技术、 信号处理技术的发展而不断改进，信息共享、安装方便和使用灵活都将成为现实。 通过对中国实际市场考查和分析【l5 1 ，远程抄表和物业智能管理已经不是特别吸引消费 者的眼球，但是，众多企业对待家居安全防范报警这个功能却情有独钟，都往家居安全防 范报警这一方向发展，安全防范报警的市场潜力还是相当的大【l6 1 。在我国，家居无线监测 产品的开发企业主要是集中在北京、厦门、上海、深圳、广州等大城市地区，因此，率先 占领市场的企业需要生产高品质、价值合理的产品，家居监测系统产品的市场很广阔，越 来越多的企业也都跃跃欲试。 虽然国内各大厂商开始家居无线监测产品的研制和开发，但是产品都存在这样那样的 不足，功能不全、成本较高、操作复杂等，使得无线监测产品没有得到推广，因此，迫切 需要研制一种功能完善，结构简单并且价格合理的无线监测系统。 1 3 系统的组成和功能 居家老人无线监测报警系统主要由腕带式生命信息采集终端模块、家居安全防范报警 模块和主控制电路模块三部分组成。腕带式生命信息采集终端模块主要由生命信息采集部 分和无线传输部分组成。其中，生命信息采集部分是由监护参数传感器( 体温传感器和脉 搏传感器) 采集电路组成，无线传输部分是由无线发送电路组成。腕带式生命信息采集终 端控制中心电路对传感器的采集信息进行超限判断，如果确认超限后，单片机就把相应的 超限的报警信号利用无线发送到主控制电路。家居安全防范报警模块主要有报警信息采集 电路和编码无线发送电路组成。其中，安防报警信息采集电路主要由热释电红外传感器采 集电路、烟雾传感器采集电路、煤气传感器采集电路、声音采集电路组成。无线发送电路 主要有编码电路和无线发射电路组成，将室内出现的异常情况经过编码电路编码后，通过 无线发射发送到主控制电路。主控制电路主要用于处理接收发送过来的报警信息，一旦有 报警信息立即启动家居对外通信电路，将报警信号发送出去。家居对外通信模块主要有振 铃检测、模拟摘挂机、d t m f 收发电路、语音录放音电路组成。家居对外通信主要负责和 外界的联系，将室内的紧急情况发送到外界，让用户能够及时的发现家中的状况，并且做 出迅速的判断采取相应的措施，进行及时处理。 腕带式生命信息采集终端模块主要是针对独居老人设计的，对老人的生命信息进行监 测，老年人一旦出现突发疾病，体温和脉搏出现异常情况就能够通过腕带式发送端控制中 心电路将异常信息发送出去。能够缩短独居老人突发疾病的发现时间，赢得最佳治疗时间。 家居安全防范报警模块能够通过在家庭内部设置的传感器采集电路及时检测到室内的紧 急异常情况( 火灾、盗窃、煤气泄漏、老人的活动状况等) ，一旦采集到报警信息，紧接 着能够及时启动编码报警发射。家居安全防范报警模块能够对独居老人的活动状况以及家 庭安全起到一定的保护作用。无论是腕带式生命信息采集终端模块还是家居安全防范模块 发送过来的数据信息，经过主控制电路的分析判断，实现了室内信息的采集，最终将信息 3 第一章概述 发送到外界。家居对外通信模块真正实现了室内与室外的联系，能够让居家老人的子女能 够及时了解家中的情况，可以尽快的做出判断并及时处理，关爱独居老人的同时也在一定 程度上保障了家庭安全。 1 4 系统设计方案 1 系统的整体框图 根据居家老人无线监测报警系统的功能要求，本系统采用了模块化设计。系统总体框 图给出了各个模块之间的关系，系统的总体设计思想如图1 1 所示。 图1 1 系统的整体框图 系统主要有腕带式生命信息采集终端模块、家居安全防范报警模块和主控制电路模块 组成。腕带式生命信息采集终端电路的设计是本系统设计的重要内容，腕带式生命信息采 集终端模块主要有数据采集部分和无线传输部分组成，而家居安全防范报警模块则涵盖了 报警信息采集电路和编码无线发射电路。主控制电路中的家居对外通信模块则包括振铃检 测电路、模拟摘挂机电路、d t m f 编解码收发电路、语音提示电路等几个部分。 