【正文】 取消”鍵，系統(tǒng)關(guān)閉30S倒計時和蜂鳴器，不作任何處理，直接返回計步器和跌倒檢測狀態(tài)?！癆lam”鍵（啟動報警接收方號碼輸入、手機報警）：跌倒探測器一般工作模式下，長按（超過2秒）“Alam”鍵，啟動報警信息發(fā)布功能，適用于除跌倒情況外其他緊急情況；跌倒探測器一般工作模式下，按“Alam”鍵，跌倒探測器進(jìn)入設(shè)置報警接收方號碼狀態(tài)，配合“Alter ”鍵實現(xiàn)號碼輸入；跌倒探測器進(jìn)入報警處理狀態(tài)（蜂鳴器beep ）時，按 “Alam”鍵，直接發(fā)布報警信息，然后關(guān)閉蜂鳴器；“Alter”鍵（計步器啟動、暫停、清零、取消報警、設(shè)置報警接收方號碼）：跌倒探測器一般工作模式下，按“Alter” 鍵在計步器啟動、暫停和清零三項功能之間切換；跌倒探測器進(jìn)入報警接收方號碼輸入狀態(tài)時，“Alter”鍵執(zhí)行液晶顯示的數(shù)字加1的操作，數(shù)字從0~9循環(huán)；跌倒探測器進(jìn)入報警處理狀態(tài)（蜂鳴器beep ）時，按 “Alter”鍵取消報警。對用戶來說，佩戴正常工作的跌倒探測儀將能夠得到這些服務(wù)，而對MCU來說，每項功能的實現(xiàn)過程都是它將要處理的一項事務(wù)。 通信模塊本設(shè)計采用AnyData公司的DTGS800b型OEM模塊。根據(jù)所選用器件的數(shù)據(jù)手冊，各組件對供電要求如圖42所示。當(dāng)出現(xiàn)跌倒動作時。 三星電子發(fā)布的兩款數(shù)字音頻播放器（YHJ70 和 YPT8）中采用了這種傳感器。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前大部分壓電式加速度計在殼體內(nèi)都集成放大器，由它來完成阻抗變換的功能。 對給定的壓電材料而言，靈敏度隨質(zhì)量塊的增大或壓電元件的增多而增大。 經(jīng) 過 阻 抗 變 換 以 后 ， 方 可 用 于 一 般 的 放 大 、 檢 測 電 路將 信 號 輸 給 指 示 儀 表 或 記 錄 器 。另外傳感器殼體應(yīng)有足夠的剛度，避免在裝配調(diào)試中殼體變形而影響到間隙尺寸。 電容位移檢測原理 不失一般性，此處僅討論一個方向（x 軸）位移的電容檢測原理，其它兩軸的檢測原理相同。 對于一些測量精度較高的應(yīng)用，用戶可以選擇其低溫漂的器件（℃） 。巨大而密集的叉狀陣列的存在使得容感式加速度計很難擺脫此類失效。在未受到加速度或水平放置時，溫度的下降陡度是以熱源為中心完全對稱的。使用者正確佩戴跌倒探測器而且處于靜止或水平勻速運動狀態(tài)下，Y軸方向的加速度為重力加速度（g），其他兩個方向上加速度為0。跌倒探測儀由加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊、電源和通信模塊構(gòu)成。在我國，上海中山醫(yī)院調(diào)查了738例老年患者意外死亡的原因，%。本文研制了一種人體跌倒探測裝置，該裝置使用 MC9S08QG8 微處理器作為控制和算法處理核心，通過連續(xù)監(jiān)測的 MMA7260QT 三軸加速度傳感器的輸出，從而對被測人體的身體姿態(tài)和運動進(jìn)行計算和分析。另外，跌倒會造成腦部損傷、軟組織損傷等傷害。第四章從三塊設(shè)計（即系統(tǒng)方案設(shè)計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，硬件設(shè)計）入手。一般來說，假陽性情況可以通過對加速度在時間域進(jìn)行一次積分求速度、兩次積分求位移的方式，全方位分析佩戴者身體姿態(tài)變化加以篩選；而假陰性情況除采用上面的全面姿態(tài)分析外，還需要佩戴者自主參與才能有效提高檢出效率。