一种保护老人出行安全的预警和呼叫系统及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种保护老人出行安全的预警和呼叫系统及其实现方法，尤其涉及一种老人户外活动防摔和意外事故紧急呼叫系统及其实现方法。
【背景技术】
[0002]在我国快速老龄化的进程中，空巢老人比例持续增加，独居老人的生活自理能力较弱，特别是在户外活动的老人会遇到诸如走失、摔倒等问题。目前，针对户外活动的老人的意外事故报警和判断摔倒的装置主要有随身可携带的呼救器和保护老人出行安全的智能鞋。随身可携带的呼救器没有起到提前排除事故安全隐患的作用，只能在老人发生事故之后才发出求救信号；保护老人出行安全的智能鞋主要通过压力传感器感应和判断是否跌倒，也有应用压力传感器以及三轴陀螺仪、压力传感器以及加速度传感器的方法来判断是否跌倒，能够通过GPS定位器进行定位，在老人发生事故时可以通过按键发出紧急求救信号并自动通过GSM发送给子女手机进行报警，但这些智能鞋将所有的装置都安装在鞋子上，对于腰椎有病痛的老人和弯腰有困难的老人难以进行手动按键操作；对于视力不好的老人，遇到路面有坑洼，有石头或其它障碍物，以及上下楼梯时，这些智能鞋不能够给予警示，限制了其使用的功效。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种保护老人出行安全的预警和呼叫系统，该预警和呼叫系统能有效进行安全隐患的预警，又便于老人操作，以克服已有随身可携带的呼救器和保护老人出行安全的智能鞋现有技术所存在的不足，本发明同时提供了运用该保护老人出行安全的预警和呼叫系统来实现保护老人出行安全的防摔防撞预警和摔倒后呼叫报警的方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是:一种保护老人出行安全的预警和呼叫系统，包括分离结构的便携式呼叫系统、两个分别安装在左脚或右脚鞋体的预警鞋电路模块；
所述便携式呼叫系统通过无线通信与安装在左脚和右脚鞋体的预警鞋电路模块通信连接；
所述的预警鞋电路模块能够检测障碍物距离及坑洼深度，判断老人是否摔倒；判断有障碍物或坑洼时，震动电机刺激脚掌达到预警的作用；当老人摔倒时，将摔倒信息发送给便携式呼叫系统；预警鞋电路模块还能够检测左脚或右脚鞋体周围环境的光照强度，昏暗时，发光二极管组灯亮；
所述便携式呼叫系统是一种便携式装置，接收安装在左脚或右脚鞋体的预警鞋电路模块发来的摔倒或未摔倒信息，自动按照设定的η个拟联系手机号码按顺序逐个向η个手机发送求救或安全信息，当需要求救时蜂鸣器报警；所述便携式呼叫系统还用于接收拟联系η个手机传输的应答信息，能够手动控制发送求救信息、手动控制发送安全信息或手动控制关闭蜂鸣器报警；可插拔矩阵键盘能够手动操作设定η值和η个拟联系手机的1~η个手机号码，所述η < 10。
[0005]其进一步的技术方案是:所述便携式呼叫系统包括微处理器1、NRF24L01无线模块1、GPS 1?块、GSM 1?块、液晶显不1?块、蜂鸣器、按键1、按键I1、按键II1、复位与晶振电路模块I和可插拔矩阵键盘；
所述微处理器I作为控制核心，分别与NRF24L01无线模块1、GPS模块、GSM模块、液晶显示模块、蜂鸣器、按键1、按键I1、按键II1、复位与晶振电路模块1、可插拔矩阵键盘连接;
所述NRF24L01无线模块I通过无线通信与安装在左脚和右脚鞋体的预警鞋电路模块通信连接；
所述GPS模块通过全球定位系统获得经玮度数据信息；
所述GSM模块通过全球移动通信系统与拟联系的η个手机通信连接；
所述按键I是老人处于安全状态的处理按键；按键II是求救信息的处理按键，并发送GPS定位信息；按键III是取消报警信息的处理按键；
所述复位与晶振电路模块I为便携式呼叫系统提供复位信号，为微处理器I提供时钟脉冲；
