【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于加速度傳感器的姿態(tài)監(jiān)測及應(yīng)用系統(tǒng)姓 名 Jermaine Pen學(xué) 號 29010103023專業(yè)班級 通信工程09C所在學(xué)院 電子信息學(xué)院指導(dǎo)教師 副教授完成時(shí)間 2013年5月10日電子科技大學(xué)中山學(xué)院教務(wù)處制發(fā)I基于加速度傳感器 的姿態(tài)監(jiān)測及應(yīng)用系統(tǒng)摘 要本課題的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一種由一對無線傳感器終端、一套三軸加速度傳感器、LCD顯示屏組成的系統(tǒng)，系統(tǒng)中所有設(shè)備均通過單片機(jī)進(jìn)行指令控制和協(xié)調(diào)操作。無線傳感器終端發(fā)出的X、Y、Z軸加速度數(shù)值傳送到監(jiān)控主機(jī)，并利用主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)顯示等。系統(tǒng)充分利用了nRF905無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的通信質(zhì)量高、通信距離遠(yuǎn)、連通性好、可擴(kuò)展性強(qiáng)、功耗低、便于開發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，提高了加速度變化規(guī)律檢測的效率和質(zhì)量，并且為人體姿態(tài)檢測提供有效的依據(jù)，將為未來動物姿態(tài)研究引入新的技術(shù)支持。系統(tǒng)工作在915MHz ISM頻段，數(shù)據(jù)傳輸率為50Kbps，工作電流則與設(shè)備類型和工作狀態(tài)有關(guān)，其中，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。關(guān)鍵詞：nRF905；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；ADXL345；姿態(tài)檢測；三軸加速度Position Monitoring And Application Systems Based on the Acceleration SensorAbstractThis main task of this project is to design a system posed of a pair of wireless sensor terminal,a set of three axis acceleration sensor, LCD display,system all equipment through the MCU control mands and coordinated operation. Wireless sensor terminal sends a X,Y,Z axis acceleration value is transmitted to the monitoring puter,and data processing,data storage,data display by host system makes full use of the munication quality of nRF905 wireless sensor network which has high, long munication distance, connectivity is good, strong scalability, low power consumption, easy development advantages, improve the efficiency and quality detection of variation of acceleration, and provide effective basis for human posture detection, for the future of research into animal posture a new technical support.The system works in 915MHz ISM band, the data transmission rate is 50Kbps, the working voltage is , working current is related to the type of equipment and working static current is only .Keywords: nRF905。 wireless sensor network。 ADXL345。 attitude detection。 three axis accelerometer目 錄1 緒論 1 項(xiàng)目背景 1 項(xiàng)目的主要任務(wù) 12 總體設(shè)計(jì)方案 23 主要芯片簡介 3 NRF905 3 ADXL345 44 硬件設(shè)計(jì) 9 無線主機(jī) 9 11 監(jiān)控主機(jī) 135 軟件設(shè)計(jì) 14 ICCAVR與Keil集成開發(fā)環(huán)境 14 主機(jī)程序流程 14 從機(jī)程序流程 156 系統(tǒng)調(diào)試 177 結(jié)論 19參考文獻(xiàn) 20附 錄 21附錄A 系統(tǒng)樣機(jī)實(shí)物圖 21附錄B 源程序清單 22致 謝 1II1 緒論 項(xiàng)目背景在日趨成熟的科學(xué)界，人們對生活的追求越來越高，然而，健康的追求是人們永恒不變的話題。在醫(yī)學(xué)科技發(fā)達(dá)的今天，60歲以上的老年人所占的比例越來越大，人口老齡化促使人們更加關(guān)注老年人的健康和生活質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國外約30%老年人每年跌倒一次，并造成不同程度的損害。而70歲以上的老年人跌倒年發(fā)生率高達(dá)50%，跌倒后常常會造成嚴(yán)重的損害，而這些損害往往因?yàn)闆]有及時(shí)處理而被無限擴(kuò)大，例如失血過多、疼痛過度至休克、傷口感染等二次傷害。跌倒不但給老年的心靈上的摧殘，更極大地影響了老年人的生活，在病床上的醫(yī)療時(shí)間足以消耗老年人本來就不旺盛的意志。因此，本文設(shè)計(jì)一種基于三軸加速度傳感器的人體姿態(tài)平衡檢測系統(tǒng)，通過讀取并分析三軸向加速度的數(shù)值，進(jìn)行對老年人人體姿態(tài)實(shí)時(shí)檢測，并預(yù)知老年人行進(jìn)趨勢，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)等多種方式實(shí)現(xiàn)手段，進(jìn)行聲光報(bào)警，通知周邊的人，對跌倒老人進(jìn)行扶助，可以大大減少老年人跌倒的二次傷害。