项目解决方案

项目方案解决书1一、引言……………….31.1项目背景……………31.2问题的提出…………41.3研究目的与意义…………………….51.4参考资料………….....5二、系统的架构………...52.1系统结构图………….52.2子系统列表………….6三、各模块的实现……………………...73.1传感器模块………….83.2下位机的实现……………………...133.3上位机的实现……………………...183.4数据库……………...23四、总结………………..242一、引言1.1项目背景21世纪被称为银发世纪”，世界范围内的老龄化浪潮滚滚而来。65岁以上的老年人和60岁以上的老年人分别占总人口的710％的社会称为老龄化社会。而根据中国人口信息研究中心的调查统计，2000年中国岁以上人口比例为10．3165岁以上人口占总人口的比例为．17[1]，按照或子女都不在老人身边的家庭称为空巢家庭。近些年来，随着社会经济的发展，居住方式的变化，家庭结构的小型化，以及人口流动的加速，子女数的减少，代际居住的分离倾向，人口预期寿命的延长，10上升之势，1987年全国空巢家庭与老年人家庭的比例是167％，2000年全国第五次人口普查数据表明，空巢家庭户占到老年家庭的22．832004年上升到25.8%。在一些大城市，空巢家庭问题更3为突出。2004年，北京市空巢家庭的比例为34%，上海市为34.8%，广州市为30%，天津市为36.5%。尤其值得注意的是，单身独居老人在老年人口中的比例，也由19993.8%上升到200411％[2]。2030年空巢老年人家庭的比例将达到国老年人家庭将空巢化。1.2问题的提出在上一节中已经讨论讨论了两个趋势，一个是人口老龄化的趋段出现人口的老龄化，社会化福利服务体系的发展水平还比较落后，1.3研究目的与意义4检测，以此来判断人姿态的变化。1.4参考资料《基于三轴加速度传感器的跌倒检测技术的研究与应用》《无线传感器在人体关节运动姿态检测中的应用》《基于CC2430的ZigBee无线网络节点设计》《PC机与MSP430串口通信实现的方法》《基于MSP430的无线应用》二、系统的架构2.1系统结构图室内方案：5室外方案：2.2子系统列表表名：子系统列表子系统功能概述子系统之间的关系传感器主要使用的传感器位于用户身上，传感是三轴加速度传感器将采集到的数据实时的通过ZigBee协议发送到单片机内，单片机将接收到的感应出关节的变化，数据处理分析，再通过串口同时借助无线模块通信传送到PC端，PC端的和ZigBee协议实现软件将实时显示人体姿态6的相关数据，同时动态的模下位机主要是基于单片机拟出此时的人体姿态三维图像，同时PC端还会将相器通信需要使用关数据以及三维动态视频ZigBee自动的保存到数据库中，可器发送来的信号通实现历史查询功能。过串口通信传送给上位机显示人体三维姿态图像。数据库以及相关的人体姿态三维动画。三、各模块的实现3.1传感器模块3.1.1传感器的放置与测量71、手臂上三轴加速度传感器zx轴和y手臂上可以按两个传感器s1和s2，分别测量两个关节处得三轴加速度。先有s1测出其三轴加速度！由此可以确定整个大臂的运动状态！再由大臂s1到s2距离可以计算出s2点的运动状态。然后由s2侧出的三轴加速度，则可以确定整个小臂的运动状态！2、腿部的运动状态个加速度传感器，以轴为基点建立三轴坐标，同样，以竖直方向为zx和y，同样根据小腿的长度，可以确定膝关节处点的运动状态。8x和y向建立z轴，通过测量三个方向的加速度，确定大腿运动状态，同样状态！3、腰椎部传感器通过测定腰椎部得加速度变化，可以测定整个腰部的姿态变化，定各个点的位置。3.1.2、元件：1、传感器飞思卡尔开发的基于MEMS(微机电系统)的三轴向低重力加速计MMA7260Q，是一款低成本微型电容式加速度传感器。该芯片采用了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，是一款单芯片设备，移动、放置、震动和摇摆，使便携式设备能够智能地响应位置、方位9和移动的变化。MMA7260Q封装尺寸很小，只需较小的板卡空间，另外还提供快速启动和休眠模式。