【文章內(nèi)容簡介】 分，無線數(shù)據(jù)傳送。由主從機(jī)配合實(shí)現(xiàn)，要做到數(shù)據(jù)穩(wěn)定、數(shù)據(jù)交互效率高、程序代碼便于維護(hù)等要求。第三部分，數(shù)據(jù)顯示并進(jìn)行聲光警報(bào)。此部分由從機(jī)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)要求穩(wěn)定即可。 ICCAVR與Keil集成開發(fā)環(huán)境自ATMEL公司所研發(fā)的AVR系列單片機(jī)誕生以來，有很多第三方提供AVR單片機(jī)的集成開發(fā)軟件，在本設(shè)計(jì)中，采用ICCAVR提供集成開發(fā)環(huán)境。ICCAVR是一種符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語言來開發(fā)單片機(jī)程序的一個工具，功能合適、適用方便、技術(shù)支持完善。ICCAVR提供了強(qiáng)大的函數(shù)庫，字符類型函數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出函數(shù)、編制庫和內(nèi)存分配函數(shù)、數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串函數(shù)、BCD轉(zhuǎn)換函數(shù)、存儲器訪問函數(shù)、延時函數(shù)、LCD函數(shù)、440字符型LCD函數(shù)、以8位外部存儲器模式接口的LCD顯示函數(shù)、IIC總線函數(shù)、LM75溫度傳感器函數(shù)、DS1621溫度計(jì)函數(shù)、PCF8583實(shí)時時鐘函數(shù)、DS1302實(shí)時時鐘函數(shù)、DS1307實(shí)時時鐘函數(shù)、單線通訊協(xié)議函數(shù)、DS1820/1822溫度傳感器函數(shù)、SPI函數(shù)、電源管理函數(shù)、格雷碼轉(zhuǎn)換函數(shù)。C51的集成開發(fā)環(huán)境由ARM Germany GmbH和ARM Inc公司共同發(fā)布的KeilμVision4提供。Keil集成了各類廣泛的工具，包括、ANSI C編譯器、宏匯編程序、調(diào)試器、連接器、庫管理器、固件和實(shí)時操作系統(tǒng)核心（realtime kernel）。而且有豐富的程序算法技術(shù)支持。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上都有明顯的優(yōu)勢，大大提高了工作效率和減少項(xiàng)目開發(fā)周期。利用這些現(xiàn)成的函數(shù)庫和集成開發(fā)環(huán)境的優(yōu)勢，界面如圖51。圖51 Keil與ICCAVR界面圖 主機(jī)程序流程主機(jī)控制芯片Atmega128主要任務(wù)是與ADXL345以及NRF905進(jìn)行基于指定通信協(xié)議的命令讀寫。NRF905的通信方式只能采用SPI通信協(xié)議，ADXL345可以選擇TWI通信協(xié)議和SPI通信協(xié)議，在此設(shè)計(jì)中，對于只有一個SPI模塊的Atmega128單片機(jī)，需要把SPI通信模塊的資源分配給NRF905，而ADXL345則使用TWI通信方式，這樣的分配既能保證無線通訊的及時性和穩(wěn)定性，也能使加速度數(shù)據(jù)在一定的速率要求下完整讀取，降低了開發(fā)難度和開發(fā)周期。圖52為Atmega128軟件設(shè)計(jì)程序流程框圖。開始Atmega128初始化NRF905初始化ADXL345初始化存儲數(shù)據(jù)ADXL是否有新數(shù)據(jù)加速度與數(shù)據(jù)分析NRF905傳送數(shù)據(jù)圖52 主機(jī)軟件流程圖 從機(jī)程序流程從機(jī)由89C51單片機(jī)來控制，作為無線通信的末端設(shè)備。從機(jī)控制器主要任務(wù)是接收數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)傳送到LCD12864上做顯示，同時寫入控制命令，并根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行聲光報(bào)警。NRF905與89C51的通信協(xié)議和Atmega128一樣，都是使用SPI協(xié)議，但89C51采用的是模擬形式去實(shí)現(xiàn)SPI協(xié)議，分配的端口為P1。從機(jī)還要做顯示工作，使用顯示屏幕LCD12864需要單片機(jī)分配Port 1和Port 2共16個端口。在此基礎(chǔ)上，同過模擬IIC協(xié)議把收到的數(shù)據(jù)存儲到24C02d的EEPROM里面，進(jìn)行數(shù)據(jù)掉電保存。圖53為51單片機(jī)與LCD顯示器的程序流程。開始單片機(jī)端口初始化NRF905初始化LCD12864初始化數(shù)據(jù)傳送是否接受新數(shù)據(jù)新數(shù)據(jù)是否觸發(fā)警報(bào)聲光警報(bào)數(shù)據(jù)顯示圖53 從機(jī)軟件流程圖6 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試就是在完成硬件構(gòu)造的情況下，載入應(yīng)用程序使其實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，并且程序一般具有快速響應(yīng)性、易讀性、易轉(zhuǎn)移性，代碼優(yōu)化性、檢測便捷性、穩(wěn)定性等。系統(tǒng)調(diào)試是電子設(shè)計(jì)過程中占比重相當(dāng)大的環(huán)節(jié)，通過有效的調(diào)試，可以在驗(yàn)證硬件的過程中不斷尋找出以存在的系統(tǒng)錯誤、漏洞、瑕疵、警告等。并檢查出硬件設(shè)計(jì)中是否存在故障以及人為錯誤。