【正文】 t 1 和 Port 2 共 16 個(gè)端口。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(shí)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。圖 52 為 Atmega128 軟件設(shè)計(jì)程序流程框圖 。 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) 15 議的命令讀寫。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。 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(shí)操作系統(tǒng)核心（ realtime kernel）。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(chǔ)器訪問函數(shù)、延時(shí)函數(shù)、 LCD 函數(shù)、 4 40 字符型 LCD 函數(shù)、以 8 位外部存儲(chǔ)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(shí)時(shí)鐘函數(shù)、 DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘函數(shù)、DS1307 實(shí)時(shí)時(shí)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)。 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。第三部分，數(shù)據(jù)顯示并進(jìn)行聲光警報(bào)。第二部分，無線數(shù)據(jù)傳送。第一部分，數(shù)據(jù)處理部分。其資源詳細(xì)分布如下圖 4 4 48 所示。 當(dāng)主機(jī)代碼發(fā)到 NRF905 接收模塊時(shí)，會(huì)將代碼存儲(chǔ)到相應(yīng)的寄存器并保存。采用 89C51 主要是用來做數(shù)據(jù)顯示的作用和數(shù)據(jù)接收。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片 12 中， ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器， 89C2051 是它的一種精簡版本。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。 無線從機(jī) 從機(jī)控制芯片采用的是 STC89C51。如果多個(gè)單次加速度數(shù)據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)有突然的正向加速度和反向加速度，則可以判定這個(gè)數(shù)據(jù)為跌倒數(shù)據(jù)，然后 Atmega128 單片機(jī)直接將跌倒的代碼傳到 NRF905 的寄存器中，然后通過控制 NRF905 的寄存器觸發(fā)無線模塊發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)，也就是跌倒這一事件對(duì)應(yīng)的代碼。由 ADXL345 產(chǎn)生數(shù)據(jù)到 Atmega128 換算數(shù)據(jù)這一過程，稱其為單次加速度數(shù)據(jù)。首先， ADXL 時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)變化監(jiān)測，一旦人體發(fā)生失衡跌倒?fàn)顟B(tài)觸發(fā)，使休眠位復(fù)位，同時(shí)自動(dòng)跳出休眠模式，并在寄存器 0x32讀出 X 軸數(shù)據(jù) 0、寄存器 0x33 讀出 X 軸數(shù)據(jù) 0x34 讀出 Y 軸數(shù)據(jù) 0、 0x35 讀出 Y 軸數(shù)據(jù) 0x36 讀出 Z 軸數(shù)據(jù) 0、 0x37 讀出 Z 軸數(shù)據(jù) 1。而接收端 由 STC89C52 單片機(jī)為基準(zhǔn)，接上 NRF905,、顯示器 LCD12854,。本設(shè)計(jì)以 Atmega128 開發(fā)板為基礎(chǔ)，在此開發(fā)板上合理分配 I/O 單元，其電氣電路如圖 4 4 4 4 4 46 所示。豐富的 I/O 接口也為外部器件減少壓力。 AVR 單片機(jī)在無線高速傳輸環(huán)境下起到舉足輕重的作用。 無線主機(jī) 主機(jī)控制芯片采用 8 位高速單片機(jī) Atmega128。 C 至 +85℃） ● 抗沖擊能力： 10,000g ● 小而薄： 3mm 5mm 1mm， LGA 封裝 8 圖 36 ADXL345 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADXL345的外形及 引 腳排列如圖 37所示 ,其中 VDD和 GND分別為電源正極和負(fù)極接入腳， SDA/SDI/SDIO、 SDO/ALT ADDRESS、 SCL/SCLK 組成 SPI 或者 IIC。 16g時(shí)高達(dá) 13 位 (在所有 g范圍內(nèi)保持 4 mg/LSB 的比例系數(shù) ) ● 正在申請專利的嵌入式存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)采用 FIFO 技術(shù)，可將主機(jī)處理器負(fù)荷降至最低。 ● 超低功耗： VS = V 時(shí)（典型值），測量模式下低至 23μ A，待機(jī)模式下為 A。 ADXL345 采用 3 mm 5 mm 1 mm， 14 引腳小型超薄塑料封裝 。正在申請專利的集成式存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)采用一個(gè) 32 級(jí)先進(jìn)先出 (FIFO)緩沖器，可用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，從而將主機(jī)處理器負(fù)荷降至最低，并降低整體系統(tǒng)功耗。自由落體檢測功能可以檢測器件是否正在掉落?；顒?dòng)和非活動(dòng)檢測功能通過比較任意軸上的加速度與用戶設(shè)置的閾值來檢測有無運(yùn)動(dòng)發(fā)生。的傾斜角度變化。它可以在傾斜檢測應(yīng)用中測量靜態(tài)重力加速度，還可以測量運(yùn)動(dòng)或沖擊導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)加速度。數(shù)字輸出數(shù)據(jù)為 16 位二進(jìn)制補(bǔ)碼格式，可通過 SPI(3 線或 4 線 )或 I2C 接口訪問。 表 12 中斷引腳輸出規(guī)格 ADXL345 是一款小而薄的超低功耗 3 軸加速度計(jì)，分辨率高 (13 位 )，測量范圍達(dá)177。這兩個(gè)中斷引腳可以控制雙擊事件、加速度大于指定數(shù)值事件、加速度小于指定數(shù)值事件、產(chǎn)生新數(shù)據(jù)中斷等多種中斷事件。圖 34為數(shù)據(jù)手冊推薦的 4 線式 SPI 模式的連接圖，圖 35 為數(shù)據(jù)手冊 推薦的 IIC 模式下的連接模式。 圖 33 輸出響應(yīng)與重力方向的關(guān)系圖 6 ADXL345 加速度傳感器可以通過 IIC 或者 SPI 的方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，簡單來說就是通信?？