所述可插拔矩阵键盘通过手动方式与微处理器I连接设置拟联系的η个手机号码。
[0006]其更进一步的技术方案是:所述预警鞋电路模块包括微处理器I1、驱动电路1、震动电机1、发光二极管组灯1、加速度传感器电路模块1、光强传感器电路模块1、超声波测距电路模块1、超声波测距电路模块I1、复位与晶振电路模块I1、NRF24L01无线模块II和按键IV ；
所述微处理器II作为预警鞋电路模块的控制核心，分别与驱动电路1、加速度传感器电路模块1、光强传感器电路模块1、超声波测距电路模块1、超声波测距电路模块I1、复位与晶振电路模块I1、NRF24L01无线模块II和按键IV连接；
所述驱动电路I还与震动电机1、发光二极管组灯I连接；
所述发光二极管组灯I由5个发光二极管灯组成且沿安装预警鞋电路模块的左脚或右脚鞋体的边缘安装分布；
所述加速度传感器电路模块I应用加速度传感器检测老人是否摔倒；
所述光强传感器电路模块I应用光强传感器检测安装预警鞋电路模块的左脚或右脚鞋体的周边环境光的强度；
所述超声波测距电路模块I应用超声波传感器检测安装预警鞋电路模块的左脚或右脚鞋体的前方是否有障碍物，检测障碍物的距离；
所述超声波测距电路模块II应用超声波传感器检测安装预警鞋电路模块的左脚或右脚鞋体的下方是否有坑洼，检测坑洼的深度；
所述复位与晶振电路模块II为预警鞋电路模块提供复位信号，为微处理器II提供时钟脉冲；
所述NRF24L01无线模块II通过无线通信还与便携式呼叫系统通信连接。
[0007]相关的另一技术方案是:一种保护老人出行安全的预警和呼叫报警的方法，它是运用本发明上述的一种保护老人出行安全的预警和呼叫系统来实现保护老人出行安全的防摔防撞预警和摔倒后呼叫报警的方法；
两个分别安装在左脚或右脚鞋体的预警鞋电路模块用于智能检测老人行走时其前方是否有障碍物和左脚或右脚鞋体的下方是否有坑洼；判断老人是否摔倒；
每个预警鞋电路模块通过一个超声波测距电路模块II的超声波传感器检测预警鞋离地面的高度，能够自动检测设置老人在平路正常行走时预警鞋离地面最高的高度，将此设置为坑洼深度阀值，当检测到预警鞋离地面的高度大于坑洼深度阀值时，预警鞋电路模块的震动电机刺激脚掌有效的达到预警的目的；每个预警鞋电路模块还通过另一个超声波测距电路模块I检测老人行走前方是否有障碍物，如果有障碍物，预警鞋电路模块的震动电机刺激脚有效的警示老人前方有障碍物；
预警鞋电路模块采用加速度传感器电路模块I检测老人是否摔倒；当老人摔倒时，将摔倒信息发送给便携式呼叫系统；便携式呼叫系统接收到安装在左脚或右脚鞋体的预警鞋电路模块发来的老人摔倒或未摔倒信息，自动按照设定的η个拟联系手机号码按顺序逐个向η个手机发送求救或安全信息，当需要求救时蜂鸣器报警；所述便携式呼叫系统还用于接收η个手机传输的应答信息。
[0008]所述保护老人出行安全的预警和呼叫报警的方法的进一步技术方案是:采用安装在左脚或右脚鞋体的预警鞋电路模块用于智能检测老人行走时其前方是否有障碍物和左脚或右脚鞋体的下方是否有坑洼；判断老人是否摔倒的方法中，所述微处理器II的主函数处理操作的具体步骤为:
SlOl:设置测坑洼深度阀值次数初值m=0，坑洼深度的阀值初值Line=1cm ； sl02:配置NRF24L01无线模块II为发射模式；
s 103:初始化定时器O，定时器I，定时器O定时32ms ;定时器O、外部中断O和外部中断I中断允许，两个外部中断为边沿触发方式；
sl04:设置触发超声波测距电路模块标志:SDM_Flag=0 ； sl05:触发超声波测距电路模块II测坑洼深度； sl06:启动定时器O定时；
sl07:读取加速度传感器电路模块I的加速度传感器的数据；sl08:对读取的加速度传感器的数据进行数据处理，获得Z方向的角度；sl09:判断Z方向角度是否大于45度，如果Z方向角度大于45度，则进入步骤sllO，否则进入步骤sll3 ;
