基于51单片机的防摔倒报警器设计与实现 通信工程专业.docx

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1、摘要如今，由于政策和自然的人口增长，从整体来看，我国已经进入社会老龄化阶段。对于行动不便的老年人来说，摔倒、滑到可能会造成严重的后果，甚至在一些案例之中导致了老年人的死亡。而如果老年人再摔倒之后不被扶起，他们凭借自己的能力无法起身，那么造成严重后果的可能性就会进一步增大。但近些年来，出现了许多老年人碰瓷的恶性事件，这使人们陷入了扶与不扶的两难境地。医院里住院率和死亡率也因为老年人跌倒情况的发生而不断的升高,同时老年人跌倒也给其家人带来了悲痛的情感和沉重的经济负担。社会上因为老年人跌倒而发生的不良现象层出不穷，不少讹诈团伙因此出现敲诈人们的钱财，这种现象的出现降低了整个社会的道德素养，更可能会影

2、响到青少年的身心发展。所以，研发一款能够对老年人的各项活动进行实施管控，将老年人的信息与数据实时反馈到家人或警方。这将会非常明显地降低老年人因为摔倒、滑到所造成的身体损伤后果。从而使得家人放心，老年人安心。本论文在着手进行相关研究之前，对于国内外关于老年人跌倒检测报警器进行了细致的资料手机，经过研究，我们提出了了一中基于ADXL345传感器技术的“老年人跌倒检测及报警方案”。在日常生活中，利用这种技术，对老年人自身活动所产生的倾角的数据进行实时采集，然后再把收集到的数据发送给单片机上，达到监测老年人的运动状态的目的，使老年人的家人和警务人员能在老年人发生危险情况的第一时间做出反应从而保证老年人

3、的安全。关键词：老人防跌倒；定位；监测报警；单片机AbstractNowadays,thepopulationaginginthesocietyisgraduallyintensified.Weoftenseethattheoldpeoplefalldownandthereisnoonetohelpthem,whichleadstothedeathoftheoldpeople.Wealsofeelhelplessforthiskindoftragedy,becauseWeareafraidthatwemightbeblackmailedbyhimselforhisfamilyafterhelp

4、ingtheoldman.Thehospitalizationrateandmortalityrateinhospitalsarealsoincreasingduetotheoccurrenceoffallamongtheelderly.Meanwhile,fallsoftheelderlyalsobringsademotionsandheavyfinancialburdenfortheirfamilies.Inthesociety,manybadphenomenaoccurbecausetheelderlyfalldowninanendlessstream,somanyblackmailga

5、ngsextortpeoplesmoney,whichreducesthemoralqualityofthewholesocietyandmayaffectthephysicalandmentaldevelopmentofteenagers.Therefore,underthepremiseofnotaffectingthenormalactivitiesoftheelderly,monitoringtheactivitiesoftheelderlybyscientificmeans,andcallingthepoliceforhelpimmediatelyafterthedetectiono

6、ftheelderlyfallcaneffectivelyreducethehealthinjuriesandmedicalexpensesbroughtbytheelderlyfall.Afterresearch,westudiedthefalldetectionandalarmschemefortheelderlybasedontheADXL345sensortechnology.Indailylife,usingthistechnology,thedataofthedipanglegeneratedbytheelderlysownactivitiesiscollectedinrealti

7、me,andthenthecollecteddataissenttothesingle-chipmicrocomputertoachievethepurposeofmonitoringtheexercisestateoftheelderly.Toensurethesafetyoftheelderly.Keywords:theelderlyfall;orientation;monitoring;single-chip目录第一章绪论11.l概述11.2 国内外防跌倒报警器的设计情况11.3 本文的安排2第二章关键技术概述52.1 单片机52.2 GPS52.3 GSM6第三章系统设计与硬件方案93

8、.1系统方案的确定93.2系统的功能分析及体系结构设计103. 2系统硬件的选择113.1.1 单片机芯片的选择113.1.2 声音报警电路方案的选择123.1.3 倾角传感器的选择133.1.4 无线遥控模块的选择133.3系统硬件确定153. 4模块电路的设计153.1.1 STC89C52单片机电路设计153.1.2 5V电源电路设计183.1.3 1.ED信号指示灯电路设计193.1.4 GSM_SIM800A模块电路设计193.1.5 UBLOX模块NEO-6MGPS模块电路设计213.1.6 蜂鸣器报警电路（低电平有效）设计223.1.7 ADXL345倾角传感器模块电路设计23第