2 腕带式生命信息采集终端模块设计方案 在设计腕带式生命信息采集终端模块时，数据采集部分主要利用体温传感器和脉搏传 感器获取老人的体温和脉搏信息，腕带式模块单片机处理接收到的温度和脉搏信息，首先 判断温度和脉搏是否超限，信息判断结束以后，如果任何一个条件超限，单片机通过无线 发射模块将报警数据信息传送给主控制器电路。 3 家居安全防范报警模块设计方案 在设计家居安全防范报警模块时，报警信息采集电路是通过设置在家庭不同位置的热 释电红外传感器、烟雾传感器、煤气传感器、声音传感器分别获取的相应的信息，经过编 码电路编码后，通过无线发送电路将信息传递到主控制电路。安防模块主要用于防盗、防 火、防天然气泄露、家居老人突发疾病以及紧急求助。 4 家居对外通信模块设计方案 家居对外通信模块的设计实现了室内与室外的联系。该模块在硬件设计中包括振铃检 测电路、模拟摘挂机电路、d t m f 编解码收发电路、语音提示电路等重要组成部分。家居 对外通信模块是由中心控制电路模块l p c 2 1 3 8 直接控制的，是通过自动拨号实现与外界联 4 、砂八炒 l，tlj 第一章概述 系的，可以及时将室内发生的紧急状况发送出去。单片机不断的检测报警引脚，如果检测 到相应的引脚有报警信号，主控制器一旦确定是报警信息，系统自动播出预先设置的电话 号码立刻报警或通知独居老人的子女，年轻人收到报警电话后，可以尽快的做出判断并及 时采取相应的措施。 1 5 本文的创新点 1 采用a r m 单片机l p c 2 1 3 8 作为微处理器，应用到居家老人无线监测报警系统中， 硬件电路比较简洁，低功耗掉电模式，定时传输，定时采集，能够延长电池的工作时间， 从而使居家老人无线监测报警系统的功能比较完善，提高了系统可靠性和性价比。 2 利用小体积的易集成的传感器来实现采集数据，制成小巧的腕带式的生命信息采 集终端，穿戴在独居老人的手腕上，携带十分方便。 3 通信方式采用无线传输的方式，在室内采集传感器采集的报警信号经过编码无线 发射电路，因此能够减少家庭布线的麻烦。 4 射频芯片n r f 2 4 l 0 1 实现了2 4 g 无线传输，通信自由度大。即使老人在其它的房 间活动，腕带式生命信息采集终端依然采集到信息实现通信。 本章小结 本章主要介绍了居家老人无线监测报警系统的背景、意义，国内外发展现状，系统的 组成和功能，并提出来系统总的设计方案，最后提出了本文的创新点。 5 第二章系统的硬件设计 第二章系统的硬件设计 2 1 中心控制电路的设计 2 1 1 主控制电路组成框图 居家老人无线监测报警系统【1 7 l 的中心电路硬件主要包括主控制器l p c 2 1 3 8 、显示模 块、按键模块、家居对外通信模块几个小部分构成。系统组成框图如图2 1 所示。主控制 器l p c 2 1 3 8 直接控制系统显示模块、按键报警模块和家居对外通信模块。 ， 射频无线i 叫显示模块 接收模块l 7 耄霉卜 a 雕单片机 i 按键模块 y l p c 2 1 3 8 家居对外通 i i 线接收i 鼋l 电路l 信模块 图2 1 系统框图 主控制电路接收腕带式生命信息采集终端模块和家居安全防范报警模块发送过来的 报警信息，单片机l p c 2 1 3 8 不断的检测报警引脚，如果检测到相应的引脚有报警信号，就 发送相应的报警信息控制指令，主控制电路负责完成各种报警信息的接收和判断处理，主 控制器确定报警信息的同时触发电话报警，c p u 可自动播出预先设置好的独居老人子女的 手机号码，立刻报警或通知独居老人的子女， 通信模块发送到外界。用户收到报警电话后， 2 1 2 主控制电路的设计 1 主控制器c p u 的选择 最终实现将接收到的报警信息通过家居对外 可以尽快做出判断并及时采取相应的措施。 