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1、人监测系统的多功能拐杖杜皓宇滕道祥丁钢罗雪峰王帅姜钰炜【摘要】如今，我国进入了人口的老龄化时代，众所周知老年人的自我护理能力差，极大可能的发生意外。然而社会养老机构数量有限，为解决这一问题，设计了一套基于老年人监测系统的多功能拐杖。一般老年人的腿脚不便，需要拐杖辅助自己行走，而拐杖带有了健康监测系统可以提醒老人按时吃药，测量老人的体温、心率等身体状况，并将老人的身体状况通过GSM模块告知老人的亲属。当老人出现体征异常等危机，系统自动告知老人的亲属，老人也可以按下呼救按钮进行求救。拐杖的老人监测系统主要是由STC系列MCU、GSM模塊、心率传感器、体温模块、时钟模块、LCD液晶屏组成。本设计弥补
2、了传统的老人拐杖单一的功能，既可以帮助老人行走，又保障空巢老人的平安，所以本设计将会拥有巨大的推广前景。【关键词】健康监测；空巢老人；多功能拐杖中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：2095-2457202112-0233-002DOI：10.19694/j ki.issn2095-2457.2021.12.109Amulti-functionwalkingstickbasedontheelderlymonitoringsystemDUHao-yuTENGDao-xiangDINGGangLUOXue-fengWANGShuaiJIANGYu-weiSchoolofMathematic
3、sandPhysicalSciences，XuzhouInstituteofEngineering，XuzhouJiangsu221000，China【Abstract】nowadays，Chinahasenteredanagingpopulationage，anditiswellknownthattheelderlyhavepoorself-careabilityandarelikelytohaveaccidents.However，thenumberofsocialpensioninstitutionsislimited.Tosolvethisproblem，asetofmulti-fun
4、ctionwalkingsticksbasedonthemonitoringsystemfortheagedisdesigned.Usuallyoldpeoplewalking，aidedhiscrutchestowalk，andstickwiththehealthmonitoringsystemcanremindtheoldmantotakemedicineontime，theoldman'sbodytemperature，heartratemeasurementsuchashealth，andtheoldman'sphysicalconditionviatheGSMmodu
5、letotheoldman'srelatives.Whenacrisisoccurs，suchasabnormalphysicalsigns，thesystemautomaticallyinformstherelativesoftheelderly，andtheelderlycanpressthecallbuttonforhelp.TheelderlymonitoringsystemofcrutchesismainlycomposedofSTCseriesMCU，GSMmodule，heartratesensor，temperaturemodule，clockmoduleandLCDs
6、creen.Thisdesignmakesupforthesinglefunctionoftraditionaloldpeople'swalkingstick，whichcannotonlyhelptheoldpeopletowalk，butalsoguaranteethesafetyofemptynesters.Therefore，thisdesignwillhaveahugepromotionprospect.【Keywords】Healthmonitoring；Emptynesters；Multi-purposewalkingstick0研究背景随着社会的开展，中国人口老龄化的趋
7、势越来越明显。中青年夫妻的工作压力比较大，难以承担抚养多个老人的责任，因此，中国的空巢老人数量越来越多，但因为中国的国情，无法增加足够的社会养老机构来解决这一问题。另外，人口老龄化，老年人是心脏病等慢性疾病的高发人群，年轻人工作压力大，没有时间陪伴在父母身边等是该系统的主要出发点。此拐杖的设计既方便了老人的短途外出，又能该实时监控老人的身体状况，并在发生意外时，提醒长者及子女来减轻或防止老人受伤。老人健康监测管理系统可以提醒老人按时吃药，测量老人的体温，、心率等身体状况，并将老人的身体状况通过GSM模块告知老人的亲属。当老人出现体征异常等危机，系统自动告知老人的亲属，老人也可以按下呼救按钮进行