江 蘇 大 學(xué) 本 科 學(xué) 位 論 文6 圖 31 熱對流加速計的原理示意圖 優(yōu)點 傳統(tǒng)的容感式加速度計是以兩個相對排列的叉狀陣列作為電容的兩極，外界加速度使可移動極（重力塊）與固定極發(fā)生相對移動，從而使兩極間的電容量發(fā)生變化，再通過一定的電路（如可變電容振蕩器）將此變化量轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的輸出信號。低于 35Hz 的頻響范圍使熱對流式加速度計自然規(guī)避了此類現(xiàn)象的發(fā)生。但它對于獨特的空間微重力環(huán)境測量具有較大優(yōu)勢，因此在國際宇航界有關(guān)實驗室得到相當(dāng)發(fā)展。當(dāng)檢測電路增益足夠高時，上式化簡為 （33）fsUdSF2?? 由力平衡條件 ma=F（ m 為檢測質(zhì)量塊的質(zhì)量；a 為外界輸入的加速度)，可得到加速度與檢測到的反饋電壓的關(guān)系 （34）fsdS2?? 當(dāng)檢測質(zhì)量（立方體)體積為 l3，材料密度為 ρ 時，則上式變?yōu)? （35）fsUla23?? 通過測量反饋電壓便可以知道外界輸入的加速度值。可將傳感器放在一金屬殼體內(nèi)，并將殼體可靠接地。這種結(jié)構(gòu)有高的共振頻率。因此，壓電式加速度計在測試時具有明顯的方向性。 壓阻式三軸加速度傳感器 工作原理壓阻式加速度傳感器是基于硅的壓阻效應(yīng)，即當(dāng)有外部的加速度作用在傳感器上，由于慣性力使質(zhì)量塊產(chǎn)生位移，導(dǎo)致梁發(fā)生變形。僅以 MMA7260Q 的典型應(yīng)用包括為例，就包括：墜落檢測、Fall log、HDD 保護(hù)、MP3 播放器、便攜電子產(chǎn)品、擔(dān)保記錄、電子羅盤、人類環(huán)境學(xué)工具、游戲、圖像穩(wěn)定性、物理治療、文本滾動。 5）無線通訊，能夠?qū)缶投ㄎ恍畔⑼ㄟ^無線方式傳輸?shù)较嚓P(guān)人員處。2）存儲器有效的數(shù)據(jù)緩存要求至少具有320點（合1920字節(jié)）的存儲深度。江 蘇 大 學(xué) 本 科 學(xué) 位 論 文22S I M 卡M C UC D M A射頻模塊報警文字短信 ，G P S 定位信息入網(wǎng)信息指令 、 短信文字SCI圖 43 通信模塊連接方式 MC9S08QG8的SCI 外設(shè)接口經(jīng)TTLRS232轉(zhuǎn)換后，與DTGS800b的RS232端口相連，用以向該模塊發(fā)AT命令。 系統(tǒng)設(shè)置 系統(tǒng)設(shè)置主要完成一些初始化操作和需求使用者經(jīng)行確認(rèn)的系統(tǒng)信息的設(shè)定操作。只有超過一定幅度的輸出才被看作是由于邁步動作所引起，避免由于正常的身體晃動引入的各種偽差。上電后，該線路板各功能模塊工作正常，能夠完成加速度采集、EEPROM 數(shù)據(jù)存儲和跌倒報警短信發(fā)送（包括自動、手動和取消模式），按鍵液晶均能夠正常工作。跌倒包含很多種類型，有些情況下，檢測到的“跌倒” 是有意識的行為——或者根本不是跌倒——假陽性；另外，有時跌倒者仍然還保持一定的行為能力，為了盡快得到救助，自身可以采取一定的行動；還有一種情況，跌倒造成比較嚴(yán)重的后果，跌倒者已無法行動。本設(shè)計中最終確定使用2個按鍵，按鍵的功能設(shè)定及使用方法設(shè)計如下。 事務(wù)處理及狀態(tài)機 根據(jù)跌倒探測器的設(shè)計需求，系統(tǒng)要同時具備計步器、跌倒檢測、報警處理、系統(tǒng)設(shè)置和無線通信控制等功能。由于本系統(tǒng)采用的EEPROM也是使用I 2C接口，針對不同器件的數(shù)據(jù)傳輸和控制指令將通過地址選擇加以實現(xiàn)。 1）電源與時鐘功能組件包括MCU、液晶、按鍵、采集、數(shù)據(jù)存儲和通信幾部分。 系統(tǒng)方案設(shè)計需求分析1）身體姿態(tài)監(jiān)測，通過三軸加速度傳感器的測量值，利用相應(yīng)算法計算佩戴者的身體姿態(tài)。 飛思卡爾能為您提供 ~250g 的一系列加速傳感器產(chǎn)品，使用在從高度敏感的地震監(jiān)測到強勁的碰撞檢測等應(yīng)用。