基于STM32F103单片机的老人防跌倒报警装置GSM短信蜂鸣器报警方案原理图程序设计
硬件电路的设计
（末尾附文件）
3.1系统的功能分析及体系结构设计
3.1.1系统功能分析
本设计由STM32单片机核心板电路+ADXL345加速度传感器电路+GSM电路+指示灯电路+按键电率+蜂鸣器报警电路+电源电路组成。
1、采用倾角传感器adxl345模块,实时检测老人的状态角度。
2、采用GSM模块实现短信的发送，只要老人跌倒了（且没有按下解除误报警操作按钮），设备将会向设定的手机号码发送求救短信“help me！”！
3、板子正常情况下是竖直装在口袋里的（adxl345模块在下角竖直立着），一旦倾角传感器检测到老人摔倒，蜂鸣器将会鸣叫报警,且摔倒的时间超过约15秒短信上报（延迟15秒是为了确定老人已经跌倒且15秒钟都没有自行爬起来，设备认为老人跌倒伤的过重，需要报警提醒周围的人帮忙）。如果老人没有跌倒，而是弯腰等等，这属于误报警，则老人可以自己用按键取消键取消警报。
3.1.2系统总体结构
本系统具体框图如下图所示：
原理图:
STM32单片机核心电路设计
STM32系列处理器是意法半导体ST公司生产的一种基于ARM 7架构的32位、支持实时仿真和跟踪的微控制器。选择此款控制芯片是因为本系统设计并非追求成本的最低或更小的功耗，而是在实现本设计功能的前提下能够提供更丰富的接口和功能以便于设计实验系统各实验项目所需的外围扩展电路。此款控制芯片在完成单片机课程的学习后上手较为容易，在医疗器械中应用广泛，具有很好的学习、实验研究价值。
一、STM32的主要优点：
（1）使用ARM最新的、先进架构的Cortex-M3内核
（2） 优异的实时性能
（3） 杰出的功耗控制
（4） 出众及创新的外设
（5） 最大程度的集成整合
（6） 易于开发，可使产品快速将进入市场
二、STM32——最佳的平台选项
对于使用同一平台进行多个项目开发而言，STM32是最
佳的选择：
（1） 从仅需少量的存储空间和管脚应用到需要更多的存储空间和管脚的应用
（2） 从苛求性能的应用到电池供电的应用
（3） 从简单而成本敏感的应用到高端应用
（4） 全系列脚对脚、外设及软件的高度兼容性，给您带来全方位的灵活性。您可以在不必修改您原始框架及软件的条件下，将您的应用升级到需要更多存储空间或精简到使用更少存储空间/ 或改用不同的封装的规格。
STM32F103C8T6单片机核心板接口电路图如下图所示。
ADXL345倾角传感器模块电路设计
本设计选择倾角传感器ADXL345模块实时检测相关的状态信息。ADXL345是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，分辨率高(13位)，测量范围达± 16g。数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI(3线或4线)或I2C数字接口访问。ADXL345非常适合移动设备应用。它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，还可以测量运动或冲击导致的动态加速度。其高分辨率(3.9mg/LSB)，能够测量不到1.0°的倾斜角度变化。该器件提供多种特殊检测功能。活动和非活动检测功能通过比较任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生。敲击检测功能可以检测任意方向的单振和双振动作。自由落体检测功能可以检测器件是否正在掉落。这些功能可以独立映射到两个中断输出引脚中的一个。正在申请专利的集成式存储器管理系统采用一个32级先进先出(FIFO)缓冲器，可用于存储数据，从而将主机处理器负荷降至最低，并降低整体系统功耗。低功耗模式支持基于运动的智能电源管理，从而以极低的功耗进行阈值感测和运动加速度测量。ADXL345模块接口图如下图所示。
ADXL345模块内部电路图如下图所示。U2即为稳压芯片，实现5V直流电转化为3.3V直流电，C1-C4为滤波电容。R2、R3为上拉电阻，让信号输入更加稳定。D1为电源指示灯，R1为限流电阻，来保护LED灯D1。
蜂鸣器报警电路（高电平有效）设计
有源蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。本系统所采用的报警模块为5V有源蜂鸣器模块，电路中采用三极管9012来驱动，只要单片机控制引脚为高电平，蜂鸣器就会鸣叫报警，反之则不鸣叫，可以通过控制单片机引脚方波输出形式控制蜂鸣器的鸣叫方式。电阻为限流电阻，保护作用。
GSM_SIM800A模块电路设计
GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。GSM模块具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。简单来讲，GSM模块加上键盘、显示屏和电池，就是一部手机。
SIM800A是SIMCOM公司推出的一款高性能工业级 GSM/GPRS 模块， 该模块具有极高的性价比，在双频的市场中占据极大份额。
GSM_SIM800A模块采用高性能工业级GSM/GPRS模块：SIM800A，工作频段:GSM900/1800MHz。硬件设计在官方设计上加以优化,采用高效开关电源供电，SIM卡采用主流的卡座，质量更坚固。GSM_SIM800A模块在外围硬件的设计上参考了SIM800A 模块的硬件设计指南，对板子的电源、保护和抗干扰上做足了功夫。电源采用开关电源模块供电，电源利用效率高。