l p c 2 1 3 8 是由p h i l i p s 公司制造的，基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的3 2 位a r m 7 t d m i s t mc p u 的微控制器，带有5 1 2 k b 的嵌入的高速f l a s h 存储器，1 2 8 位宽度的存储器 接口和独特的加速结构使3 2 位代码能够在最大时钟速率下运行。它对代码规模有严格控 制，使其可用1 6 位的t h u m b 模式将代码规模降低超过3 0 ，而性能损失却很小。其较小的 封装、极低的功耗以及2 个3 2 位定时器、2 个1 0 位8 路a d c 、1 个1 0 位d a c 、p w m 通道和4 7 个g p i o 以及多达9 个边沿或电平触发的外部中断使l p c 2 1 3 8 可理想地用于小型系统中，访 问控制、p o s 机、通讯网关、协议转换器、软m o d e m 、声音辨别等【1 8 】f 1 9 】。 l p c 2 13 8 具有如下特性【2 0 j ： 超小型l q f p 6 4 封装的3 2 位a r m 7 t d m i s 微控制器。 3 2 k b 的片内静态r a m 和5 1 2 k b 的片内f l a s h 程序存储器。1 2 8 位宽度接口加速器可实 现高达6 0 m h z i 作频率。 6 第二章系统的硬件设计 通过片内装载程序实现在系统编程在应用编程。单个f l a s h 扇区或整片擦除时间为 4 0 0 m s 。2 5 6 字节行编程时间为l m s 。 嵌入式跟踪接口通过片i 勾r e a l m o n i t o r 软件对代码进行实时调试和高速跟踪。 2 个8 路1 0 位的a d 转换器，共提供1 6 路模拟输入，每个通道的转换时间低至2 4 4 u s 。 1 个1 0 位的d a 转换器，可产生不同的模拟输出。 2 个3 2 位定时器j l - 部事件计数器( 带4 路捕获和4 路比较通道) 、p w m 单元( 6 路输 出) 和看门狗。 低功耗实时时钟具有独立的电源和特定的3 2 l 沮z 时钟输入。 多个串行接口，包括2 个高速1 2 c 总线、s p i 和具有缓冲作用。 向量中断控制器。可配置优先级和向量地址。 小型的l q f p 6 4 封装上包含多达4 7 个通用i o 口。 多达9 个边沿或电平触发的外部中断管脚。 可实现最大为6 0 m h z 的c p u 操作频率。 片内集成振荡器与外部晶体的操作频率范围为1 - - 3 0m h z ，与外部振荡器的操作频 率范围高达5 0 m h z 。 低功耗模式：空闲和掉电。 可通过个别使能禁止外部功能和外围时钟分频来优化功耗。 通过外部中断处理器从掉电模式中唤醒。 单电源，具有上电复位电路，c p u 操作电压范围：3 0 v - - 一3 6v ( 3 3v 士1 0 ) 。 提供8 k b 的片内r a m ，可通过d m a 访i h - u s b 2 1 j 。 2 主控制器l p c 2 1 3 8 端口分配 中心控制模块的主控制器l p c 2 1 3 8 引脚分配电路【冽如图2 2 所示。腕带式生命信息采 集终端模块和系统中心控制模块是通过2 4 g 无线传输n r f 2 4 l 0 1 实现控制的。家居安全 防范报警模块和系统中心控制模块是通过编解码p t 2 2 6 2 p t 2 2 7 2 收发电路实现控制的。 主控制器l p c 2 1 3 8 直接控制系统中心电路模块、显示模块、按键报警模块和家居对外 通信模块。l p c 2 1 3 8 完成各种报警信息的采集和处理，能够接收腕带式生命信息采集终端 模块和家居安全防范模块发送过来的数据信息，并且能够将报警信息指令发送给家居对外 通信模块，l p c 2 1 3 8 主控制器通过引脚的报警信息监测和判断，确认报警后立刻启动家居 对外通信模块将报警信息发送出去。 