摔倒警报鞋

1.摔倒警报鞋，其特征是结构包括U1主控芯片STM32F103-48、U3传感器MMA8452Q模块、蜂鸣器、3个功能贴片按键和U2蓝牙芯片MMBC05-0B，其中U1主控芯片STM32F103-48与U3传感器MMA8452Q模块用I2C1口通讯方式连接；U1主控芯片STM32F103-48与U2蓝牙芯片MMBC05-0B用串口USART1通讯方式连接；3个功能贴片按键的一端通过上拉电阻与U1主控芯片STM32F103-48的引脚（33、32、28）连接，3个功能贴片按键的另一端接地；复位按键S2，并联一个0.1uf的电容后一接地，另一端通过上了电阻与U1主控芯片STM32F103-48的RESET引脚连接；蜂鸣器以灌电流方式串联0欧电阻接入U1主控芯片STM32F103-48；所述的U1主控芯片STM32F103-48用I2C通讯方式与U3传感器模块MMA8452Q通信，得到三个8位A/D值，根据设定的加速度范围转换成实际的加速度值，在初始状态，以鞋的垂直向下方向为X轴、水平线为Y轴、垂直ＸＹ平面为Ｚ轴建立坐标系，当鞋子有倾斜的时候，坐标轴随之倾斜，则重力线与X轴会产生一个角度ａ；就相当于重力加速度在坐标轴中的位置变化，用投影法分解成X、Y、Z轴上的三个分量加速度值；根据X、Y、Z轴的加速度值及重力加速度的值，算出鞋与垂直方向Ｘ轴的夹角ａ，具体过程为：将得到的X轴方向的A/D值放在变量MMA8452q_x中，其变量MMA8452q_x数值范围0~255，若变量MMA8452q_x <128，位于X轴正方向, 其X轴与重力线的夹角ａ的cos值MMA8452q_x_cos=(float) MMA8452q_x/128*2；
若变量MMA8452q_x ≥ 128,位于X轴负方向，MMA8452q_x=~MMA8452q_x+1，MMA8452q_x_cos=(float) MMA8452q_x/128*2，通过鞋子底面与水平地面的角度β的改变，即来判定使用者是否摔倒，并将走路时瞬时的加速度变化排除掉;当角度β大于６０度即MMA8452q_x_cos<0.5时，若持续７～８秒判断为鞋子姿势反常,此时U1主控芯片STM32F103-48用串口USART1通过AT指令给U2蓝牙芯片MMBC05-0B发送拨号指令; U2蓝牙芯片MMBC05-0B控制连接的手机拨打电话；所述的U3传感器MMA8452Q模块的时钟信号SCL端与U1主控芯片STM32F103-48的时钟信号SCL（PB10）端相接； U3传感器MMA8452Q模块的数据信号SDA端与U1主控芯片STM32F103-48的数据信号SDA（PB11）端相接；通过SCL时钟信号和SDA数据信号，U3传感器MMA8452Q模块向U1主控芯片STM32F103-48传输加速度A/D；所述的U2蓝牙芯片MMBC05-0B的串口信号TX与U1主控芯片STM32F103-48串口USART1信号端RX（PA9）连接；U2蓝牙芯片MMBC05-0B的串口信号RX与U1主控芯片STM32F103-48串口USART1信号端TX（PA10）连接。

摔倒警报鞋\n技术领域\n[0001] 本发明涉及的是一种摔倒警报鞋，能够监测摔倒并实现自动蓝牙拨号报警，属于电子技术领域。\n背景技术\n[0002] 随着经济社会的发展，空巢老人越来越多，老人在发生意外摔倒时经常会出现无法自我救助的情况。此时就需要一款能够实时监测老人状态并自动报警的产品。\n[0003] 市场上的摔倒警报器一般只有腰带腕带等，这类产品有佩带的麻烦，而且其检测的情况复杂容易出现误警报。其拨号使用的是手机芯片，成本较高，带来售价较高的缺陷。\n在鞋子方面，一般的鞋子只具有防滑防扭伤的功能 ，无法进行实时的监控和自动拨号警报。