模块应用领域：远程监控、远程智能抄表、智能家居和车载设备等远程通讯设备。
SIM800A是一款两频GSM/GPRS模块,为SMT封装。其性能稳定，外观小巧，性价比高，能满足客户的多种需求。SIM800A工作频率为GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输。SIM800A尺寸为24243mm，能适用于各种紧凑型产品设计需求。
一、主要特性
（1）两频900/1800MHz
（2）GPRS multi-slot class 12/10
（3）GPRS mobile station class B
（4）满足GSM 2/2+ 标准
– Class 4 (2W @900MHz)
– Class 1 (1W @1800MHz)
（5）尺寸： 24243mm
（6）重量： 3.1g
（7）通过AT命令控制（GSM 07.07 ,07.05 and SIMCOM 增强AT命令集）
（8）SIM应用工具包
（9）供应电压范围： 3.4 ~ 4.4V
（10）低功耗
（11）操作温度范围： -40℃ ~ 85℃
（12）数据传输GPRS class 12：最大85.6 kbps（下行速率）
（13）CSD达14.4 kbps
（14）140USSD
（15）非透传
二、在短信应用方面有如下特点
（1）点对点MO and MT
（2）短信广播
（3）文本和PDU模式
三、模块接口说明
（1）5V 接5V
（2）GND 接GND
（3）R 串口接收端，与模块通信用的
（4）T 串口发送端，与模块通信用的
四、模块使用说明
（1）开机异常或自动关机
如果发生如下现象：
a、上电后，看到绿灯开始闪烁，很快又灭了，关机了；
b、开机正常后，发送短信进行数据传输时突然就关机了；
以上现象在保证 SIM 卡正常时，一般都是供电不足造成的。
电源请保证以下几点：
a、电压为5V，电压过低，模块会不工作。
b、电流需保证能提供2A的峰值。开机和数据传输过程电流较大，输出电流不够会造成电压跌落，而关机。
c、电源电流纹波不要过大，电压波动大，模块也会关机。
模块接口原理图如下图所示。
系统软件设计
adxl345部分代码：
#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "adxl345.h"
#define SDA_RCC RCC_APB2Periph_GPIOA
#define SDA_GPIO GPIOA
#define SDA_GPIO_PIN GPIO_Pin_2
#define SCL_RCC RCC_APB2Periph_GPIOA
#define SCL_GPIO GPIOA
#define SCL_GPIO_PIN GPIO_Pin_1
#define SCL_OUT() SCL_Set_Output() //置位scl
#define SET_SCL() GPIO_SetBits(SCL_GPIO, SCL_GPIO_PIN) //置位scl
#define CLE_SCL() GPIO_ResetBits(SCL_GPIO, SCL_GPIO_PIN)//清楚scl
#define SDA_OUT() SDA_Set_Output()
#define SDA_INT() SDA_Set_Input()
#define SET_SDA() GPIO_SetBits(SDA_GPIO, SDA_GPIO_PIN)//置位sda
#define CLE_SDA() GPIO_ResetBits(SDA_GPIO, SDA_GPIO_PIN)//清楚sda
#define SDA_VAL() GPIO_ReadInputDataBit(SDA_GPIO, SDA_GPIO_PIN)
#define SlaveAddress 0xA6 //定义器件在IIC总线中的从地址,根据ALT ADDRESS地址引脚不同修改 //ALT ADDRESS引脚接地时地址为0xA6，接电源时地址为0x3A
unsigned char BUF[8]; //接收数据缓存区
unsigned char ge,shi,bai,qian,wan; //显示变量
unsigned char err;
float temp_X,temp_Y,temp_Z;
void SCL_Set_Output(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SCL_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(SCL_GPIO, &GPIO_InitStructure);
}
void SDA_Set_Output(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SDA_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(SDA_GPIO, &GPIO_InitStructure);
}
void SDA_Set_Input(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SDA_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(SDA_GPIO, &GPIO_InitStructure);
}
/**************************************
起始信号