7 第二章系统的硬件设计 三 图2 2 引脚分配电路图 3 复位和电源电路的设计 复位信号【2 3 1 是来自外部的强制性输入信号，能够实现单片机初始化。要实现清除和完 全复位，就要满足振荡器的工作状况至少 位和按钮复位两种方式。复位电路如图2 维持两个机器周期的高电平。复位电路有上电复 3 所示。 电容c 两端电压在接通电源瞬间是不能实现跳变的，这个时候，电容c 两端电压是 低电平0 ，经过反相器输出后变成高电平。将输出直接和单片机复位端相连接，就可以实 现c p u 和i o 器件的同步复位。电源经过电阻r 给电容c 不断充电，电容c 电位就会不 断的上升，经过反相器输出后电位就会变为低电平，单片机便不再是复位状态。 单片机复位在必要的时候可以通过按钮复位。按住按钮开关，使其保持的闭合时间为 几毫秒到几十毫秒，就能够保证电容c 充分放电后，电容c 拥有足够多的时间处于低电平 o 状态，经过反相器输出变成高电平，实现单片机复位。松开按钮开关时，电源v c c 经过 电阻r 给电容c 充电，经过反相器输出变为低电平时，单片机此时便不再处于复位状态。 8 第二章系统的硬件设计 = 图2 3 复位电路 居家老人无线监测系统中外围器件【2 4 1 中需要用到的工作电压有3 3 v 、5 v 等不同的电 压，所以设计相应的稳压电源电路是必要的。3 3 v 稳压电源电路原理为2 2 0 v 交流电压经 过变压器能够实现输入直流电源大小为9 v ，3 3 v 稳压电源电路如图2 4 ( a ) 所示。直流电源 大小为9 v 经过滤波作用的两个电容c 7 和c 8 ，然后通过稳压s p x l1 1 7 m 一3 3 ，这样就可以 获得外围器件所需要的3 3 v 电压，输出用钽电容的能够实现改善稳定性和瞬态响应。实现 了将电源稳压在3 3 v 的目的。 j f 图2 4 ( a ) 3 3 v 稳压电源电路 同理，在设计5 v 稳压电源电路时，2 2 0 v 交流电压经过变压器后能够实现输入直流电 源大小为9 v ，5 v 稳压电源电路原理图如图2 4 ( b ) 所示。直流电源大小为9 v 同样经过滤波 作用的两个电容c 3 和c 4 ，然后通过稳压l m 7 8 0 5 ，这样就可以获得外围器件所需要的5 v 电压，实现了将电源稳压在5 v 的目的。 j r 图2 4 ( b ) 5 v 稳压电源电路 9 u f 第二章系统的硬件设计 4 按键和液晶显示电路的设计 在居家老人无线监测报警系统安装时，用户可以对系统设置按键。按键电路如图2 5 所示。在设计紧急按键模块【2 5 】的时候，本文主要考虑独居老人在家发生比较紧急的情况下 进行操作的。一旦有紧急情况，确切地说，如果有火灾、煤气泄漏或者老年人出现突发状 况的情况下，就可以按下相应的按键发送报警信息，三个按键分别用s l 代表11 9 ，s 2 代 表1 1 0 ，s 3 代表1 2 0 。分别与主控制器l p c 2 1 3 8 的p o 8 、p 0 9 、p 0 1 0 连接。主控制器l p c 2 1 3 8 检测到紧急呼叫按钮处于按下状态，就会通过家居对外通信模块，拨出预先相应设置的号 码向外界求助。三个按键按钮相应的预设号码分别设置为1 1 9 、1 1 0 、1 2 0 。如果主控制器 检测到i o 为0 ，也就是主控制器l p c 2 1 3 8 的p 0 8 、p 0 9 、p 0 1 0 任意引脚为低电平，中心 控制电路启动家居对外通信模块_ ，拨打相应的预设的电话号码，电话接通后会通过语音报 警模块播放我们已经存储的语音内容，快速报警。 主控制器l p c 2 1 3 8 可以通过显示模块l c d 2 6 】显示需要的时间、温度、脉搏等信息。 液晶显示电路如图2 6 所示。l p c 2 1 3 8 通过p l 口与l c d 的八路数据线对应连接，传输需 要显示的数据信息，同时电路设