\n发明内容\n[0004] 本发明提出的是一种摔倒警报鞋，其目的旨在克服现有产品的不足，本发明将鞋子与摔倒警报器结合在一起，通过自身的线路板连接各个元器件，并通过自身携带的程序实现对穿戴者进行实时的监测，并在其摔倒无法自我救助时实现自动蓝牙连接穿戴者的手机进行拨号警报。\n[0005] 本发明的技术解决方案：其特征是结构包括U1主控芯片STM32F103-48、U3传感器MMA8452Q模块、蜂鸣器、3个功能贴片按键和U2蓝牙芯片MMBC05-0B，其中U1主控芯片STM32F103-48与U3传感器MMA8452Q模块用I2C1口通讯方式连接；U1主控芯片STM32F103-48与U2蓝牙芯片MMBC05-0B用串口USART1通讯方式连接；3个功能贴片按键的一端通过上拉电阻与U1主控芯片STM32F103-48的引脚（33、32、28）连接，3个功能贴片按键的另一端接地；复位按键S2，并联一个0.1uf的电容后一接地，另一端通过上了电阻与U1主控芯片STM32F103-48的RESET引脚连接；蜂鸣器以灌电流方式串联0欧电阻接入U1主控芯片STM32F103-48。\n[0006] 本产品通过三个按键调节设置，经I2C1接收传感器传送的数据，将数据转化成角度关系，判别使用者是否摔倒。当判定摔倒时，蜂鸣器发声报警，并通过UART串口向蓝牙发送命令，使其通过手机自动拨号。\n[0007] 本发明的有益效果：通过三个功能贴片按键调节设置，经I2C1接收传感器传送的数据，将数据转化成角度关系，判别使用者是否摔倒。当判定摔倒时，蜂鸣器发声报警，并通过UART串口向蓝牙发送命令，使其通过手机自动拨号。本发明通过实时采集传感器的三轴数据，并通过对数据的分析判断，实现摔倒进行自动蓝牙拨号报警。\n附图说明\n[0008] 图1是U1主控芯片STM32F103-48与按键、蜂鸣器、复位电路等接线图。\n[0009] 图2是U2蓝牙芯片MMBC05-0B接线图。\n[0010] 图3是U3传感器模块MMA8452Q接线图。\n[0011] 图4是电源模块电路图。\n[0012] 图5是本发明的接线图。\n具体实施方式\n[0013] 对照附图，其结构包括U1主控芯片STM32F103-48、U3传感器MMA8452Q模块、蜂鸣器、3个功能贴片按键（其中贴片按键S5是末号重播键，贴片按键S4 、S6是电话号码选择键、S2是复位按键）和U2蓝牙芯片MMBC05-0B，其中U1主控芯片STM32F103-48与U3传感器MMA8452Q模块用I2C1口通讯方式连接；U1主控芯片STM32F103-48与U2蓝牙芯片MMBC05-0B用串口USART1通讯方式连接；3个功能贴片按键的一端通过上拉电阻与U1主控芯片STM32F103-48连接，3个功能按键的另一端接地；其中复位按键S2并联一个0.1uf的电容后一接地，复位按键S2的另一端通过上了电阻与U1主控芯片STM32F103-48的RESET引脚连接；蜂鸣器以灌电流方式串联0欧电阻接入U1主控芯片STM32F103-48。\n[0014] 所述的U1主控芯片STM32F103-48(如图1）用I2C通讯方式与U3传感器模块MMA8452Q（如图3）通信，得到三个8位A/D值，根据设定的加速度范围转换成实际的加速度值，在初始状态，以鞋的垂直向下方向为X轴、水平线为Y轴、垂直ＸＹ平面为Ｚ轴建立坐标系，当鞋子有倾斜的时候，坐标轴随之倾斜，则重力线与X轴会产生一个角度ａ。就相当于重力加速度在坐标轴中的位置变化，可以用投影法分解成X、Y、Z轴上的三个分量加速度值。根据X、Y、Z轴的加速度值及重力加速度的值，算出鞋与垂直方向Ｘ轴的夹角ａ=Arccos（X轴的加速度值/重力加速度）。