**************************************/
void ADXL345_Start(void)
{
SCL_OUT();
SDA_OUT();
SET_SDA();//SDA = 1; //拉高数据线
SET_SCL();//SCL = 1; //拉高时钟线
delay_us(2);//Delay5us(); //延时
CLE_SDA();//SDA = 0; //产生下降沿
delay_us(2);//Delay5us(); //延时
CLE_SCL();//SCL = 0; //拉低时钟线
}
/**************************************
停止信号
**************************************/
void ADXL345_Stop(void)
{
SCL_OUT();
SDA_OUT();
CLE_SDA();//SDA = 0; //拉低数据线
SET_SCL();//SCL = 1; //拉高时钟线
delay_us(2);//Delay5us(); //延时
SET_SDA();//SDA = 1; //产生上升沿
delay_us(2);//Delay5us(); //延时
CLE_SCL();
}
/**************************************
发送应答信号
入口参数:ack (0:ACK 1:NAK)
**************************************/
void ADXL345_SendACK(uchar ack)
{
SCL_OUT();
SDA_OUT();
if(ack==0)//SDA = ack; //写应答信号
{
CLE_SDA();
}
else
{
SET_SDA();
}
SET_SCL();//SCL = 1; //拉高时钟线
delay_us(2);//Delay5us(); //延时
CLE_SCL();//SCL = 0; //拉低时钟线
delay_us(5);//Delay5us(); //延时
}
/**************************************
接收应答信号
**************************************/
uchar ADXL345_RecvACK(void)
{
SDA_INT();
SCL_OUT();
SET_SCL();//SCL = 1; //拉高时钟线
delay_us(2);// Delay5us(); //延时
SET_SCL();
if(SDA_VAL()== Bit_SET) //CY = SDA; //读应答信号
{
err = 1;
}
else
{
err = 0;
}
CLE_SCL() ;//SCL = 0; //拉低时钟线
delay_us(5);// Delay5us(); //延时
SDA_OUT();
return err;
}
/**************************************
向IIC总线发送一个字节数据
**************************************/
void ADXL345_SendByte(unsigned char dat)
{
unsigned char i;
SCL_OUT();
SDA_OUT();
for (i=0; i<8; i++) //8位计数器
{
delay_us(5); //延时
if(dat&0x80) //SDA = CY; //送数据口
{SET_SDA();}
else
{CLE_SDA();}
delay_us(5); //延时
SET_SCL();//SCL = 1; //拉高时钟线
delay_us(5); //延时
CLE_SCL();//SCL = 0; //拉低时钟线
dat <<= 1; //移出数据的最高位
}
ADXL345_RecvACK();
}
/**************************************
从IIC总线接收一个字节数据
**************************************/
unsigned char ADXL345_RecvByte(void)
{
unsigned char i;
unsigned char Mid;
unsigned char dat = 0;
SDA_INT();
SCL_OUT();
for (i=0; i<8; i++) //8位计数器
{
dat <<= 1;
delay_us(5); //延时
SET_SCL();
if(SDA_VAL()== Bit_SET) //CY = SDA; //读应答信号
{
Mid = 1;
}
else
{
Mid = 0;
}
// Mid=SDA_VAL();
if(Mid) dat++;
delay_us(5);
CLE_SCL();//SCL = 0; //拉低时钟线
}
return dat;
}
//******单字节写入*******************************************
void Single_Write_ADXL345(uchar REG_Address,uchar REG_data)
{
ADXL345_Start(); //起始信号
ADXL345_SendByte(SlaveAddress); //发送设备地址+写信号
ADXL345_SendByte(REG_Address); //内部寄存器地址，请参考中文pdf22页
