【正文】 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。1）MCU初始化通過設(shè)置相應(yīng)的控制寄存器實現(xiàn)MCU的啟動和對各功能外設(shè)（Peripheral）的管理：時鐘：MCU工作采用內(nèi)部時鐘，通過設(shè)置ICS 控制寄存器實現(xiàn)；端 口 ： 根 據(jù) 系 統(tǒng) 端 口 分 配 方 案 ， 結(jié) 合 相 關(guān) 外 設(shè) ——I2C、 SCI的 控 制 寄 存 器 實現(xiàn) ；I2C控制器：傳輸速率、地址選擇設(shè)定；SCI控制器：波特率設(shè)置。2）液晶初始化通過指令初始化液晶驅(qū)動控制芯片HT1621B，完成液晶顯示器的初始化。3）存儲緩沖區(qū)初始化 MC9S08QG8內(nèi)部集成了512字節(jié)的RAM 滿足程序運行所需。而在跌倒探第四章 信號傳輸25測器運行過程中，MCU持續(xù)采集加速度傳感器的數(shù)據(jù)，并進行處理，因此要為數(shù)據(jù)分析預(yù)先開辟好緩存區(qū)。同樣，在利用CDMA發(fā)布報警信息時，報警信息文字內(nèi)容需要在進行軟件設(shè)計時預(yù)先設(shè)定好，并在需要使用時通過指針調(diào)用。 需要使用者經(jīng)行確認的系統(tǒng)信息的設(shè)定，是指跌倒探測器報警信息的接收方可以根據(jù)實際情況由使用者進行設(shè)定，例如親屬的移動電話或急救中心的固定座機（要求能夠接收短信）。使用者可以通過按鍵配合液晶，輸入接收方的號碼即可，必要時使用者也可以對接收方號碼進行修改。 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。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?！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)；跌倒探測器進入報警處理狀態(tài)（蜂鳴器beep ）時，按 “Alter”鍵取消報警。然后關(guān)閉蜂鳴器。 計步器 MCU始終在分析佩戴者身體姿態(tài)的信息，因此可以將佩戴者的行走動作分江 蘇 大 學(xué) 本 科 學(xué) 位 論 文26析作為一項附屬結(jié)果輸出，從而使跌倒探測器還具有了計步器的功能。參考圖21 ，在理想狀態(tài)下的步行過程中，X軸和Z軸都應(yīng)該能夠檢測到加速度的周期性變化——Z軸由前進的動作引起，Y軸由身體的上下起伏引起，這種周期性的變化可以為步行動作的分析提供依據(jù)。由于在實際使用過程中，身體隨邁步動作產(chǎn)生相應(yīng)的晃動同樣會引起加速度傳感器在三個正交坐標(biāo)軸方向上的輸出，因此在設(shè)計檢測算法時應(yīng)設(shè)定合適的加速度閥值。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。計步器實現(xiàn)的軟件流程圖47。X 、 Z 軸向加速度閥值檢測檢測到邁步計數(shù)器 + 1啟動 超過閥值 ?暫停計步瀏覽步數(shù)計數(shù)器置零 ？結(jié)束N oY e s N oY e sN o圖 47 計步器實現(xiàn)流程圖 跌倒檢測 針對跌倒行為研究的文獻顯示，大部分跌倒動作過程持續(xù)的時間不超過6秒鐘。另外有研究顯示，人體發(fā)生的所有跌倒形態(tài)中，由于意識喪失造成的近似自由落體形式的跌倒占9%，步行過程中不慎跌倒占39%，上下樓過程產(chǎn)生的跌倒占20% ，轉(zhuǎn)身或登高取物過程發(fā)生的跌倒占24%，上下床或座椅時發(fā)生的跌倒占13% ，從事高風(fēng)險作業(yè)過程中出現(xiàn)的意外跌倒占12%。 針對這些跌倒，如果單純考慮初始狀態(tài)和最終狀態(tài)，就可以發(fā)現(xiàn)一些固定的模式——初始時人體處于直立狀態(tài)，跌倒后大多數(shù)情況下人體處于水平狀態(tài)。雖然有一部分跌倒動作可能發(fā)生人體斜靠在其它支撐物上的情況，但是綜合考慮跌倒探測器的使用背景和環(huán)境，應(yīng)該可以說，危險的或者可能已產(chǎn)生較嚴重后果的跌倒發(fā)生后，人體通常處于水平狀態(tài)，要求跌倒探測器都能夠檢測到并實施報警處理機制。而對于其他較為復(fù)雜的跌倒過程，則需要通過報警機制的配合，實現(xiàn)對跌倒探測及危險報警的準(zhǔn)確觸發(fā)。跌倒檢測的算法狀態(tài)機如圖48所示，跌倒檢測算法描述如下：1） 主循環(huán)等待，監(jiān)測Z軸加速度變化，如果超過閥值，進入下一步；第四章 信號傳輸272） 等待加速度恢復(fù)到正常范圍內(nèi)，進入下一步；3） 再設(shè)置延遲10秒，等待佩戴者狀態(tài)穩(wěn)定；4） 數(shù)據(jù)分析，如果發(fā)現(xiàn)佩戴者身體水平，認為發(fā)生跌倒?fàn)顩r，觸發(fā)報警處理。