9、四章系统软件设计254. 1编程语言选择254. 2单片机程序开发环境254. 3KeiIIlViSiOn4软件开发流程264. 4STC-SP-15x-v6.85p程序烧录软件介绍274. 5PL2303串口程序烧写模块284.6程序流程图29第五章系统焊接与调试315. 1电路焊接315.2系统调试错误味定义书签。5.2.1 系统程序调试325.2.2 硬件测试345.3实物测试35第六章总结与展望37参考文献39附录39第一章绪论1.1 概述近些年来，就世界各国的人口数据来看，很多国家已经或开始进入老龄化社会，人口的老龄化带了的福利开支上涨、劳动力的减少和社会活力的降低，是世界各国都在关

10、注的严重问题。同时，老年人在身体素质、大脑思维能力相较于年轻人普遍较低，其需要更加细致的照顾与关怀，而这种照顾与关怀并不是通过单纯的照料就能做到的，科技的发展给了老年人以提高其自救能力的可能。对于社会的老龄化，社会学学者给出了定义：“社会中六十五岁以上人群占据了总人口的百分之七以上时，该社会被定性为老龄化社会J数据显示，非常多的国家和地区已经属于老龄化社会，中国也在其中，而且，据估计中国人口老龄化的进程仍在不断加剧。研究显示，按照目前的发展趋势，我国的老龄化程度将与二十年之后超过日本，成为世界之最。世界上人口最多的发展中国家是中国，中国的发展将会影响整个世界的发展。老年人致残和致死的人数也随着

11、人口老龄化在不断增加。据世界卫生报告指出，在2002年，全球有几十万人因发生跌到而不幸去世。而对于老人而言，自身身体素质的下降会造成其即使在未造成跌倒创伤的时候也难以凭借自己的力量起身，如果跌倒对老年人造成了硬性的损失，那么老年人就更难起身，从而造成严重的后果。数据显示，有非常多的老年人表示其有跌倒经历。老年人对于一个国家来说是宝贵的财富，针对这种事件，越来越多的国家对于老年人的生命健康十分重视，因为绝大多数的跌倒事件都会对身体健康造成一定的危害。对于一些身体健康并不是特别好的老年人来说，跌倒的发生概率则会更高，而跌倒给老年人带来的危身体伤害也更为严重。跌倒事件会对老年人的身体健康造成严重地影

12、响。所以，采取有效措施对老年的日常活动进行监测并及时的发送求救短信对于老年人是非常重要的。本文即是针对以上所提出的现实生活中可能出现的场景所设计出的防摔倒报警器，对老年人的身体和生命做新的保护措施。1.2 国内外防跌倒报警器的设计情况在跌倒检测领域，不论是国内还是国外都已经创造了许多不同的思路：(1)基于视频的跌倒检测系统视频可以以最为清晰与直观的方式显示其监控范围内的所有情况，所以科技工作者们将视频检测广泛地运用于跌到检测系统的领域。具体的操作方法是在被检测人所频繁停留的位置进行实时的视频转播，并通过只能算法分析被检测人当前的动作，检测其是否跌倒、滑到，从而给家人和警方给予实时的反馈。这种方

13、法的优势在于不需要被检测人使用任何额外的检测设备，较为方便。但确定是检测范围较小，是一种固定化的检测，无法在摄像头无法企及的地方对被检测人进行实时检测。CarolineR。Ugier通过视频传输信息以跟踪人体头部轨迹，计算头部运动的速度等参量来对老年人的情况运动情况进行判断，如果发现老年人跌倒，系统会立刻对相关人员进行反馈与警报。(2)基于地板震动的跌倒检测系统老年人如果跌倒，那么其身体必定会对地面进行冲击，从而产生震动，检测系统可以判定地面传来的震动效果进行判断与反馈，以实时检测老年人是否摔倒。但这种方法的劣势与视频监控法类似，只能在装备该设备的室内进行工作。UniversityofVirg