但實際上由于低頻尤其小振幅振動時，加速度值小，傳感器的靈敏度有限，因此輸出的信號將很微弱，信噪比很低；另外電荷的泄漏，積分電路的漂移（用于測振動速度和位移） 、器件的噪聲都是不可避免的，所以實際低頻端也出現(xiàn)截止頻率，約為 ～1Hz 左右。這是一種已為大家所接受的表示方式，幾乎所有測振儀器都用 g 作為加速度單位并在儀器的板面上和說明書中標(biāo)出。 為 此 ， 通 常 把 傳 感 器 信 號 先 輸 到高 輸 入 阻 抗 的 前 置 放 大 器 。要求電容極板的平坦度小于 1 μm，間距誤差控制在 2 μm 以內(nèi)。而當(dāng)傳感器工作于空間飛行器上時，慣性力平衡了地球引力，因此僅需施力反饋回路的作用便可實現(xiàn)中心質(zhì)量塊的懸浮。而對于一些檢測震動信號（交流信號檢測）的應(yīng)用，直流零點的漂移可以不予考慮。一些原本落在其它部位的微小顆粒，在實際使用過程中會發(fā)生移動，極有可能落在兩極之間。 一個被放置在芯片中央的熱源在一個空腔中產(chǎn)生一個懸浮的熱氣團(tuán)，同時由鋁和多晶硅組成的熱電耦組被等距離對稱地放置在熱源的四個方向。如圖21建立直角坐標(biāo)系，X、Y、Z軸相互正交，任意空間方向上的矢量變化均可以分解成X、Y 、Z三個方向上的分量變化。跌倒探測儀適用于自理能力和自我保護(hù)能力比較差的老年人和兒童，它通過測量佩戴該儀器的個體在運動過程中的三個正交方向上的加速度來感知其身體姿態(tài)的變化，并可按照需要進(jìn)行報警和發(fā)布。有資料表明，在美國每年將近1萬人因跌倒而導(dǎo)致死亡。當(dāng)檢測到被測人體出現(xiàn)異常跌倒情況時，能夠通過無線通信的方式，告知應(yīng)急處理服務(wù)中心，并報告發(fā)生跌倒的位置，以便于對這些可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果的個體進(jìn)行救助，并及時處理。跌倒還可使一些老年人第一章 緒 論1喪失自信心，1/4跌倒者因害怕再次跌倒而限制自己的日常生活活動，最終可能引起臥床不起。對信號傳輸進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計。因此，建立人體跌倒過程的運動模型，提取跌倒過程中身體姿態(tài)變化的特征參數(shù)是準(zhǔn)確檢測跌倒并發(fā)布報警信息的關(guān)鍵。從容感式加速度計的基本工作原理可以清楚地看出，熱對流式加速度計在以下幾個與可靠性相關(guān)的方面具有絕對的優(yōu)勢： 1）抗沖擊能力，熱對流式加速度計是以虛擬的懸浮于空中的熱氣團(tuán)作為重力塊。 消費電子產(chǎn)品的特點 低價格，容感式加速度計復(fù)雜的微機械加工工藝使得它的成品率無法提高，制造成本居高不下。目前，利用此類加速度傳感器，國外已經(jīng)研制成功的高精度靜電懸浮式加速度計系統(tǒng)有:美國研制的 MACEK 及 MESA 加速度計系統(tǒng)、歐空局（ESA）研制的 ASTRE 加速度計系統(tǒng)、法國 ONERA 研制的 STAR 加速度計系統(tǒng)及 GRADIO 加速度計系統(tǒng)等。 參數(shù)設(shè)計 航天器在飛行過程中受到的環(huán)境非重力力主要來自大氣阻力、太陽光壓、地球熱輻射等因素。 4）非線性江 蘇 大 學(xué) 本 科 學(xué) 位 論 文12 式（31）中所表達(dá)的 ΔC 與 Δd 的完全線性關(guān)系成立的必要條件是Δdd，因此必須采用實時快速反饋回路，及時產(chǎn)生反饋施力電壓，使檢測質(zhì)量很快恢復(fù)到平衡位置，確保 Δdd 成立。然而基座 B 與測試對 象連接時，如果基座 B 有變形則將直接影響拾振器輸出。 壓電加速度計的前置放大器 壓電元件受力后產(chǎn)生的電荷量極其微弱，這電荷使壓電元件邊界和接在邊江 蘇 大 學(xué) 本 科 學(xué) 位 論 文14界上的導(dǎo)體充電到電壓 U=q/Ca（這里 Ca 是加速度計的內(nèi)電容） 。