加速度變化超過閥值延遲等待加速度恢復(fù)穩(wěn)定再延時約 1 0秒加速度數(shù)據(jù)分析身體水平姿態(tài)檢測到跌倒初始姿態(tài)身體姿態(tài)正常又檢測到加速度變化超過閥值圖 48 跌倒檢測算法狀態(tài)機 報警處理 在本設(shè)計中，采用跌倒檢測算法和多種報警模式相結(jié)合的方式。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。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，跌倒造成比較嚴重的后果，跌倒者已無法行動。 針對上面提到的幾種情況，報警處理的軟件設(shè)計將加以區(qū)分對待： 檢測到跌倒后，系統(tǒng)啟動30S的倒計時器，并打開蜂鳴器，每3S 響一次，如果沒有收到任何輸入，30S結(jié)束后，系統(tǒng)自動發(fā)布報警信息； 進入30S倒計時后，蜂鳴器（beep ），系統(tǒng)可以響應(yīng)用戶輸入，跌倒探測器的兩個按鍵分別設(shè)置為“手動報警”和“取消報警”的功能，如果用戶按“手動報警”鍵，系統(tǒng)發(fā)布報警信息； 如果用戶按“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)。江 蘇 大 學(xué) 本 科 學(xué) 位 論 文28蜂鳴器響 3 0 S倒計時用戶輸入報警信息發(fā)布3 0 S 結(jié)束 ？檢測到跌倒結(jié)束返回主程序Y e sN o無輸入報警取消報警圖 49 報警處理流程圖 通信控制報警信息通過CDMA短信的方式發(fā)送給接收方，跌倒探測器采用 DTGS800b型CDMA 模塊，通信控制就是使其能夠正常工作的一段例程。 DTGS800b型CDMA模塊提供RS232 接口，MCU可以根據(jù)需要通過AT命令實施對通信過程的控制。具體通信例程根據(jù)設(shè)計需求應(yīng)包括如下內(nèi)容：1）啟動CDMA模塊2）是否啟動GpsOne服務(wù)3）獲取GPS空間定位信息4）發(fā)送短信息報警由于通信例程涉及的狀態(tài)不多，基本是按照上面的順序進行，因而程序結(jié)構(gòu)比較簡單，這里就不再贅述。 按照上述方案設(shè)計完成的跌倒探測器樣機線路板如圖410所示，圖 410 樣機線路板兩視圖 左圖為帶有 CDMA 模塊線路，可見其下方是讀 SIM 卡電路。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。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。LabVIEW 是一種基于圖形程序的編程語言，內(nèi)含豐富的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信號分析以及控制等子程序，因此它特別適用于數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。利用 LabVIEW 編制的電子筆數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序，把 LabVIEW 語言和 USB 總線緊密結(jié)合起來的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成兩者的優(yōu)點。 USB 總線可以實現(xiàn)對外部數(shù)據(jù)實時高速的采集，把采集的數(shù)據(jù)傳送到主機后再通過 LabV IEW 的功能模塊順利實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存。 系統(tǒng)總體框架圖　　系統(tǒng)總體框圖如圖 51 所示，MCU 采用美國德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的一種 16 位超低功耗的混合信號處理器 MSP430F169，因為它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段；PDIUSBD12 是 PHILIPS 公司的 USB接口芯片，在正常操作中，PDIUSBD12 消耗 15 mA 電流，而 USB 規(guī)范要求總線供電設(shè)備在掛起模式下的電流小于 500 μA。為了符合這個嚴格的要求，PD IUSBD12 在掛起模式下關(guān)閉了不必要的內(nèi)部模塊,這樣就顯著降低了額定電流，最大僅為 15 μA；MMA7260QT 是美國 Freescale 公司最新推出的一款低成本單芯片三軸加速度傳感器，該微型電容式加速度傳感器融合了信號調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補償技術(shù)，而且 MMA7260QT 提供休眠模式，是電池充電的手持設(shè)備產(chǎn)品的理想之選。