具体过程为：将得到的X轴方向的A/D值放在变量MMA8452q_x中，其变量MMA8452q_x数值范围0~255，若变量MMA8452q_x <128，位于X轴正方向, 其X轴与重力线的夹角ａ的cos值MMA8452q_x_cos=(float) MMA8452q_x/128*2；\n若变量MMA8452q_x≥128,位于X轴负方向，MMA8452q_x=~MMA8452q_x+1，MMA8452q_x_cos=(float) MMA8452q_x/128*2。通过鞋子底面与水平地面的角度β的改变（MMA8452q_x_cos值得改变）即来判定使用者是否摔倒，并将走路时瞬时的加速度变化排除掉;当角度β大于６０度即MMA8452q_x_cos<0.5时，若持续７～８秒判断为鞋子姿势反常,此时U1主控芯片STM32F103-48用串口USART1通过AT指令给U2蓝牙芯片MMBC05-0B（如图2）发送拨号指令; U2蓝牙芯片MMBC05-0B控制连接的手机拨打电话。\n[0015] 对照附图5:\n[0016] U3传感器MMA8452Q模块（图3）的时钟信号SCL端与U1主控芯片STM32F103-48（图1）的时钟信号SCL（PB10）端相接；\n[0017] U3传感器MMA8452Q模块的数据信号SDA端与U1主控芯片STM32F103-48（图1）的数据信号SDA（PB11）端相接；\n[0018] 通过SCL时钟信号和SDA数据信号，U3传感器MMA8452Q模块向U1主控芯片STM32F103-48传输加速度A/D；\n[0019] U2蓝牙芯片MMBC05-0B(图2)的串口信号TX与U1主控芯片STM32F103-48（图\n1）串口USART1信号端RX（PA9）连接；\n[0020] U2蓝牙芯片MMBC05-0B(图2)的串口信号RX与U1主控芯片STM32F103-48(图\n1)串口USART1信号端TX（PA10）连接。\n[0021] 通过USART1的TX端口, U1主控芯片STM32F103-48向U2蓝牙芯片MMBC05-0B发送AT指令，通过USART1的RX端口, U1主控芯片STM32F103-48读取U2蓝牙芯片MMBC05-0B反馈的信息；\n[0022] 电源模块（图4）中的VCC端口与U1主控芯片STM32F103-48(图1）、U2蓝牙芯片MMBC05-0B(图2)、U3传感器MMA8452Q模块（图3）中的VCC端口相连接，为其供电。\n[0023] 对照附图1:\n[0024] 电容C11=0.1uF、电容C12=0.1uF、电容C14=0.1uF为滤波电容，两端连接电源正极负极并分别与U1主控芯片STM32F103-48电源正负极端连接，作用是电源滤波；\n[0025] 电容C3=0.1uF、贴片按键S2（即复位按键）、电阻R3=10k和电源组成了复位电路（低电平复位）。电阻R3一端接电源正极，电阻R3的另一端接RESET、电容C3和复位按键S2，电容C3的另一端和按键的另一端相连并接地。正常情况下，电容C3相当于断路RESET端电平为高，当按下贴片按键S2电平变低复位。作用是系统复位。\n[0026] U1主控芯片STM32F103-48（图1）的I/O口PA12通过上拉电阻R=10k连接贴片按键S4；I/O口PA11通过上拉电阻R=10k连接贴片按键S5；I/O口PB15通过上拉电阻R=10k连接贴片按键S6。贴片按键S4、S5、S6的作用是设置系统，贴片按键S4是电话号码选择键，贴片按键S6是电话号码选择键，贴片按键S5是末号重播键。