14、inia的MARC中心判断老年人是否发生跌倒情况是根据不同的震动方式对于地板的不同反馈来进行的。(3)基于可穿戴技术的跌倒检测系统老年人使用包含传感器设备的穿戴设备，从而能够实现对于老年人的跌倒以及其他情况的检测。这种设计有很强的实用性，能够在不同的区域发挥作用，但是根据设计的不同，穿戴设备的个数也不同，会给穿戴的老年人造成实际上的麻烦。这种穿戴设备检测技术是目前最为流行的，但是，目前的技术由于受到检测范围限制和实用性的限制，在现实生活中无法满足人们的需求，不能够准确的反映出所检测对象的运动状况，最后可能会导致错过最佳的救助时机。本设计是基于STC公司设计的51单片机的防摔倒报警器，通过ADX

15、L345加速度传感器电路、GSM和GPS来更好地实现对老年人活动的实时监测和判断，并提供及时的救助。数据的采集是通过ADXL345加速度传感器t2此传感器不需要铺设物理线路实现，自身就可以实现对所要监控对象的实时检测，在减少了设计的复杂度同时也提高了检测的准确性；传感器将采集到的数据发送到单片机上，由单片机进行判断老年人所处的状态，及时触发报警器或者发送短信给手机。1.3 本文的安排第1章.介绍本设计所针对的具体现实场景和主要内容，以及国内外研究状况；第2章.介绍本设计所需要的相关技术的工作原理；第3章.首先，介绍整个系统的方案设计，并分析、比较和确定方案；接着，介绍该系统的具体的硬件与电路的

16、构成，其系统元件的性质与操作手段等。第4章.主要是对该系统的软件部分进行简介，包括编写程序和串口程序烧写；第5章.给出实物的硬件调试和注意事项。第6章.总结做毕业设计的整体心得感受。第二章关键技术概述2.1 单片机单片机，一个简单的芯片取代很多大型而复杂的设备，当下时代已经可以当做一台微型计算机M使用，进入一条独立发展的道路一一SoC嵌入式5系统。单片机的功能也随着高速发展的科技变得越来越强大，如今32位的单片机早已进入主流市场，已经被应用到日产生活的各种领域中。在很大程度上提高了产品升级的效率。单片机完整的控制系统由软件设计和硬件设计共同构成。单片机的软件设计主要是编程，C语言是程序设计中运

17、用最广泛的语言；单片机的硬件设计主要是PCB板设计和电路原理图设计，相比较软件设计而言，硬件设计更麻烦，成本也高。现代的单片机能够很便捷地与计算机通信，而如今的通信设备也已经实现单片机智能控制，因此日常生活中单片机为计算机和通信设备间提供非常方便的无知条件。单片机的特点：（1）系统模块化；（2）功率消耗低，可靠性高;（3）功能强大，处理速度快;（4）工作环境要求低;（5）体积小，容量大;（6）控制功能强。2.2GPSGPS最开始应用于军队导航系统，除了导航之外，还为军队提供核爆检测、情报搜集等服务。后来，GPS利用自身精度高，成本低的优势，开始面向全球人民，为人们提供速度、定时、三维位置等导航

18、信息。目前，GPS导航系统是通过24颗人造卫星定位的。GPS的整个系统由地面、空间、用户三部分组成，三部分之间相互联系，互相提供信息，缺一不可。卫星通信技术在导航方面的应用极大地促进了世界更紧密的联系，为更高水平的信息化提供了平台。GPS定位的原理：测量距离。距离是指用户到导航卫星之间的距离，综合多颗卫星到用户距离的数据，通过计算得出用户的具体位置。如图2.1定位原理图所示:定位原理公式：(xx)2 (1- y)2 + (z1- z)T + c(tl - vt0) = di 卜-xy + (Y2-Y)2 + 02 一 种2 + % - %) = d2 尾 一 x)2 + (Y3 - Y)2 +

19、 (z3- Z)2v2 + C(Vt3-Vto) = d3 (- X)2 + (匕-丫)2 + 04 -种2 + c(Vt4- Vto) = d4(2.(2.1. 1)1. 2)(2.1.3)(2.1.4)(1) X、Y、Z表示三维坐标，(Xl-X)表示在X方向与第一颗卫星的相对位置；(2) Y和Z与X相同，分别表示在Y和Z方向上与第一颗卫星的相对位置;(3) C表示伪距，即传输过程中所产生的的误差；(4)(/1一%。)表示在信号接受这段时间，一号卫星信号传输的速度差，其他卫星与此相同。2.3GSMGSM是数字移动通信的标准，有此标准的设备占据了极大一部分的通信设备市场。GSM是第二代通信技术

