無線傳感網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)模板

1、摘要 老人摔倒及時(shí)報(bào)警裝置年級：13通信1班 姓名：卞易婕 學(xué)號：130803002一、方案概述1.1 背景及應(yīng)用現(xiàn)在是一個(gè)老齡化問題現(xiàn)象普遍存在的時(shí)代，而對于老年人來說，無論是日益增加的生活成本，還是隨著年齡增長必須要面對的健康問題，都給老年人的生活帶來了嚴(yán)重的影響。根據(jù)調(diào)查，在65周歲以上的老年人中，目前已經(jīng)有超過33%的人受到了來自跌倒的威脅，而跌倒會(huì)對老年人造成非常嚴(yán)重的傷害，甚至是死亡。時(shí)下，“老人摔倒無人敢扶”事件頻頻發(fā)生。一方面我們聽到對“世風(fēng)日下”的集體譴責(zé)，另一方面卻是“好人難當(dāng)”的無奈感嘆。1月10日早上，家住北京市朝陽區(qū)的許大媽去菜市場途中摔倒。年過60的她因膝關(guān)節(jié)不靈活

2、，自己爬起來很費(fèi)力。當(dāng)她向周圍的人投去求助的眼神時(shí)，卻無人愿意上前攙扶。最后，她不得不用了很多時(shí)間才自己掙扎著站了起來。類似的事情或許每天都在我們身邊上演。“救死扶傷、見義勇為、助人為樂本是中華民族的傳統(tǒng)美德，但在今天，這種美德不僅沒有發(fā)揚(yáng)，而且還被質(zhì)疑。這背后是無奈，更是人與人之間信任危機(jī)的集中爆發(fā)?！蹦暇煼洞髮W(xué)公共管理學(xué)院教授王小錫說。所以當(dāng)面臨家中老人外出時(shí)可能摔倒的情況，子女們不免擔(dān)憂，怕未能及時(shí)知道和發(fā)現(xiàn)老人在外遇到的突發(fā)事件及所在位置，甚至可能因此錯(cuò)過最佳治療時(shí)間。我所設(shè)想的老人摔倒及時(shí)報(bào)警裝置就是由此而來的。1.2 產(chǎn)品特點(diǎn)需要設(shè)備如下：可穿戴的傳感器，相關(guān)電路，智能手機(jī)APP

3、。  設(shè)計(jì)產(chǎn)品特點(diǎn)：(1)體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高 把各功能部件集中，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。  (2)低電壓、低功耗 采用低功耗藍(lán)牙技術(shù)，紐扣電池就能帶動(dòng)起來 (3)優(yōu)異的性能/價(jià)格比 由于構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)簡單且便宜、開發(fā)周期短、控制功能強(qiáng)、可靠性高，因此，在達(dá)到同樣功能的條件下，用此硬件開發(fā)的控制系統(tǒng)比用其它類型的微型計(jì)算機(jī)開發(fā)的控制系統(tǒng)價(jià)格更便宜。 1.3功能介紹具體思路如下：當(dāng)老人外出時(shí)穿上帶有可穿戴式

4、傳感器的鞋子，同時(shí)會(huì)有相關(guān)示數(shù)在子女的手機(jī)或電腦上顯示，老人步行時(shí)總有一只腳上的傳感器有示數(shù)，當(dāng)老人摔倒后兩只腳都將沒有示數(shù)（與電路），此時(shí)子女身邊設(shè)備便會(huì)發(fā)出警報(bào)，后子女可通過GPS定位將救護(hù)車“指引”到老人當(dāng)前的地點(diǎn)并實(shí)施快速搶救。二、實(shí)現(xiàn)原理2.1系統(tǒng)方案因?yàn)槭前惭b在鞋底，需要感知人重力變化的傳感器，我采用了電阻應(yīng)變式稱重傳感器。它能夠?qū)崿F(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換，將外力變換為電信號。選擇好可穿戴的傳感器后我們就可以設(shè)計(jì)一個(gè)通過測量電阻測試壓力的電路，但是無線信號傳輸非常耗電，并且需要笨重的電池，所以考慮采用低功耗藍(lán)牙技術(shù)，紐扣電池就能帶動(dòng)起來。再利用Java實(shí)現(xiàn)用代碼去操縱藍(lán)牙低功耗設(shè)備。2.2各模