\n[0027] 对照图2：\n[0028] 本部分为U2蓝牙芯片MMBC05-0B,VBAT、3V3、POWER接3.3V电源正极，U2蓝牙芯片MMBC05-0B的22、35、57~59、61~65号引脚为GND接地端；电容CL1、CL2一端并联接地，CL2另一端接信号天线RF和电感LL1，电感LL1的另一端和CL1的另一端并联接地,其中电容CL1=100pF、CL2=100pF、电感LL1=10uH起信号滤波抗干扰作用；U2蓝牙芯片MMBC05-0B的串口信号TX与U1主控芯片STM32F103-48（图1）串口USART1信号端RX（PA9）连接；U2蓝牙芯片MMBC05-0B的串口信号RX与U1主控芯片STM32F103-48(图1)串口USART1信号端TX（PA10）连接。\n[0029] 本部分的作用：U1主控芯片STM32F103-48通过发送AT指令控制U2蓝牙芯片MMBC05-0B与手机蓝牙的连接、断开、拨号进而用蓝牙控制穿戴者的手机进行自动拨号。\n[0030] 对照图3：\n[0031] 本部分为U3传感器MMA8452Q模块。电容C32=100pF、C31=100pF、C33=100pF为滤波作用,C32一端接电源正极和VDDIO，另一端接电源负极；C33一端接BYP，另一端接地；\n电容C32一端接电源正极和VDD，电容C32的另一端接电源负极； I2C接口的输出端是漏极开路或集电极开路，所以电阻R32=1K、R31=1K为I2C的上拉电阻；R32一端与VCC相连，R32的另一端接模块I2C时钟总线SCL；电阻R33一端与VCC相连，电阻R33的另一端接模块I2C数据总线SDA,模块I2C器件地址选择端口SA0接地。\n[0032] U3模块与U1主控芯片STM32F103-48（图1）通过I2C通讯方式连接，模块的时钟信号SCL端与U1主控芯片STM32F103-48（图1）的时钟信号SCL（PB10）端相接；U3传感器MMA8452Q模块的数据信号SDA端与U1主控芯片STM32F103-48（图1）的数据信号SDA（PB11）端相接。\n[0033] 本部分的作用：加速度计固定在鞋子上，使用者脚穿戴上该鞋子。工作时，加速度计将随脚一起运动；U1主控芯片STM32F103-48通过I2C通讯方式对U3传感器MMA8452Q模块进行读写，U3传感器MMA8452Q模块返回以鞋的垂直向下方向为X轴、水平线为Y轴、垂直ＸＹ平面为Ｚ轴建立的坐标系的XYZ正方向加速度的8位A/D值给U1主控芯片STM32F103-48。\n[0034] 对照附图4：\n[0035] 电源为3.7V锂电池，连接POWER的1号、2号引脚负极连接；POWER１号引脚连接Header拨码开关１；Header拨码开关２连接降压二极管D21一端；降压二极管D21的另一端接到VCC、L1和C21＝4.7uF；L1的另一端接到VCC33A，电容C12的另一端接GND和L2，L2另一端接GNDA。电感L1、L2有抗干扰作用、电容C21起电源滤波作用。\n[0036] 本部分作用：为系统提供稳定的电源。\n[0037] 具体操作步骤：\n[0038] 1）拨动header3，蜂鸣器发出提示声；\n[0039] 2）手机进行蓝牙连接；\n[0040] 3）连接好后，第一下按贴片按键S4，则拨号时选择程序里存储的号码1拨打；再按其他键不能进行重新设置；\n[0041] 4）如果第一下按贴片按键S5，则拨号时选择穿戴者手机里最后拨打的号码末号；\n再按其他键不能进行重新设置；\n[0042] 5）如果第一下按贴片按键S6，则拨号时选择程序里存储的号码2拨打；再按其他键不能进行重新设置；\n[0043] 6）选完后蜂鸣器响，设备进入正常监测状态；当检测到摔倒情况时便会自动通过蓝牙连接穿戴者的手机实现自动拨号；\n[0044] 7）拨动开关关机。