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基于GPRS的跌倒检测报警系统的设计与实现

作 者: 谢开明
导 师: 梁山
学 校: 重庆大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 跌倒检测 GPRS 加速度传感器 μC/OS-II GPS
分类号: TP277
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 266次
引 用: 1次
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内容摘要


随着中国老龄化社会的到来和“空巢家庭”的大量涌现,老年人问题也日益突出,老人健康和照护问题受到人们的广泛关注。老年人意外失足或者某种疾病突然发作及恶化很可能引起跌倒,跌倒过后很有可能会因失去行动能力而处于“长时间平躺”,此时如得不到及时救治将可能危及生命。因此,设计和开发一套能在便携式设备上实现的具有有效的跌倒检测功能,并能够实现实时远程报警及事发地定位功能的老年人跌倒检测远程报警系统的需求日益迫切。本论文研究和探讨了将GPRSGPS技术应用于跌倒检测报警装置的可行性和合理性;研究了人体运动和加速度的关系,针对现有基于三轴加速度的SMV阈值算法在跌倒检测中存在一定漏报及误报的问题,提出了在SMV阈值算法基础上辅以倾角检测以提高算法有效性;设计了基于IEEE802.15.4的无线加速度采集装置结合Matlab的实验系统,并在此实验系统上验证算法的有效性,实验结果显示改进后的算法能更有效的区分人体日常活动和跌倒;重点研究了基于GPRS的远程实时报警系统的实现原理和设计方法,给出了硬件设计原理和μC/OS-II嵌入式实时操作系统在ARM Cortex M3内核微控制器STM32F101平台上的移植方法及关键代码;阐述了GPRS通信实现原理,并结合μC/OS-II特点给出了讨论了基于μC/OS-I任务设计划分原则,给出了基于GPS的地理位置获取的硬件系统实现,GPS报文格式以及GPS错误数据筛选方法。最终研制出基于GPRS的跌倒监测装置的原理样机,实现了远程跌倒检测实时报警。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 研究背景及意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-10
  1.3 研究内容及组织结构  10-11
    1.3.1 研究内容  10-11
    1.3.2 论文组织结构  11
  1.4 本章小结  11-13
2 相关技术背景  13-29
  2.1 加速度数与跌倒检测  13-20
    2.1.1 加速度信号采集原理  13-18
    2.1.2 MEMS 技术  18-20
  2.2 GPRS 通信及GPS 定位技术  20-25
    2.2.1 GPRS 无线通信  20-23
    2.2.2 GPS 定位技术  23-25
  2.3 ΜC/OS-II 嵌入式操作系统  25-27
    2.3.1 嵌入式实时操作系统  25-26
    2.3.2 嵌入式实时操作系统μC/OS-II  26-27
  2.4 本章小结  27-29
3 基于三轴加速度传感器的人体跌倒检测算法  29-47
  3.1 人体加速度信号的采集及处理  29-32
    3.1.1 采样速率及佩戴位置  29
    3.1.2 加速度的采集  29-31
    3.1.3 自动量程变换采集加速度数据  31-32
    3.1.4 信号抗干扰处理  32
  3.2 ADL 与跌倒加速度实验  32-36
    3.2.1 加速无线采集装置的设计  32-35
    3.2.2 实验组织  35-36
  3.3 跌倒检测算法  36-45
    3.3.1 基于加速度传感器跌倒检测方法  36-37
    3.3.2 加速度信号预处理  37-39
    3.3.3 基于SMV 阈值和倾角的跌倒检测方法  39-45
  3.4 本章小结  45-47
4 人体跌倒检测远程报警系统的实现  47-77
  4.1 系统架构  47-49
    4.1.1 系统整体架构  47-48
    4.1.2 跌倒检测装置架构  48-49
  4.2 嵌入式操作系统ΜC/OS-II 在STM32F101 上的移植  49-59
    4.2.1 ARM Cortex M3 内核MCU STM32F101 处理器及其特点  50-51
    4.2.2 STM32F101 系统主要硬件设计  51-54
    4.2.3 μC/OS-II 在STM32F101 上的移植  54-59
  4.3 GPRS 无线数据通信的实现  59-72
    4.3.1 AT 指令介绍  59-60
    4.3.2 硬件电路设计  60-66
    4.3.3 SIM300 模块的GPRS 通信方法  66
    4.3.4 GPRS 参数配置  66-70
    4.3.5 GPRS 应用层通信数据格式  70-71
    4.3.6 μC/OS-II 任务划分原则  71-72
  4.4 GPS 定位的实现  72-75
    4.4.1 GPS 通信协议  72-73
    4.4.2 GPS 硬件电路  73-74
    4.4.3 GPS 错误数据过滤  74-75
  4.5 原理样机  75-76
  4.6 本章小结  76-77
5 总结与展望  77-79
  5.1 论文工作总结  77
  5.2 研究展望  77-79
致谢  79-81
参考文献  81-85
附录  85
  A 作者在攻读学位期间发表的论文目录  85
  B 作者在攻读学位期间取得科研成果目录  85

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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