20、，采用数字语音和信令信道。该网络有四种蜂窝尺寸，每种蜂窝尺寸的覆盖面积也受环境的影响。GSM在安全问题上使用了很多种的加密算法，使得它具有可靠地安全特性，让用户与基站之间的通讯得以被很好的保护起来。本设计中利用GSM进行收发短信，手机接收到的短信内容为：helpme!+具体的位置信息。GSM的系统结构如图2.2所示：提作支持系线OSS图2.2GSM系统结构如图2.2所示，GSM整个系统是由四个子系统组成，主要包括：MS（MobiIeStation,移动台）、NSS（NetworkSUbSyStenI,移动网子系统）、BSS（BaseStationSyStem,基站子系统）、OMC（Operat

21、ionmaintenanceCenter,操作维护中心）。其中：移动台设备：主要是手持终端设备和车载终端设备；基站子系统：包括（1）基站子系统与移动台设备之间连接，实现发送、接收以及资源管理；（2）基站子系统与MSC（MobileServiceSwitchCenter,移动业务交换中心）相连接，实现移动设备与移动设备和移动设备与固定设备之间的正常通讯，传输用户信息和系统信号；（3）基站子系统与OSS（OperationSupportSubsystem,操作支持子系统）相连接，实现对基站子系统的一部分的操作维护管理；移动网子系统：主要是管理GSM用户之间和GSM用户与其他用户之间的通信；操作维护

22、中心：主要实现对用户、设备和网络操作的维护作用。GSM的特点：（1）容量大，号码资源丰富；（2）安全性高；（3）信息灵敏度高；（4）抗干扰能力强，稳定性高；（5）能耗低;（6）基本可以实现随处通话。第三章系统设计与硬件方案3.1 系统方案的确定根据设计所要实现的具体功能，把整个系统分成三部分:数据采集子系统、数据处理子系统、终端设备。本系统具体框图如图3.1所示：图3.1系统框图各子系统的具体功能：（1）数据采集子系统：采集老年人日常活动中所产生的倾角数据；（2）数据处理子系统：将数据采集子系统采集的数据与预先设定好的角度阈值进行对比，以此来判断老年人是否发生跌倒，或者即将发生跌倒；（3）终端

23、设备：接收数据处理子系统发出的求救短信。各模块间相互交互如图3.2所示：图3.2模块间交互如图3.2所示，传感器实时采集老年人活动时所产生的倾角数据，并将这些数据发送给处理子系统单片机，单片机将接收到的数据与自己预先设定的阈值进行对比，当倾角不符合所设定的阈值时，将会触发蜂鸣器发出报警，持续一段时间（大约是IOs）时，如果传感器发现倾斜角度仍然不符合预先设定的角度阈值，与此同时蜂鸣器没有被按下而是处于报警状态，GSM模块将会发送短信给手机寻求帮助。3.2系统的功能分析及体系结构设计本次防摔倒报警器设计主要适应于老年人无人陪伴外出活动时的场景。设计的具体功能实现通过图3.3流程图体现出来：图3.

24、3流程图1、在本系统的设计中，在设备在用户的口袋中向上的适合，蜂鸣报警器是不会进行报警的。如果板倾斜，即发生了老年人摔在地上的情况，那么蜂鸣报警器就会发挥其作用。延时一段时间约IOs,仍然未站起，GSM发送报警信息给手机：HeIPme!+位置信息。2、本设计考虑到设备进行错误报警的实际情况，如果老人在没有跌倒的情况下发现蜂鸣报警器开始工作，老人可以通过报警器的控制按键而停止其报警。如果持续检测到异常，蜂鸣器还会再次触发报警。3、短信处理过程有GSM信号灯指示。3.2系统硬件的选择基于以上所提出来的系统设计方案，对本设计所需要的各种元器件进行选择，在满足设计要求的基础上从经济角度和性能角度来选择