接下來介紹基于加速度傳感器的姿態(tài)檢測設(shè)計(jì)應(yīng)用的系統(tǒng)調(diào)試。無線傳感器和加速度傳感器安裝好以后，首先要用萬能表檢測一下電源的正負(fù)極是否存在短路的情況，檢測每個節(jié)點(diǎn)是否接觸良好，檢測芯片插腳是否牢固并且沒有短接，硬件一切妥當(dāng)?shù)脑?，可以先嘗試下載一小段程序進(jìn)行調(diào)試。用以檢查外部設(shè)備，如LED發(fā)光燈、蜂鳴器等。若此段程序不能達(dá)到預(yù)期效果，則要尋找問題。期間可以通過萬能表檢測硬件電路，通過示波器分析輸出輸入信號，觀察信號的編碼、頻率、峰值等，再加上自己的經(jīng)驗(yàn)分析，一般能在短時間內(nèi)尋找問題所在，有時候也需要反復(fù)推敲測試程序本身的邏輯問題，一旦發(fā)生錯誤要進(jìn)行修改，知道程序能跑通并且能實(shí)現(xiàn)想要的效果為止，不然沒法往下做。在測試程序可以順利實(shí)現(xiàn)目的效果的時候，就要順著步驟往下調(diào)試，把程序慢慢擴(kuò)充至完整化。在編寫無線通信程序的時候，要寫配置NRF905的頭文件，在這里，可以按照數(shù)據(jù)手冊上的參數(shù)進(jìn)行配置，按照官方的配置參數(shù)，一般能取得較好的效果。本設(shè)計(jì)先采取簡單的觸發(fā)方式去調(diào)試無線通信，也就是通過發(fā)送置位信息使接收端的89C51單片機(jī)的某個LED點(diǎn)亮，簡單的置位程序能去除測試程序的復(fù)雜性、錯誤發(fā)生隨機(jī)性、錯誤發(fā)生不確定性等。這樣做的目的是為了直觀地檢驗(yàn)無線通信是否可行，而且避免因?yàn)樗l(fā)送的數(shù)據(jù)復(fù)雜而出現(xiàn)錯誤，而且這樣的錯誤相對來說比較難定位。當(dāng)出現(xiàn)錯誤的時候，只要對NRF905部分進(jìn)行調(diào)試即可。無線通信確定無誤以后，便可以開始修改無線通信參數(shù)配置文檔，并在51單片機(jī)接收端加入LCD顯示器。修改無線通信參數(shù)配置是為了增加數(shù)據(jù)位給加速度傳感器傳輸數(shù)據(jù)，而LCD顯示器的調(diào)試顯然是為了方便后面加速度傳感器的調(diào)試，數(shù)據(jù)的變化可以及時在LCD顯示屏展現(xiàn)出來，直觀的數(shù)據(jù)效果可以為調(diào)試提供方便。系統(tǒng)調(diào)試到本階段，已經(jīng)完成了無線通信硬件測試、LCD顯示測試、數(shù)據(jù)傳送測試。隨后就要進(jìn)行最重要最核心的ADXL345調(diào)試，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)定的閥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。經(jīng)反復(fù)調(diào)試，由1臺監(jiān)控主機(jī)、1臺從機(jī)和2個無線收發(fā)器組成的基于加速度姿態(tài)檢測系統(tǒng)已經(jīng)完成調(diào)試。上述設(shè)備能在1117芯片的支持下，進(jìn)行持久的運(yùn)作。ADXL345也按照原計(jì)劃，按所設(shè)定的頻率，將加速度數(shù)值一次一次讀取。將測得數(shù)據(jù)傳送到LCD顯示，并處理數(shù)據(jù)進(jìn)行聲光警報(bào)。實(shí)測結(jié)果，整個系統(tǒng)最大工作電流為39mA。 , 。7 結(jié)論本項(xiàng)目所研制的基于加速度傳感器的人體姿態(tài)檢測由數(shù)據(jù)收集主機(jī)、數(shù)據(jù)接收從機(jī)、無線通信模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊構(gòu)成，由ADXL345采集三軸加速度，Atmega128單片機(jī)進(jìn)行整修和數(shù)據(jù)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。最后，由無線環(huán)境、單片機(jī)、傳感器、交互器件組成的人體姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的完整過程完成。該項(xiàng)目中核心部分是Atmega128單片機(jī)，其擁有的驅(qū)動能力和片上資源在單片機(jī)家族里名列前茅，正因其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力、多種多樣寄存器、豐富的I/O接口，提高了整個應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)效率，并最大限度地滿足了數(shù)據(jù)傳送的可靠性、糾錯性、安全性、穩(wěn)定性和低功耗等苛刻要求。本項(xiàng)目還有很多可以擴(kuò)展的地方，例如，可以應(yīng)用到藍(lán)牙技術(shù)，在接收端綁定一個藍(lán)牙發(fā)射器，講數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到藍(lán)牙端傳到帶有藍(lán)牙接收功能的手機(jī)，并激活手機(jī)對應(yīng)的軟件，向指定的手機(jī)號碼撥號或者短信提醒。這項(xiàng)功能的延伸使整個系統(tǒng)更人性化和完善，并使救護(hù)機(jī)制更多樣化。伴隨日新月異的科技革新，相信不久的將來，對老年人的關(guān)注度會越來越高，這方面的項(xiàng)目研究會越來越多，更希望項(xiàng)目中提及的技術(shù)能得到更廣泛的普及36參考文獻(xiàn)[1] 張鑫,王培勇,[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程,2008,27(1):7881.[2] 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