梢愿鶕?jù)活躍和非活躍的檢測功能通過比較 X、 Y、 Z 任意方向的軸的加速度和用戶的設(shè)置來檢測設(shè)備之運(yùn)動(dòng)模式。 ADXL345 用途相當(dāng)廣泛，小至單電源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、儀器儀表，大至電池供電系統(tǒng)和醫(yī)療儀器，甚至在過程控制中也會(huì)應(yīng)用到 ADXL345。 ADXL 模塊和 MMA7455 模塊都支持 SPI 通信協(xié)議，而 ADXL345 更支持雙線制的 IIC 通信協(xié)議，給主控機(jī)騰出更多的 I/O 接口，并可以為一些只有一個(gè) SPI 模塊驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)騰出更多的操作資源。 表 11 ADXL345 與 MMA7455 技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比 指標(biāo) ADXL345 MMA7455 是否有抗噪聲 有 無 輸出信號(hào) 16 位數(shù)字 /模擬 10 位數(shù)字 /模擬 電壓范圍 板載電源芯片 RT9161 RT9161 功耗 低（一次性電池長期供電） 一般 模塊成本 元 元 尺寸 28(mm) 14(mm) (mm) (mm) 通信協(xié)議 SPI/IIC SPI 由表 11 不難看出， ADXL 在數(shù)據(jù)輸出方面有更出色的能力。在電子設(shè)備上較為常用的兩種型號(hào)分別為 ADXL345 和 MMA7455。另一方面，電腦硬盤也應(yīng)用了加速度傳感器，當(dāng)硬盤不慎跌落時(shí)，加速度會(huì)大于自由落體時(shí)的數(shù) 5 值，可以此來及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)緊急備份。通過計(jì)算動(dòng)態(tài)加速度，可以分析出設(shè)備運(yùn)行情況和動(dòng)作趨勢。加速度，實(shí)際上就是物體在加速過程中所受外力的合力，更像是地球萬有引力。根據(jù)天線形式、發(fā)射功率以及內(nèi)置協(xié)議的不同，共有 10 多種可選的模塊產(chǎn)品。 圖 31 為 NRF905 模塊的硬件結(jié)構(gòu)框圖。 ShockBurst 工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 CRC，可以很容易通過 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，在器件開始接收模式時(shí)電流為 。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(gè) ISM 頻道（ 工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué) ）。第三級(jí)，是在第二級(jí)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(jí)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(dòng)作人體是否躺下，進(jìn)一步確定老人是否已經(jīng)跌倒。第一級(jí)檢測，采用 SVM 算法，對(duì)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)。主要是對(duì)ADXL345 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 如圖 11 所示。 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(duì)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。系統(tǒng)總體上看是以 Atmega128 為主控器，并連接 NRF90 ADXL345 等模塊。 2 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。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。 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；而 ZigBee 作為建立在 通信標(biāo)準(zhǔn)之上的低速無線個(gè)域網(wǎng)（ 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 MCU 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。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。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。 three axis accelerometer III 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................................. 1 項(xiàng)目背景 .............................................................................................................................. 1 項(xiàng)目的主要任務(wù) .................................................................................................................. 1 2 總體設(shè)計(jì)方案 ............................................................................................................................. 2 3 主要芯片簡介 ............................................................................................................................. 3 NRF905.................................................................................................................................. 3 ADXL345 .............................................................................................................................. 4 4 硬件設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................... 9 無線主機(jī) .......................................