张玉晨

【摘要】本文主要介绍了基于LPC1114单片机的紧急行为检测模块的设计实现。在文章中详细的分析了紧急行为检测模块的功能需求与特点，描述了系统的软件硬设计与实现，综合考虑了系统的功耗需求和性能需求。

【关键词】设计;LPC1114;行为检测模块

Abstract：This paper mainly introduces the design and implementation of emergency behavior detection unit.The feature and requirement of emergency behavior detection unit is analyzed in detail.System hardware and software are both described in block diagrams.And the system design take power consumption and performance into account.

Keywords：design;emergency behavior detection;LPC1114

1.介绍

随着社会的发展，众多国家的社会都进入到了老龄化的社会，老年人在国家的人口比重中越来越大，更好的服务老年人，对于所有的国家来说都是一个亟待解决的问题。而本文所述的紧急行为检测模块就是针对老年人所设计的设备。它布置在老人的腰间，就可以实时检测老年人是否处于摔倒需要报警的状态。一旦老年人发生了紧急的行为，紧急信息会马上发送给紧急联系人或者医院，进行最实时的处理。文章的结构大致如下，第二章会列举行为检测系统的一些特点和相关的功能及非功能性的需求。第三章会简要的介绍行为检测模块的软硬件实现和系统的构成。

2.紧急行为检测模块的特点

行为检测模块主要用于检测老年人的行为是否处于危险状态。它在工作过程中会不停的进行数据的采集，并在单片机的处理器上针对所采集到的数据运行行为检测算法，当它检测到老人处于危险状态时会通过蓝牙模块向绑定的手机发送紧急数据，而手机则会通过电话或者短信的形式通知紧急联系人或者医院来救助老人。

总而言之，紧急行为检测模块实则是一个数据采集系统同时伴随一些控制。由于行为检测模块是布置在人体表面，出于安全和移动性的考虑，检测模块会以电池作为能量来源。

功能性需求：

●低电压提示，当电池电压过低，需要充电时，点亮LED指示灯。

●过热保护，当温度传感器检测温度过高时，主动断开充电电路。

●蓝牙连接指示，处于断开状态时，LED灯点亮提示。

●运动数据采集，每隔一定周期进行数据的采集，频率在50Hz以上。

●行为检测，对于运动数据进行分析和计算，出现紧急情况时必须通知紧急联系人或医院。

●紧急按键，当老人觉得已处于紧急状态时，可以通过紧急按键向联系人发送报警信息。

非功能性需求：

●系统的功耗必须要足够低，至少要保证在全天大部份时间都可以实时检测老人的状态。

●紧急数据的实时发送，当出现紧急情况时，必须实时发送给联系人或医院。

3.行为检测模块软硬件构成

我们所设计的行为检测模块主要由软硬件两个部份组成。以下的两章会具体的介绍行为检测模块的硬件和软件的设计。

3.1 紧急行为检测模块硬件组成

系统所采用的处理器是LPC1114，是基于ARM-Cortex M0核的一款32位低功耗单片机，拥有32KB的Flash存储空间，和8KB的SRAM，主频可以提升至50MHz。具备多种常用的外围电路。

行为检测模块的硬件组成如图1所示：

图1 硬件原理图

如图1所示，三轴加速度运动传感器是通过I2C总线和LPC1114单片机连接起来的。而蓝牙则是通过串口与之相连。其它的资源比如紧急按键， LED指示灯，蜂鸣器还有温度传感器则是通过IO口进行控制的。其中温度传感器通过ADC转换将模拟的温度值变换成实际的温度数据。

表1 典型情况下的供电电流

模式 系统时钟 典型电流 单位

激活 50MHz 9 mA

激活 12MHz 3 mA

休眠 12MHz 2 mA

深度休眠 N/A 6 uA

图2 软件结构图

图3 传统软件流程图

图4 基于中断的软件流程图

模块的供电是由300mAh的锂电池来实现的，模块还搭载了充电芯片，可以对其进行充电，以及充电控制。

3.2 紧急行为检测模块软件组成

系统的软件主要由图2所示的几个模块组成。

如图2所示，我们的软件模块有紧急按键检测，蓝牙连接检测，行为识别，三轴加速度运动数据采集，过热保护，还有电源指示，六个部分组成。

其中紧急行为检测算法的实现是基于D-S证据理论所进行的传感器数据融合来实现的，不属于本文所讨论的范畴，不做描述。

传统的对功耗不敏感的嵌入式软件设计可能非常简单，它可以是如图3所示结构。

这种结构的好处就是简单，清晰，不易出错，也可以作为其它版本程序的一个参考。它的不足之处也非常明显，单片机一直都处于工作状态，不停地在一个接一个的轮询硬件的状态，并针对硬件状态所发生的改变而作出相应的处理。比如，查询三轴加速度运动传感器是否有数据产生，并对于所读取的数据进行行为算法的检测处理。

这样的处理方式就造成了操作上的冗余。单片机有绝大部份的处理能力浪费在了不停的轮询上。硬件本身其实并不需要这么频繁的访问。部份单片机的处理时间是在做无用的行为。

而且单片机处于工作状态时，功耗远远要大于它在休眠状态下的功耗。详细的参数如表1所示，LPC1114的处理器在激活状态和休眠状态相差7mA。

针对这个问题，本文中的设计是采用了一种基于中断的软件设计策略来优化整体功耗。

经过对原有软件执行流的分析，可以发现，硬件多数都具备中断的能力，完全可以采用基于中断的方式来优化单片机的冗余访问。对于无法提供中断能力的硬件或者内部的功能块，可以利用芯片上的定时器电路制造人为的中断来减少单片机的冗余访问。

经过优化后，软件的结构就变成了如图4所示的情形。

可以看到，这个方式对于软件的改动并不大，但是却获得了功耗上的降低。通过实验可以证明，在传统的流程图下，整个系统的功耗在25～26mA，而在基于中断的流程图下，则仅有20mA。系统的工作时间得到了延长。

4.总结

本文描述了一个紧急行为检测模块的设计与实现，着重的强调了软件模块的设计与分析，并通过基于中断的软件设计，从整体上降低了模块的功耗。

参考文献

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