電源采用 USB 供電， USB 輸出電壓為 +5 V，為節(jié)能采用 LM1117 將 +5 V 變換為 + V 供電。圖 51 系統(tǒng)總體框圖　USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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)31圖 52 PD IUSBD12 通信接口原理USB 數(shù)據(jù)采集就是通過 USB 總線上傳數(shù)據(jù)。USB 通信芯片采用 PD IUSBD12，該芯片通常用于基于微控制器的系統(tǒng)并與微控制器通過高速通用并行接口進行通信，也支持本地 DMA。并行接口容易使用，速度快并且能直接與主微控制器接口。對于微控制器，PDIUSBD12 可以看成是一個有 8 位數(shù)據(jù)總線和 1 位地址線的存儲設(shè)備。PDIUSBD12 支持多路復(fù)用和非多路復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線。PDIUSBD12 與 MSP430 的連接電路如圖 52 所示，ALE 信號是單路或多路 USB 芯片通信時，控制地址信息用在只有一片的情況下，采用單地址 /數(shù)據(jù)總線配置模式，設(shè)計采用直接接低電平； A0 腳接 MSP430 的任何 I/O 引腳，控制是命令還是數(shù)據(jù)輸入到 PDIUSBD12，當(dāng) A0 =0 時，選擇數(shù)據(jù)；當(dāng) A0 =1 時，擇命令指令；MSP430 的 P1 口直接與 PDIUS2BD12 的數(shù)據(jù)總線相連接；D12INT 是 USB 中斷請求中斷，與 MSP430 的外部中斷 0 引腳相連接，它向單片機發(fā)出 USB 請求；GOOD 是 GoodLink 指示燈，在通信時會不停閃爍，如果一直亮或者一直暗，表示 USB 接口有問題，如果 D12 掛起，則 LED 關(guān)閉。PDIUSBD12 的初始化程序如下所示:bEPPflags. value =0?！　? /初始化 USB 事件標(biāo)志變量D12_COMMAND = D12_COMMAND_PORT?！　? /D12 命令地址D12_DATA　= D12_DATA_PORT。/ /D12 數(shù)據(jù)地址江 蘇 大 學(xué) 本 科 學(xué) 位 論 文32Init_D12Port() 。/ /初始化 PD IUSBD12 與 430 單片機連接的端口Rst_D12() 。 　　/ /復(fù)位 PD IUSBD12reconnect_USB () 。 　/ /重新連接 USBif (D12_ReadChip ID () != 0x1012)　　/ /讀取芯片 ID 號 ,如果不為 1012Hreturn 1。 　　/ /則復(fù)位失敗return 0。 　/ /初始化成功USB 固件程序由 3 部分組成：(1)初始化單片機和所有的外圍電路 (包括 PDIUSBD12) ；(2) 主循環(huán)部分，其任務(wù)是可以中斷的；(3)中斷服務(wù)程序，是當(dāng)單片機進入中斷服務(wù)程序時，首先讀中斷寄存器，判斷 USB 令牌類型，然后執(zhí)行相應(yīng)操作，其任務(wù)是對時間敏感的，必須馬上執(zhí)行。根據(jù) USB 協(xié)議，任何傳輸都是由主機 (Host)開始的。單片機作它的前臺工作，等待中斷。主機首先要發(fā)令牌包給 USB 設(shè)備 (這里是 PDIUSBD12)，PDIUSBD12 接收到令牌包后就給單片機發(fā)中斷。單片機進入中斷服務(wù)程序，首先讀 PD IUS 中斷寄存器，判斷 USB 令牌包的類型，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。在 USB 單片機程序中，要完成對各種令牌包的響應(yīng)，其中比較難處理的是 SETUP 包，主要是端口 0 的編程?！? MSP430 有兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)時鐘系統(tǒng)，分別為 4 MHz 和 32 768 Hz，兩個時鐘的初始化程序如下：void InitOSC(void){ / /MCLK = SMLCLK =4MHz，ACLK =32768　unsigned char i, j。 　/ /設(shè)置系統(tǒng)時鐘　BCSCTL1 = 0x00。/ /啟動 XT2 晶振，ACLK 為 XT1 (32 kHz)　BCSCTL2 = 0x88?！? /MCLK 為 XT2 不分頻。 SMCLK 為 XT2, 4MHz　j =0。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)33while(1) {　　IFG1 amp。 = ～OFIFG。