ADXL345_SendByte(REG_data); //内部寄存器数据，请参考中文pdf22页
ADXL345_Stop(); //发送停止信号
}
//********单字节读取*****************************************
uchar Single_Read_ADXL345(uchar REG_Address)
{ uchar REG_data;
ADXL345_Start(); //起始信号
ADXL345_SendByte(SlaveAddress); //发送设备地址+写信号
ADXL345_SendByte(REG_Address); //发送存储单元地址，从0开始
ADXL345_Start(); //起始信号
ADXL345_SendByte(SlaveAddress+1); //发送设备地址+读信号
REG_data=ADXL345_RecvByte(); //读出寄存器数据
ADXL345_SendACK(1);
ADXL345_Stop(); //停止信号
return REG_data;
}
//*********************************************************
//
//连续读出ADXL345内部加速度数据，地址范围0x32~0x37
//
//*********************************************************
void Multiple_Read_ADXL345(void)
{ uchar i;
ADXL345_Start(); //起始信号
ADXL345_SendByte(SlaveAddress); //发送设备地址+写信号
ADXL345_SendByte(0x32); //发送存储单元地址，从0x32开始
ADXL345_Start(); //起始信号
ADXL345_SendByte(SlaveAddress+1); //发送设备地址+读信号
for (i=0; i<6; i++) //连续读取6个地址数据，存储中BUF
{
BUF[i] = ADXL345_RecvByte(); //BUF[0]存储0x32地址中的数据
if (i == 5)
{
ADXL345_SendACK(1); //最后一个数据需要回NOACK
}
else
{
ADXL345_SendACK(0); //回应ACK
}
}
ADXL345_Stop(); //停止信号
delay_ms(5);
}
//*****************************************************************
//初始化ADXL345，根据需要请参考pdf进行修改************************
void Init_ADXL345(void)
{
Single_Write_ADXL345(0x31,0x0B); //测量范围,正负16g，13位模式
Single_Write_ADXL345(0x2C,0x08); //速率设定为12.5 参考pdf13页
Single_Write_ADXL345(0x2D,0x08); //选择电源模式 参考pdf24页
Single_Write_ADXL345(0x2E,0x80); //使能 DATA_READY 中断
Single_Write_ADXL345(0x1E,0x00); //X 偏移量 根据测试传感器的状态写入pdf29页
Single_Write_ADXL345(0x1F,0x00); //Y 偏移量 根据测试传感器的状态写入pdf29页
Single_Write_ADXL345(0x20,0x05); //Z 偏移量 根据测试传感器的状态写入pdf29页
}
//***********************************************************************
//显示x轴
void ReadData_x(void)
{
int dis_data; //变量
Multiple_Read_ADXL345(); //连续读出数据，存储在BUF中
dis_data=(BUF[1]<<8)+BUF[0]; //合成数据
// if(dis_data<0)
// {
// dis_data=-dis_data;
// }
temp_X=(float)dis_data*3.9; //计算数据和显示,查考ADXL345快速入门第4页
dis_data=(BUF[3]<<8)+BUF[2]; //合成数据
// if(dis_data<0)
// {
// dis_data=-dis_data;
// }
temp_Y=(float)dis_data*3.9; //计算数据和显示,查考ADXL345快速入门第4页
dis_data=(BUF[5]<<8)+BUF[4]; //合成数据
// if(dis_data<0)
// {
// dis_data=-dis_data;
// }
temp_Z=(float)dis_data*3.9; //计算数据和显示,查考ADXL345快速入门第4页
}
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链接：https://pan.baidu.com/s/1v1ca1q_GGv0yrS6HedHZPg
提取码：ze0w
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