8、求救。这样既解决了空巢老人的平安问题，又能减轻青年夫妻的压力，为社会的和谐开展作出一定的奉献。1总体方案设计本设计由单片机最小系统、体温传感器、心率传感器、语音模块、GSM模块组成。主要以STC12C5A60S2单片机为中心的，使用DS1302模块来实现时钟的具体和精确显示，通过单片机控制语音模块来提醒老人准时吃药。通过体温传感器、心率传感器实时检测老人的健康，一旦老人的健康出现问题，系统自动拨打 来告诉老人的亲人。2主要元器件介绍构成老人健康监测管理系统硬件的主要元器件：STC12C5A60S2、语音模块、GSM模块、体温传感器、心率传感器。小器件有电阻、电容、晶振、按键等。2.1主控制芯片
9、STC12C5A60S2单片机不仅执行速度快，而且功耗也不高，另外，抗干扰能力也很强，即使将它放在极限环境，它也能正常工作，而且这款单片机的兼容性也不错，拥有12时钟机器周期和6时钟，用户可以根据自己需求选用。正常情况下，它的工作频率能够到达33MHz，还有3个定时计数器，比51系列的多一个，价格也和51差不多，它的正常工作范围是-40+85°C工业级/075°C商业级。因为上述种种优点，因此本设计便选用了STC12C5A60S2单片机。2.2体温传感器市面上测量体温的传感器有很多种，采用的测量方法各有千秋，如：热辐射、压电式、热电阻。热辐射测量具有结构简单、无直接接触、测
10、量范围宽、测量精度高等优点。缺点：人为误差大，只能测量高温，连续测量需要降温。压电测量具有分辨率高、稳定性好、输出频率易于数字化、抗噪性强、性能稳定、线性度好等优点。缺点：机械化强度很差。热电阻测量，热电阻拥有负温度系数，体积小，适合快速测量的优点，缺点少。2.3心率传感器PulseSensor是一款用于测量脉搏心率的传感器。它的测量方法是将传感器佩戴于手指、耳垂的地方，心率传感器通过导线与导数的连接，可将采集到的信号传输给单片机，单片机通过PCF8591模块将信号转变为数字信号。单片机通过一定的算法处理后可以得到心率的具体数值。另外，心率传感器可以将脉搏波形上传到上位机，计算机可以通过上位机
11、显示心率波形。目前心率传感器大多用于研究和演示心率方面的问题，也非常适合用于二次开发。2.4GSM模块GSM模块中文简称为全球移动通讯系统，可实现短信收发，拨打 ，蓝牙通讯等功能，并且功能在逐步完善。可以实现中国联通，中国移动的2G网络通讯。GSM模块通过串行口与单片机实现通信，并且工作频率需要与单片机同步。GSM模块使用AT指令与单片机通信。当单片机对GSM模块发出发送指令時，GSM模块就会向指令号码发送警报。2.5DS1302模块DS1302芯片用来驱动时钟电路，具有掉电存储的功能，即使单片机掉电，也不会使时间停住，能够准确的显示当前时刻的具体时间，包括年月日星期时分秒等，它的工作电压最高
12、5.5V，最低2.5V。该芯片能够掉电存储的原因是有双电源，除了外部电路供电外，还有一个备用电源，所以，即使时钟电路主电源未就绪，也可以维持系统时间不变，备用电池可使用二十年之久，因而不用担忧备用电池会没电的情况，由于DS1302这些优点，本设计便选用该芯片作为时钟电路的主控芯片。使用DS1302时要注意它的三根线，分别是CE、I/O和SCLK，其中CE是使能线，SCLK是时钟线，I/O是数据线。3多功能拐杖的设计3.1外观设计针对老年人的特点，提出了拐杖底部设计要安装缓冲功能的设施比方橡胶防滑装置，这样拐杖着地时轻巧、稳重、不易打滑，老年人行走更加快捷、平安。此外，市面上的老年人拐杖主体的设
13、计长度是固定的，不可调节的。此设计设想是把拐杖的手柄设计成可调节式的，这样就防止了使用时拐杖过长或过短给老年人带来的不适感。3.2材料设计对于材料，新型的拐杖选择镁合金作为主材，它具备以下优点：1巩固耐用且强度高，承重能力相对来说比较强；2自重轻，不会给老人带来负担；3弹性好，具备很好的缓冲减震功能，能够使拐杖在接触地面没有震动，减少对手臂的压力。4结论本文对于老年人的心理、生理特点进行分析，着眼于老年人的实际需求，从外观、材料和功能等方面提出了老年人多功能拐杖设计的相关设计理念。在主要功能中，老年人监测系统主要有MCU、GSM模块、各个传感器模块组成。MCU负责数据处理，传感器模块包括体温传
14、感器、Pulsesensor传感器、DS1302模块，12864显示屏和语音模块，分别采集老人相关的健康状况信息、显示精确的时间、显示相关的数据和提醒老人按时吃药。使其辅助老年人行走之余为他们提供平安保障和相应的功能需求。【参考文献】【1】刘玉.基于MSP430的实时健康监测系统的设计D.山东：曲阜师范大学，2021：25-39.【2】刘瑜欣.人体心率与体温监测系统设计D.大连：大连海事大学，2021：16-35.【3】刘尚辉，马瑾.家庭远程医疗监护系统的开展及应用J.中国全科医学，2021，05：13-14.【4】董旭，李文峰，牛永荣，万守益，孙亚华.论老年人新型多功能拐杖设计J.现代装饰理论，202102：10.