sllO:判断摔倒已处理标志Send_Flag是否等于0，如果Send_Flag=0，则进入步骤slll，否则进入步骤sll6 ；
sill:控制NRF24L01无线模块II发送摔倒标志给便携式呼叫系统； si 12:设置摔倒已处理标志Send_Flag=l，进入步骤sll6 ;
sll3:判断摔倒已处理标志Send_Flag是否等于1，如果Send_Flag=l，则进入步骤Si 14，否则进入步骤Si 16 ；
sll4:控制NRF24L01无线模块II发送未摔倒标志给便携式呼叫系统；
Si 15:设置摔倒已处理标志Send_Flag=0 ； sll6:读取光强传感器电路模块I的亮度数据；
sll7:判断亮度数据是否低于阀值100，如果亮度数据低于阀值100，则进入步骤sll9，否则进入步骤sll8 ;
sll8:关闭发光二极管组灯I，进入步骤sl20 ; sll9:开启发光二极管组灯I ;
sl20:判断是否按下按键IV，如果是，则进入步骤sl21，否则返回步骤sl07 ; sl21:设置测坑洼深度阀值次数m=100，返回步骤sl07。
[0009]进一步，在sl03步骤，允许定时器O定时32ms溢出中断:所述微处理器II响应定时器O定时溢出中断申请，分时触发超声波测距电路模块I测障碍物距离和超声波测距电路模块II测坑洼深度的定时器O中断服务函数处理操作的具体步骤为:
s201:设置微处理器II的定时器O的32ms定时参数；
s202:判断触发超声波测距电路模块标志SDM_Flag是否为0，如果SDM_Flag=0，则进入步骤s203，否则进入步骤s205 ；
s203:设置触发超声波测距电路模块标志SDM_Flag=l ；
s204:触发左脚预警鞋电路模块的超声波测距电路模块II测坑洼深度，进入步骤s207 ；
s205:设置触发超声波测距电路模块标志SDM_Flag=0 ；
s206:触发左脚预警鞋电路模块的超声波测距电路模块I测障碍物距离；
s207:启动定时器I定时，定时器O中断服务函数返回。
[0010]进一步，在上述sl03步骤，外部中断O中断允许:所述微处理器II响应外部中断O的中断申请，测障碍物距离的外部中断O中断服务函数处理操作的具体步骤为:
s301:关定时器O、定时器I ;
s302:读取微处理器II的定时器I的实时定时时间，计算障碍物距离，障碍物距离=高电平时间*声速/2，声速数值为340m/s ；
s303:判断障碍物距离是否小于50cm，如果障碍物距离<50cm，则进入步骤s304，否则进入步骤s307 ；
s304:控制驱动电路开启震动电机，刺激老人脚掌，到达预警的作用；
s305:软件延时300ms ；
s306:控制驱动电路关震动电机；
s307:启动定时器0，定时器O中断服务函数返回。
[0011]进一步，在上述sl03步骤，允许外部中断I中断允许:所述微处理器II响应外部中断I的中断申请，定坑洼深度阀值和测坑洼深度的外部中断I中断服务函数处理操作的具体步骤为:
s401:关定时器O、定时器I ;
s402:读取微处理器II的定时器I的实时定时时间，计算坑洼的深度，坑洼深度=高电平时间*声速/2，声速数值为340m/s ；
s403:判断坑洼深度是否大于10cm，如果坑洼深度大于10cm，则进入步骤s404，否则进入步骤s412 ;
s404:判断测坑洼深度阀值次数η是否大于或等于100，如果测坑洼深度阀值次数m>=100，则进入步骤s405，否则进入步骤s409 ；
s405:判断当前测的坑洼深度是否大于坑洼深度的阀值Line，如果当前测的坑洼深度大于坑洼的阀值Line，则进入步骤s406，否则进入步骤s412.s406:控制驱动电路开启震动电机，刺激老人脚掌，到达预警的作用； s407:软件延时300ms ；
s408:控制驱动电路关震动电机，进入步骤s412 ;
s409:判断坑洼深度是否大于坑洼深度阀值Line，如果坑洼深度大于坑洼