这些特性使MMA7260Q成为采用电池供电便携式电子产品的理想之选。MMA7260Q的可选灵敏度允许在1.54g和6g的不同范围内进行设计。它的3μA睡眠模式、500μA低运行电流、1.0ms的快速启动响应时间以及的QFN小巧包装等其他特性，使围绕MMA7260Q的设计活动轻松方便、经济高效。MMA7260Q传感器MMA7260Q芯片广泛应用于各领域，对于不同的应用，重力加速度级别应该有不同的选择。自由落体检测：1～2g，应用于移动硬盘驱动、手机、PC笔记本和MP3播放器。倾斜控制：12g，应用于移动识别、用户界面滚动和游戏。摇摆：810g，应用于电机稳定性。测震学：0.0022g，应用于地震检波器和地震开关。震动检测：2～8g，应用于装运／处理。步程计：1020g应用于跑步和生理学。10由此可见，人体跌倒检测适用的是1～2g的级别。MMA7260Q三态下（0g）,其输出为1.65V改变其输出电压。用MSP430单片机的A/D转换器读取此输出信号就可以检测起方向。2、无线收发元件这次使用的信号发送模块是RF2420，该模块是使用TI-Chipcon公司的CC2420无线通信芯片开发而成。是符合ZigBee技术的高集成度工业用射频收发器件，工作在2400-2483.5MHZ的ISM频段，电池消耗低，同时分别给每个发射模块设置地址或是唯一识别的协议头，以此有利于数据的传输，将传感器传出的信号传输到RF2420接收并发送到MSP430单片机处理，再传给pc机处理！11RF2420特点：(1)采用TI公司的CC24202400-2483.5MHz的ISM和SRD频段.----采用直接序列扩频方式.----工作速率250kbps，码片速率2MChip/s.----使用O-QPSK调制方式.----高灵敏度（）.----较低的电流消耗（RX:13.3mATX:17.4mA).----抗邻频道干扰能力强(39dB)----内部集成有、、PA以及电源整流器.----采用低电压供电(2.13.6V).----输出功率编程可控.(2)IEEE802.15.4-2003标准MAC层硬件支持.----前导码与同步字段自动生成与检测.12----CRC-16自动生成与检测.-----空闲信道检测.-----能量检测、接收信号强度与链路质量指示.-----MAC层安全保护(CTR,CBCMAC,CCM)支持.(3)采用4线SPI标准接口,便于MCU配置.(4)独立的128字节RX和128字节TX数据FIFO.(5)模块采用PCB天线，直线收发距离20-50米，模块尺寸32mm*47mm3.2下位机的实现MSP430系列单片机是目前工业界中性价比高、功耗低的Flash16位RSIC微控制器。因此我们的方案是基于MSP430和CC2420的传感器信息自动采集系统，主要包括传感器模块、无线模块、PC终端、接收外部无线射频信号，MSP430单片机控制数据的接收、处理、传输，将数据打包后通过串口通信传送至PC机。机总体结构图131MSP430与传感器的通信(1)信息接收：MSP430通过CC2420无线接收来自传感器的信息，同时通过ZigBee协议的地址分配识别人体不同部位的传感器信息包括：上肢、腰部、下肢。CC2420MSP430（2）室内定位：采用射频识别技术。射频识别技术利用射频方式在室内东西南CC2430中间进行自动交换信息，然后读卡器将这些信息通过接口Zigbee传到与MSP430连接的CC2430，进而通过串口通信传给PC机。MAXACPE232MSP4302MPS430单片机与PC机的通信14（1）硬件部分：MSP430单片机通过RS-232接口电路与上位机进行如图1-1，串行口的电平转换器（MAX232ACPE）实现单片机电平与RS232电平的相互转换。（2）下位机(MSP430单片机)程序设计包括初始化设计、串口中断服务设计和主处理程序设计行处理以及封装需要发送的数据。下面是它的程序代码。