5、塊實(shí)現(xiàn)原理一可穿戴的傳感器    傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。因?yàn)槭前惭b在鞋底，感知人重力變化的傳感器，我采用了電阻應(yīng)變式稱重傳感器稱重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕牧?電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的一個(gè)關(guān)鍵部件。       能夠?qū)崿F(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種，常見的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和電容式等。電磁力式主要用于電子天平，電容式用于部分電子吊秤，而絕大多數(shù)衡器產(chǎn)品所用的還是電阻應(yīng)

6、變式稱重傳感器。電阻應(yīng)變式稱重傳感器結(jié)構(gòu)較簡單，準(zhǔn)確度高，適用面廣，且能夠在相對比較差的環(huán)境下使用。因此電阻應(yīng)變式稱重傳感器得到了廣泛地運(yùn)用。電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片引變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。俳?jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。二相關(guān)電路選擇好可穿戴的傳感器后我們就可以設(shè)計(jì)一個(gè)通過測量電阻測試壓力的電路

7、，所以我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)可穿戴的無線電路。本想采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)置靈活，設(shè)備位置可以隨時(shí)更改，還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線或無線方式的連接。通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。但是無線信號傳輸非常耗電，并且需要笨重的電池，所以考慮采用低功耗藍(lán)牙技術(shù)，紐扣電池就能帶動(dòng)起來。選擇好可穿戴的傳感器后我們就可以設(shè)計(jì)一個(gè)通過測量電阻測試壓力的電路，所以我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)可穿戴的無線電路。本想采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，它的末梢是可以感知和

8、檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)置靈活，設(shè)備位置可以隨時(shí)更改，還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線或無線方式的連接。通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。但是無線信號傳輸非常耗電，并且需要笨重的電池，所以考慮采用低功耗藍(lán)牙技術(shù)，紐扣電池就能帶動(dòng)起來。三智能手機(jī)APP利用Java學(xué)習(xí)如何用代碼去操縱藍(lán)牙低功耗設(shè)備。三、軟硬件設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)一 可穿戴的傳感器電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介紹一下它的意

9、義。設(shè)有一個(gè)金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作，這種材料的泊松系數(shù)是。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時(shí)，它的電阻值為R：R = L/S（） （21）當(dāng)他的兩端受F力作用時(shí)，將會(huì)伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長L，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少r。此外，還可用實(shí)驗(yàn)證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會(huì)有所改變，記作。R/R = / + L/L + 2L/L=（1 + 2+（/）/（L/L）*L/L= K *L/L （2-6）其中K = 1 + 2 +（/）/（L/L） （2-7）式（2-6）說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度

10、相對變化）之間的關(guān)系。需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，不同的材料的K值一般在1.73.6之間；其次K值是一個(gè)無因次量，即它沒有量綱。在材料力學(xué)中L/L稱作為應(yīng)變，記作，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便常常把它的百萬分之一作為單位，記作。這樣，式（2-6）常寫作：R/R = K (28)彈性體彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè)，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。以托利

11、多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應(yīng)力分布。設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會(huì)出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神，一為壓縮，若把應(yīng)變片貼在這里，則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應(yīng)變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表達(dá)式，而不再推導(dǎo)。 = （3Q（1+）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2-9）其中：Q-截面上的剪力；E-揚(yáng)氏模量：泊松系數(shù)；B、b、H、h為梁的幾何尺寸。需要說明的是，上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況，而應(yīng)變片實(shí)際感受的是“平均”狀態(tài)。檢測電路檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。3.2軟件設(shè)計(jì)3.2.1軟件的總體架構(gòu)電阻應(yīng)