25、。3.2.1单片机芯片的选择方案一：选用CPLD（COmPleXProgrammabIeLogiCDevice,复杂可编程逻辑器）作为控制器。这款编辑器规模比较大，拥有复杂的机构和很高的密度，而且它体积小，稳定性比较好，内部有丰富的I/O资源，易于操作。在功能扩展方面比较容易并且能够满足实现各种复杂的功能，属于大规模集成电路的范围。它是以同步平行的办法获得输入和输出的，所以，他能增加系统的工作效率。如此，作为大范围的中枢系统的中枢内核是较为成功的，而且经济成本比较高。方案二：采用STC89C52单片机作为主控制器。该单片机是一种小型控制器，拥有比较小的功率消耗和比较高的处理性能，系统内部有8K

26、可编程Flash存储器。这种单片机不仅接口丰富而且具有传统51单片机身上所没有的功能，能够满足本设计要求，更重要的是成本低廉。方案三：采用MSP430系列的单片机作为控制器。这种小型控制器是一种混合型，不仅功率消耗更低，而且指令集也更少。由于在一个芯片上集成模拟和数字电路，因此可以为提供微处理器的解决方案提供简便的操作，同时也能为现实生活应用提供“单芯片”混合信号处理。MSP430F149是一款16位，混合型MCU,具有精简的指令集和比较高的可靠性，功率消耗低，扩展灵活，但广泛用于电池供电仪器。通过以上对比可以得出如表3.1单片机芯片对比表:表3.1单片机芯片对比性CPLD可编程逻辑器STC8

27、9C52单片机MSP430单片机复杂度较高一般一般稳定性岛曷高电路复杂度较高低低应用大规模集成电路各种产品电池供电仪器I综合以上可知，STC89C52单片机更符合本设计方案，故选择STC89C52单片机为主控制器。322声音报警电路方案的选择方案一：采用语音集成芯片ISD4004报警，由于ISD4004需要扩充喇叭驱动电路且其本身控制比较繁琐、电路比较复杂，稳定性差。方案二：通过蜂鸣器实现报警电路。蜂鸣器的性能可靠、稳定，由它设计出的电路简单，易于实现，而且经济成本比较低。方案三：如果系统的音乐模块是由音乐芯片实现。内含振荡电路，外接少量奋力元器件的音乐芯片是一个相对简单的语音电路，可以用来产

28、生各种不同的声音信号。该电路简单，成本低。但由于考虑到蜂鸣器也可以实现这种功能和使用人群大多为老年人，更容易被老年人接受。通过以上三种方案对比可以确定出表3.2报警器对比：表3.2报警器对比性能、ISD4004报警蛭鸣器报警音乐芯片复杂度较高一般一般稳定性差r曷电路复杂度较高低低综合以上可以得知蜂鸣器和音乐芯片都满足本设计要求，但考虑到使用对象是老年人，所以蜂鸣器更适合，故选择蜂鸣器。3.2.3倾角传感器的选择方案一：采用陀螺仪来检测老人的运动信息。我们在日常生活中所接触到的陀螺一般都是对称的陀螺，它们不仅有均匀分布的质量还有成轴对称的形状。陀螺仪又被称作角速度传感器，根据物体因运动而产生的转

29、动角速度来判断物体的运动状态，因此陀螺仪拥有较高的精度和比较强的稳定性能，能够提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号。陀螺仪通常被应用于航空，航天，航海等领域。方案二：ADXL345传感器模块用于采集老年人的运动状态信息。该传感器是三轴加速度传感器。每个轴具有相应的加速度。当人体出现摔倒的情况时，三个轴的加速度及其矢量和将发生显著的变化。然后，该模块采集三个轴上面的加速度的数据，以判断三个轴上的加速度的变化，从而判断老年人是否跌倒。该模块上具有许多内置寄存器，经济成本低廉且控制简单。由以上对比可以确定如对比表3.3传感器对比：表3.3传感器对比性陀蛭仪ADXL345加速度传感器复杂度较

30、高一般稳定性高高电路复杂度校高较低应用航海、航天、航空加速度传感器产品综合以上最终选择ADXL345加速度传感器为本设计最终传感器。3.2.4无线遥控模块的选择方案一:使用红外线遥控系统。在远程控制范围内，发送端电路将已经调制过得红外光波通过发光二极管发射出去，接收电路将接收到的光波转换成对应的电信号后发送至放大器。如果在传输路径中间存在对于实际的遥控距离有负面影响的情况，那么红外线遥控的效率和控制距离都会降低。方案二：采用315M无线模块对系统进行无线控制，它工作在3-12V的电压范围。当电压出现变化，发送频率几乎不变，传输的距离最远可达800米，并且接收模块不需要经过调整就能稳定地接收。此