無線通信網(wǎng)絡(luò)可以有多種實(shí)現(xiàn)手段，其中，基于Bluetooth協(xié)議的系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率較高，但作用距離短，功耗大，組網(wǎng)能力弱；（LRWPAN）協(xié)議規(guī)范，基于該技術(shù)的系統(tǒng)具有功耗小、可靠性高、組網(wǎng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但數(shù)據(jù)速率低、傳輸距離近；NRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技術(shù)，ShockBurst技術(shù)使nRF905能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，而不需要昂貴的高速M(fèi)CU來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理/時(shí)鐘覆蓋，極大降低成本，并擁有較高數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)傳輸距離較遠(yuǎn)，理論可達(dá)1000米，開發(fā)難度低，可靠性高等綜合起來，成為本設(shè)計(jì)選擇的無線通信網(wǎng)絡(luò)核心組成部分。 項(xiàng)目的主要任務(wù)本項(xiàng)目的主要任務(wù)就是通過三軸加速度傳感器檢測三軸加速度,并將模擬信號傳送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 分析數(shù)據(jù)后判斷人體是否平衡, 并在人體跌倒時(shí)給出聲光報(bào)警。在滿足以上功能的前提下進(jìn)一步將聲光報(bào)警用短信通知替代。性能要求如下:, 。2 總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)的主要任務(wù)是利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn)姿態(tài)檢測及跌倒判定。對于傳感器模塊的數(shù)據(jù)采集，要根據(jù)數(shù)據(jù)情況實(shí)行三級檢測，通過檢測方式盡可能抵消誤判的情況。系統(tǒng)總體上看是以Atmega128為主控器，并連接NRF90ADXL345等模塊。NRF905模塊為三軸加速度數(shù)據(jù)無線傳輸端，ADXL345為加速度數(shù)據(jù)來源端。由ADXL345采集三軸加速度，Atmega128單片機(jī)進(jìn)行處理和分析，然后由發(fā)送端將數(shù)據(jù)送到433Mhz開放ISM頻段，通過無線的方式將數(shù)據(jù)送到接收端單片機(jī)，接收端單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單應(yīng)用，如聲光警報(bào)和數(shù)據(jù)顯示。以上是本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路和總體設(shè)計(jì)方案。如圖11所示。圖11 整體設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)關(guān)鍵部分是數(shù)據(jù)算法處理，這部分在Atmega128單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行。主要是對ADXL345數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。人體運(yùn)動的加速度值，會隨人體動作不斷變化，而且ADXL345是先接收模擬值數(shù)據(jù)再進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，所以，要得到有用的數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行三級檢測。第一級檢測，采用SVM算法，對傳感器傳出的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的篩選，該算法具有自我學(xué)習(xí)能力，把大多類似跌倒的情況積累起來，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。第二級，對第一級算法的進(jìn)一步分析，通過比較軟件自身設(shè)定的閾值來確定該動作是否跌倒、行走、坐下等，閾值更是根據(jù)用戶的身高、體重、性別、年齡等信息設(shè)置。第三級，是在第二級處理之后，判斷加速度值是否有變化，如果變化，則拋棄前面兩級數(shù)據(jù)，如果沒變化，再判斷人體傾角狀態(tài)，從而判斷劇烈動作人體是否躺下，進(jìn)一步確定老人是否已經(jīng)跌倒。3 主要芯片簡介 NRF905nRF905是挪威Nordic公司推出的單片射頻式Transmitter Chip，32引腳方形扁平無引腳封裝（5mm5mm）。符合國家Radio Management Committee標(biāo)準(zhǔn)，無需申請頻點(diǎn)，工作于433/868/915MHz3個ISM頻道（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）。本設(shè)計(jì)選擇的無線傳感器可以自動完成處理字頭和CRC（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)）的工作，可由片內(nèi)硬件自動完成Manchester編碼/解碼，使用SPI接口和I178。C接口與微控制器通信，配置非常方便，其功率消耗是非常的低，以10dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11mA。 nRF905單片無線收發(fā)器工作由一個完全集成的頻率調(diào)制器，一個帶解調(diào)器的接收器，一個功放器，一個晶體和一個全自動調(diào)節(jié)器組成。ShockBurst工作模式的特點(diǎn)是自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC，可以很容易通過SPI接口和I178。C接口進(jìn)行內(nèi)部寄存器配置。圖31為NRF905模塊的硬件結(jié)構(gòu)框圖。SPI接口TX地址TX寄存器RX寄存器配置寄存器SHOCKBURST解調(diào)處理數(shù)據(jù)處理CRC處理地址處理中頻BBF晶體振蕩器電源管理GFSK濾波曼切斯特編碼圖31 NRF905硬件結(jié)構(gòu)以下是NRF905的主要特色和技術(shù)指標(biāo)：l 真正的單片l 低功耗ShockBurst工作模式幀長：協(xié)議規(guī)定不超過128B，實(shí)際有效數(shù)據(jù)載荷最大85Bl —l 多通道工作—ETSI/FCC兼容l 通道切換時(shí)間650usl 極少的材料消耗l 微功率發(fā)射：最大發(fā)射功率為10mW、高接收靈敏度，外圍元件最少（僅10個），基本無需調(diào)試l 高抗干擾能力和低誤碼率：基于GFSK的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干 擾和隨機(jī)干擾的能力，在信道誤碼率為102時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率105~106.）l 采用DSS+PLL頻率合成技術(shù)，