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基于MPU6050的老人摔倒检测系统设计
摘要：如何减少老年人摔倒造成的伤害已经成为国内外研究人员的一个研究焦点。MPU6050传感器集成的三轴加速度和角速度传感器对人体运动行为和姿态进行检测，综合判断老人是否摔倒。系统利用GSM模块通信，同时利用GPS模块进行定位。采用了阈值判定摔倒检测算法，提高了判断的准确性，并能够识别老人从不同的角度摔倒。
关键词：摔倒检测，阀值算法，MPU6050，GPS，GSM
中图分类号：TN609⁃34文献标识码：A
0引言
目前国内外对于摔倒识别的研究层出不穷，甚至有的研究成果已经作为产品面世。根据获取摔倒信息手段的不同，目前的摔倒识别技术主要分为：用户自主启动型报警系统、基于视频装置的摔倒探测系统、基于MEMS传感器的摔倒姿态检测系统等[1][2]。
用户自主型报警系统具有一些难以避免的缺点：用户在摔倒之后必须没有失去意识，有一定的活动能力。另外，目前基于视频装置的摔倒探测系统对于用户的隐私权还不能完全保证，而且存在一些视频的死角等问题。基于MEMS传感器的摔倒探测系统是指嵌入了微型传感器的设备，这种检测系统可以实时监测人体的活动，通过算法判断是否发生了摔倒。这种判断方式可以应用于摔倒之后晕倒的情况，对患有老年精神疾病的对象也可以实现保护；另外对用户的隐私实现了最大程度的保护，应用的范围限制也比较小，是一种比较理想的摔倒检测系统。
MPU6050的角速度感测范围最高可以达到±2000°/s，能够准确地追踪动作;加速度感测范围最高可以达到±16g，完全能满足对人体摔倒动作的检测要求。本文运用一种新型的MEMS传感器MPU6050，能同时对三轴加速度及三轴角速度进行检测，通过实验设定了加速度与角速度阈值，通过阈值与人体姿态数据的组合分析能较准确的对人体摔倒进行检测判断[3]。
1系统设计原理
本文是基于MPU6050传感器设计的可老人摔倒检测系统，原理框图如图1所示。主要包括五个部分：微控制器、MPU6050姿态检测模块、GPS定位模块、GSM/GPRS通讯模块、4*4矩阵键盘模块。其中键盘模块是为了方便用户修目标电话号码。该模块采用可拆卸设计，为减小产品体积，用户在实际使用过程中可将键盘拆下，只有当修改号码时才需要该模块。

MSP430
控制系统
GPS
MPU
6050
GSM
供电电源
4*4键盘

图1系统设计原理图
本文微控制器选择的是低功耗单片机MSP430F149，不仅满足本系统的所有要求而且可以降低产品的成本。MPU6050姿态检测模块可以实时检测用户的加速度和角加速度，并把数据传输到MSP430F149单片机进行分析，从而判断用户的运动姿态。
GPS定位模块采用的型号是ProGinSR-87。该系列GPS模块采用高灵敏度，高性能的SiRFStarⅢ芯片组紧凑设计方案。该模块在同一时间能跟踪多达20颗卫星，同时提供快速的时间首次定位和1Hz的导航更新，将接收到的卫星定位数据实时传送到单片机，利用GPS解析程序提取其中的经度与纬度坐标。
GSM/GPRS通讯模块采用的是华为生产的GTM900-B通讯模块，该模块集成了可靠的外围电路以及扩展了端口。GTM900的主要功能有：语音通话、短信收发、GPRS网络数据收发、彩信收发，使用串口通讯的方式和外部连接。该模块利用AT指令来发送求助短信。当摔倒事件发生时，单片机控制该模块向目标手机发出警报以及摔倒的位置。
2姿态检测模块设计
姿态检测模块采用的是MPU6050传感器，是全球首例9轴运动处理传感器。它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP（DigitalMotionProcessor），可用IIC接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。扩展之后就可以通过其IIC或SPI接口输出一个9轴的信号。
MPU6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps），加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。
陀螺仪MPU6050是采用IIC的协议通信的，通过寄存器地址进行访问。MPU6050电路图如图2所示，5V/3.3V电源输入，XDA/XCL用于外接其他IIC接口传感器，不用。SDA，SCL连接到单片机，INT产生中断信号，连接至单片机。AD0一般接地。注意使用IO口模拟IIC信号时候，要注意SDA所连接的单片机IO口输入输出方向设置。

图2MPU6050电路原理图

3系统算法设计
3.1姿态检测算法
MPU6050采用标准的IIC通信协议实时的向单片机传送用户姿态数据，包括三轴加速度与三轴角速度信息，单片机