31、外，315M无线模块只能传输简单的数据，。方案三：使用Wi-Fi模块传输系统数据。Wi-Fi是一种可以使终端设备很轻松地实现无线上网的技术，并且具有强大的覆盖范围。然而，由于受到距离的限制，使得终端设备无法在任何时候都连接到网络，也就无法保证对老年人的活动过程的实时监控。此外，其安全性也受到一定的挑战。方案四：使用蓝牙模块执行系统的数据的无线传输。蓝牙模块主要由芯片，PCB板和外围设备组成。它也是具有蓝牙功能的PCBo它主要用于无线网络中的通信。无线网络通信通常是指短距离无线通信。数据传输的安全性很高，因此在实际的操作场景下，蓝牙技术可以通过多项只能设备的联通来进行传输。方案五：采用两频GSM

32、模块，即SIM800A,来传输信息，用户需要使用移动电话卡来对信号实现接收。SIM800A模块小巧且稳定，能够用比较低的功率来传输数据。由以上方案可以确定出如表3.4：表3.4无线遥控模块对比称tt红外遥控315M无线模块Wi-Fi模块蓝量摸块GSM模块距离短短逅短最远稳定性差一般高差曷由于本设计考虑到本设计对距离的要求，最终确定选择GSM模块。3.3系统硬件确定通过以上方案对比，最终确定好本设计所需系统硬件如表3.1最终硬件所示：名称单片机传感器GPS模块GSM模块电源报警器灯规格STC89C52ADXL345NE0-6MSIM800A5V电源蛭呜器LED表3.1最终硬件3.4模块电路的设计

33、选定好设计所需要的系统硬件后，要想更好的实现设计方案中提出的功能还需要对这些硬件有足够的了解，掌握好它们的特性才能更好的实现设计所需的功能。3.4.1 STC89C52单片机电路设计STC89C52RC是一款CMOS(互补金属氧化物半导体)8位微控制器，内含8KB闪存。此单片机基于传统MCS51内核，又在此内核基础上做了些许改进，使得这款单片机具有以往经典单片机所没有的功能。除此之外，这款单片机内有闪存和8位CPU,功耗低，性能高，因此，它可以为很多控制应用提供比较好的解决方案。一、单片机的主要特性如下：(1)8K字节程序存储空间；(2)512B数据存储空间；(3)4KBEEPROM存储空间;

34、(4)可直接使用串口下载。二、单片机的主要参数如下：(1)机器周期有两种选择：6T或12T；(2)工作电压:2V3.8V或3.3V5.5V:(3)8KB的应用程序内存；(4)片上集成512字节RAM；(5)32个输入输出端口；(6)配备EEPROM功能；(7)三个定时器/计数器TO、Tl、T2；(8)下降沿和低电平触发电路形式的外部中断；(9)配备通用异步串行口；(10)工作温度：-40+85(工业上)或者075C(商业上)；(Il)PDIP封装。三、单片机部分引脚说明如表3.2所示：表3.2部分引脚引鼻功险VCC供电电压GNDP3.O/RXD空行输入口P3.1/TXD聿行艳出UP3.2XT0

35、外SC中断OP3.3/IXT1外理中斯1P3.4/T0计时髓O外三轮入P3.5/T1计时Ii1外就就入P3.6/TR外三兹据忌屡稣SP3.7/RD外三兹据孑懂善学选通RST复位就入ALE/PROC圮虻钱有允许喧号输出第关程瞅步题入潴PSEN外三层予孑法善的选通信号BA/VPPK向外就程宁不懵船的挂到信号XTALl振装舞友曲鼓大会和时希发生雅的就人然XTAL2长娑券反相放大箴和时钟宾主器的融出线单片机引脚图如图3.4所示:图3.4STC89C52单片机引脚图四、STC89C52单片机最小系统说明：能够使得单片机正常工作的最小系统的三部分电路分别是复位、时钟和电源电路，这三部分可以满足单片机正常工