梁上有四個通過硼第三章 三軸加速度傳感器15離子注入形成的阻值完全相同的壓敏電阻，則電阻率發(fā)生變化。 典型應(yīng)用 墜落檢測、墜落日志、HDD 保護(hù)、MP3 播放器、 、便攜電子產(chǎn)品、用于擔(dān)保的記錄、電子羅盤、人類環(huán)境學(xué)工具、游戲、圖像穩(wěn)定性、物理療法、文本滾動、三維動態(tài)撥打、計步器、機器人技術(shù)、虛擬現(xiàn)實輸入設(shè)備、防盜設(shè)備、車/人導(dǎo)航、GPS 導(dǎo)航推測、黑匣子 /時間記錄器、裝運/ 處理監(jiān)控器、點擊靜音（Tap to mute） 、聲學(xué)、設(shè)備平衡 /監(jiān)控、軸承磨損監(jiān)控、地震監(jiān)控、智能電機維護(hù)。 6）供電采用鋰電池。在本設(shè)計中，采用Holtek 公司的HT24LC16竄行EEPROM作為數(shù)據(jù)緩存。由于該模塊要求7信號的RS232接口，而MCU自帶SCI不提供該種通信方式，故在系統(tǒng)設(shè)計中采用I/O口經(jīng)行軟件模擬其他的控制信號：CTS 、RFR和DTR。 系統(tǒng)初始化工作主要由MCU完成，包括各種配置寄存器的設(shè)置、液晶初始化指令和存儲緩沖區(qū)的設(shè)置，初始化工作將保證系統(tǒng)各功能組件能夠在上電后正常啟動。計步器實現(xiàn)的軟件流程圖47。第五章 基于加速度傳感器的電子筆數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)29江 蘇 大 學(xué) 本 科 學(xué) 位 論 文30第五章 基于加速度傳感器的電子筆數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 引言 通用串行總線 USB (Universal Serial Bus)，是一種應(yīng)用在 PC 領(lǐng)域的新型接口技術(shù)，該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易擴(kuò)展等優(yōu)點，已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。跌倒探測器檢測到跌倒發(fā)生時，系統(tǒng)必須能夠準(zhǔn)確無誤地將報警信息發(fā)布出去，才能保證跌倒者獲得救助。 按鍵功能 按鍵功能在軟件設(shè)計中單獨提出是因為本系統(tǒng)受限于MCU端口數(shù)量，無法按照預(yù)先設(shè)計的人機交互需求安排足夠端口作為鍵盤掃描之用。在跌倒探測器的軟件設(shè)計中，由跌倒探測器的軟件中，為了更好地利用和分配MCU的資源，采用了事務(wù)處理和狀態(tài)機相結(jié)合的設(shè)計方法。 HT1621為I 2CJI接口，MCU可通過內(nèi)部I 2C控制模塊傳輸指令和數(shù)據(jù)給該芯片。 MCU 外圍電路 本設(shè)計中，MCU外圍電路包括電源與時鐘、數(shù)據(jù)緩存和按鍵電路三部分完成，下面分別描述。從技術(shù)實現(xiàn)和成本方面考慮，選擇CDMA通信方式更加適合跌倒探測器設(shè)計目的的實現(xiàn)。它的封裝尺寸很小，只需較小的板卡空間，另外還提供快速啟動和休眠模式，這些特性使 MMA7260Q 成為采用電池供電的電子產(chǎn)品的理想之選，包括 PDA、手機、3D 游戲和數(shù)碼相機等。 從壓電式傳感器的力學(xué)模型看，它具有低通特性，原可測量極低頻的振動。加速度單位為 m/s2，但在振動測量中往往用標(biāo)準(zhǔn)重力加速度 g 作單位，1g= 。 由 于 壓 電 式 傳 感 器 的 輸 出 電 信 號 是 微 弱 的 電 荷 ， 而 且 傳 感 器 本 身 有 很 大 內(nèi) 阻 ，故 輸 出 能 量 甚 微 ， 這 給 后 接 電 路 帶 來 一 定 困 難 。 誤差來源及改進(jìn)措施 1）機械加工精密機