#include<msp430x14x.h>charnRev_UART1;//串口1的接收标志charUART1_TX_BUF[60];//串口1的发送缓冲区charUART1_RX_BUF[60];intnTX1_Len;charnRX1_Len;charnRX1_Len_temp;charnTX1_Flag;intnSend_TX1;voidmain(void){//串口1的接收缓冲区intnRes_UART1;intnRes=0;charUART1_RX_Temp[60];inti;intn;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//关闭看门狗_DINT();//关闭中断//初始化时钟//初始化端口//初始化串口1//打开中断Init_CLK();Init_Port();Init_UART1();_EINT();16for(;;){//进入处理循环if(nRev_UART1==1)如果有接收中断{nRev_UART1=0;for(i=0;i<nRX1_Len;i++)UART1_RX_Temp[i]=UART1_RX_BUF[i];//将接收到的数据拷贝到临时缓冲区。nRes=ProcessCMD(UART1_RX_Temp,nRX1_Len);switch(nRes){case：nTX1_Len=3;//设置中断标志，进入发送中断程序IFG2|=UTXIFG1;nRX1_Len=0;break;case2：nTX1_Len=nRX1_Len+3;//设置中断标志，进入发送中断程序IFG2|=UTXIFG1;nRX1_Len=0;17break;case-1:nTX1_Len=6;//设置中断标志，进入发送中断程序IFG2|=UTXIFG1;nRX1_Len=0;break;}}}}在上面的程序中主要根据“ProcessCMD(UART1_RX_Temp,nRX1_Len)”对得到的结果进行处理，向PC发送响应数据，如果接收到的数据有错误，则发送“ERRORnTx1_Len”的长度，并通过“IFG2|=UTXIFG1;”发送中断，从而使中断处理程序进行数据发送ProcessCMD(UART1_RX_Temp,nRX1_Len)处理接收到的数据并返回相应的代码以使主程序处理。3.3上位机的实现3.3.1开发工具的选择PC端上的上位机将采用VC编写，VC++6.0是Microsoft公司推出的一个基于Windows系统平台、可视化的集成开发环境，它的源18程序按C++语言的要求编写，并加入了微软提供的功能强大的MFC(MicrosoftFoundation类库。MFC中封装了大部分WindowsAPI函数和Windows控件，它包含的功能涉及到整个Windows操作系统。MFC不仅给用户提供了Windows图形环境下应用程序的框架，建和管理一个标准Windows应用程序所需的程序，而是从一个比较高的起点编程，故节省了大量的时间。另外，它提供了大量的代码，指导用户编程时实现某些技术和功能。因此，使用提供的高度可视化的应用程序开发工具和MFC类库，可使应用程序开发变得简单。VC++由于本身计算能力和处理数据能力不强，而在这mathworks公司发布的主要面对科学以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、FortranVC++和Matlab互联可用Matcom软件和Matlab自身的引擎函数库实现。3.3.2关键代码的实现1、串口通信：MSComm19的一些重要的方法：CommPort：设置串口号，类型short:1-comm12-comm2.Settings：设置串口通信参数，类型CString:BPN无校验，E偶校验，OD字节有效位数，S停止位。PortOpen：设置或返回串口状态，类型TURE打开，FALSE关闭。InputMode:设置从接收缓冲区读取数据的格式，类型long：0-Text1-Bin。Input:从接收缓冲区读取数据，类型。InBufferCount:接收缓冲区中的字节数，类型：short。InBufferSize:接收缓冲区的大小，类型：short。Output:向发送缓冲区写入数据，类型：。OutBufferCount:发送缓冲区中的字节数，类型：short。OutBufferSize:发送缓冲区的大小，类型：short。InputLen:设