36、作的需求。单片机最小系统原理图如图3.5所示：图3.5单片机最小系统原理图给单片机供电的引脚是VCC和GND,保证单片机能正常工作；按钮开关S1、电分解储电容器ECl,与RI电阻共同构筑了还原电位的电路。它的功能既简单又重要，既能非自动复位，又能全自主的上电还原电位。系统电源启动时的还原成初始状态的按钮界面收集两个高级别信号并非自动还原，这是需要用手工操作的按钮重置功能。系统检测到从低到高的电压升高,过去不久，在电阻和地面之间形成的路径系统自动切换到低位，这样就能使微控制器的自动的改变电位，从高到低，由此进行通电还原电位，此时单片机是自动的进行还原电位的。时钟电路由晶振Y1、瓷片电容Cl和C2

37、组成。有控制芯片的数字电路正常工作是少不了TIME（时钟）电路的，我们需要时钟电路自动发出系统时间，让控制芯片正常工作。“拍”是控制芯片正常工作的时钟信号，能够使整个控制系统处于正常工作的状态。我们一般使用11.0592MHZ晶振和30PF的电容组合（电容能够让晶振起振，使得数字控制系统上电以后正常工作）来保证整个控制系统正常工作的同时可以提高它的工作能力。JDl为单片机的下载接口。3.4.2 5V电源电路设计本系统选择5V直流电源作为系统总电源，为整个系统供电，电路简单、稳定。电源有一个的直流电源接口DC0它可以与USB电源线非间接的连接。它的一边能够与直流电源插座匹配，另一边能够与通用串行

38、总线接口、可随身携带充电设备、PhOne充电器等5伏特的电源结合。发光二极管是红颜色的，被当做整个框架的光感导航，1000欧姆的电流阻值，限制了电流，它的作用如下：为了发光二极管灯不易过度高温，和发光二极管被烧坏SW为自锁开关，开关按下后，红灯亮，此时系统电源5V直流输出。开关再次按下后，红灯灭，此时系统无电源输出。电源电路原理图如图3.6所示。3.4.3 图3.65V电源电路原理图3.4.4 1.ED信号指示灯电路设计本设计所选用的LED灯，在电路中，电阻的作用是限制电流的大小以达到保护LED灯的作用。如果想让LED灯亮，就要将单片机的控制引脚位拉低，否则，LED灯将不会点亮。具体的电路如图

39、3.7所示。VCC图37LED灯指示电路原理图3.4.5 GSM_SIM800A模块电路设计GSM模块自身配备标准接口，是在一块板上集成射频芯片、存储器等器件，集操作系统和射频处理功能于该模块上，因此能够实现以GSM为基础的网络通信的所有基本功能。SIM800A是具有GSM标准的模块，采用SMT封装。该模块具有极高的性价比，性能比较稳定，所以在市场中受到极大的好评。它的硬件设计曾在传统的构造基础上得至U优化，采用超高效的电源开关，使得电源利用效率高；SIM卡卡座的质量也越发坚固；模块在外围硬件的设计对电源起到更好地保护和抗干扰作用。一、主要特性：(1)两频900/1800MHz；(2) GPR

40、Smulti-slotclass12/10；(3) GPRSmobilestationclassB；(4)满足GSM2/2+标准；-Class4(2W900MHz)；-Class1(1W1800MHz)；(5)尺寸：24*24*3mm;(6)重量：3.1g；(7)通过AT命令控制；(8) SIM应用工具包；(9)供应电压范围：3.44.4V;(10)低功耗；(11)操作温度范围：-4085；(12)下行数据传输最大速率可达85.6kbps；(13) CSD达14.4kbps；(14) 140USSD；(15)非透传。二、多种形式的短信应用：点对点、短信广播等。三、模块接口说明：5V接5V、GN

41、D接GND、R串口接收端和T串口发送端分别于模块通信用四、模块使用：若出现开机异常或自动关机的情况时，要根据具体情况作出分析：当供电不足但SIM卡可以正常工作时可能会出现如下现象：(1)上电后，看到绿灯开始闪烁，很快又灭了，关机了；(2)开机正常后，发送短信进行数据传输时突然就关机了；因此电源要保证以下几点：(1)电压为5V,电压过低，模块会不工作。(2)电流要保证能够提供的最大的电流是2Ao在开机和传输数据的过程中如果输出电流不能满足工作需要，最终可能会关机。(3)供电时电源的电流波动不宜过大，电压波动大也会关机。模块接口原理图如图3.8所示。GSMMOPt图3.8传感器接口电路原理图模块内

42、部具体原理图如图3.9所示。图3.9传感器电路原理图模块实物图如图3.10所示。图3.10模块实物图3.4.6 NEO-6MGPS模块电路设计NEO-6MGPS模块，模块波特率默认是9600,且自带充电电池。定位性能极高，定位的覆盖面籍贯，拥有很高的灵敏度，在定位过程中，好绿消耗极低，除此之外，该模块本身小巧灵活，携带方便，在GPS应用中很受欢迎。模块主要适用于车载、手持设备的移动应用产品中。模块引脚如表3.11所示：表3.11模块引脚1VCC电源脚输入3.35.5V2GND接地脚3RXD串口接收脚4TXD串口发送脚5PPS时钟脉冲输出脚本设计中，模块PPS引脚接红色LED灯（灯常亮时表示正常

43、工作，但没有定位，灯闪烁时表示定位成功）；其他有源天线可以通过预留IPEX接口连接到该模块。其电路原理图如图3.12所示。图3.12模块电路原理图3.4.7 蜂鸣器报警电路（低电平有效）设计本设计中采用蜂鸣器，当单片机的控制引脚电平为低电平时，蜂鸣器报警;当单片机的控制引脚电平为高电平时，蜂鸣器则不报警。电路中的电阻起到限制电流大小以达到保护三极管的作用。蜂鸣器报警电路原理如图3.13所示：,图3.13蜂鸣器报警电路原理图3.4.8 ADXL345倾角传感器模块电路设计本设计选择倾角传感器ADXL345模块皿实现实时检测的目的。该传感器非常适合移动电子产品。当传感器处于倾斜（所被检测的物体的倾

44、斜角范围达到1.0。）状态时，物体静态时的重力加速度不仅可以被检测到，还可以检测动态加速度。该传感器是通过将三个轴上的任意一个加速度与预先设置的阈值进行比较来判断物体是否发生运动。该传感器可以实现用很低的功率对物体运动加速度测量。ADXL345模块接口图如图3.14所示。PI2I12三SCL5VSD5V3SIX)GNDINT2VSINrIIsADXLUMI图3.14ADXL345模块接口图ADXL345模块内部电路图如下图所示。U2即为稳压芯片，可对5V直流电进行转化，转化为3.3V直流电。R2、R3为上拉电阻，让信号输入更加稳定。Dl为电源指示灯，RI为限流电阻，来保护LED灯D1。该模块的

45、电路图如图3.15所示：图3.15ADXL345模块电路图DXL345模块实物图如图3.16所示。图3.16ADXL345模块实物图第四章系统软件设计本论文所提出的单片机项目设计分为两个部分，即硬件部分和软件部分。前一章主要阐述了系统设计的硬件电路的设计方案以及对设计所需要的各种元器件的系统阐述，详细的说明了各元器件的优点和要注意的地方，但是要充分发挥系统的设计功能，还需要支持硬件平台的软件程序，即烧写到单片机内部的程序。本章主要介绍系统的软件设计。4.1编程语言选择本设计属于复杂设计，使用了大量的数学运算，所以本设计的编写语言选择高级语言C语言，使用C语言这样的高级语言E有以下几个优点：(1

46、)程序的可读性提高；(2)关键字和操作函数更容易理解；(3)缩短了程序的开发和调试时间；(4)设计中许多的代码都可以在数据库中找到；(5)其具有高度的可移植性。C语言在当今时代得到人们的普遍喜爱，主要是因为它的可移植性好，目前C语言编译器几乎适用于素有系统，已经完成的项目同时可以再其他的处理器中实现。4. 2单片机程序开发环境本设计中单片机c,5开发环境是KeiluVision4,KeiluVision4是STC公司推出最新一代关于51系列单片机处理器的编译c6连接和调试集成环境。可以降低开发周期，从而减少很多成本。KeiluVision4不仅提供了完整的WindoWS开发环境界面，支持C/C+语言开发，而且其C语言编辑效率很高,能够使使用者很容易地使用C语言编写程序。其中KeilUViSiOn4有以下特点：(1) KeiIUViSiOn4软件支持多种操作系统；(2) KeilUViSiOn4函数库丰富，开发工具强大；(3) Ke