2024年3月15日发(作者：析妙芙)
基于Android系统的可穿戴报警设备设计
丁超;杨永杰;潘睿;申红明
【摘 要】介绍基于Android系统的新型可穿戴报警设备的设计.该设备主要由电子
鞋报警模块和Android APP两个部分组成.系统使用微型充电电池搭配压电陶瓷充
电电路为报警模块供电,延长电池使用时间.当遇到危险时,使用者可以利用脚跟重压
报警按键3 s主动发送信号或者在系统陀螺仪检测到使用者处于摔倒状态,且
Android手机脱离连接范围的情况下,自动使用鞋内报警模块驱动低功耗蓝牙4.0
向APP发送报警信号.APP将当前记录的GPS数据作为警报信息内容发送至多个
已绑定的邮箱和手机,并拨打110报警电话,从而实现及时、快速地求救.实验结果表
明,该系统识别危险情况准确,实时性、可靠性较高,具备一定市场应用价值.
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2018(041)016
【总页数】5页(P59-63)
【关键词】Android;可穿戴设备;陀螺仪;压电陶瓷充电电路;报警设备;GPS
【作 者】丁超;杨永杰;潘睿;申红明
【作者单位】南通大学 电子信息学院,江苏 南通 226019;南通大学 电子信息学院,
江苏 南通 226019;南通大学 电子信息学院,江苏 南通 226019;南通大学 电子信息
学院,江苏 南通 226019
【正文语种】中 文
【中图分类】TN820.4-34
0 引 言
随着国内经济的飞快发展，互联网技术高速发展的同时也带动了智能手机的发展，
目前，搭载有Android系统的智能手机市场占有率高达89%。物质文化的高速发
展并不能掩盖一些社会问题，特别是近年来恶性伤害的事件逐步增长，人民安全需
要得到更多的保障[1]。
现在市面上有很多针对不同群体的可穿戴电子设备，如针对儿童安全的360儿童
卫士手环、小天才Y01手表等。这些产品内置GPS模块和GSM通信模块，通过
配套的APP，家长可远程监控儿童位置，但由于使用者年龄较小，安全因素更多
地依赖于家长的监视，这需要耗费家长的大量时间。又如满足成年人需求的
Apple Watch，小米手环等产品，健康、娱乐是其产品的核心部分，无法照顾到
安全功能的设计。上述产品设计的报警按键暴露在表面，只有使用者点击按键才能
发送报警信号，报警方式单一，无法做到自动检测报警。且设备使用时间维持在
1～2周，待机能力一般，供电由一次性电池提供，对环境危害较大。
从隐形、便携等方面综合考虑，将防护模块置于鞋内更为有效。
在本文设计方案中，鞋内报警模块使用微充电电池与压电陶瓷充电电路组成电源为
设备供电。压电陶瓷充电电路负责将使用者机械能转化为电能，为电池充电，延长
电池使用时间。利用陀螺仪采集使用者状态，当状态值改变幅度超过设定的阈值时，
且Android设备与电子鞋脱离连接时，自动发送报警功能。但是鞋内空间狭小，
使用者在进行剧烈运动的时候，可能会造成电子元器件的松动，所以本文设计的电
子鞋底部尽可能地少放置电子器件，报警功能的实现集中于Android手机。
1 系统结构与功能
系统主要由鞋内报警模块和Android报警APP两个部分组成。报警模块使用
MSP430低功耗芯片作为控制核心，通过极低功耗蓝牙4.0模块与Android设备
通信；使用陀螺仪收集使用者运动趋势作为使用者是否倒地的依据；电源部分使用
微型充电电池，搭配压电陶瓷充电电路，将使用者走路时的动能转换为电能并为电
池充电，延长了电池的使用时间；外部电路还提供一个按键，使用者用脚跟重压该
按键可以实现主动报警。系统结构如图1所示。
图1 系统结构图Fig.1 Structure of system
系统主要功能如下：
APP在Android系统后台开启一个线程与鞋内报警模块通过蓝牙保持实时连接，
如果连接意外中断，APP每隔固定时间尝试搜寻指定蓝牙模块，保证连接的正常。
使用者需要使用APP绑定一个或多个指定的邮箱和手机号，只有绑定成功才能使
用系统报警功能，如果没有绑定，APP会不断弹出警告信息。
当APP与报警模块正常连接之后，APP在指定时间内记录用户GPS位置，报警
模块通过陀螺仪搜集用户状态。触发报警信号包括两种情况：
1）按键按下的事件超过报警阈值；
2）用户处于摔倒状态且APP与电子鞋脱离连接。当满足这两个条件中的其中一
个时，Android APP将会向指定的邮箱发送邮件，向绑定的联系人发送短信，并
拨打110报警电话。
2 电子鞋报警模块设计
2.1 硬件设计
报警模块硬件主要由以下5个部分组成：MSP430控制芯片；蓝牙4.0通信模块；
MPU⁃6050陀螺仪模块；压电陶瓷充电电路与微型充电电池组成的电源供电模块；
报警按键。
选用德州仪器公司的MSP430作为控制芯片，主要是因为其具备的超低功耗特性。
在正常工作状态下仅仅消耗1.2 mA，待机时功耗更是忽略不计。仅仅16 mm2
的封装，更有利于整个模块的PCB设计[2]。蓝牙4.0模块同样具备以往产品不具
备的低功耗特性，其功耗[3]仅为前代产品蓝牙3.0的1 4。
MPU⁃6050陀螺仪模块自带加速度传感器，用于检测使用者是否摔倒，该模块通
过陀螺仪、加速度传感器不断采集角速度和加速度，根据朴素贝叶斯算法推算出判
定摔倒状态的阈值，从而有效地检测摔倒事件的发生。陀螺仪电路如图2所示[4]。
图2 陀螺仪电路Fig.2 Circuit of gyroscope
作为可穿戴设备，电源部分的设计显得尤为重要。模块内部摒弃了使用一次性纽扣
电池作为模块供电的方案，而是考虑到电子鞋相较于手环、手表等可穿戴设备的不
同之处，特别地使用压电陶瓷收集和转化使用者移动过程中产生的机械能，再通过
充电电路将转化后得到的电能给电池充电。模块内部没有使用一次性电池，对环境
的保护也起到了积极的作用。值得注意的是，2片压电陶瓷片并联所产生的电量对
于整个模块的电量消耗是相当微弱的，因此压电陶瓷是辅助的电量提供者，作用仅
仅是延长电池使用时间，而充电电池仍然需要摘下充电。报警按键通过弱上拉与
MSP430相应管脚连接，其安装的位置为鞋跟部，使用者通过重压鞋跟部超过设
定的时间阈值，可以实现主动报警[5]。压电陶瓷充电电路如图3所示[6]。
图3 压电陶瓷充电电路Fig.3 Piezoelectric ceramic charging circuit
2.2 软件设计
模块主要具备如下两个主要功能。
1）报警按键按下的时间超过报警时间阈值时，MSP430通过蓝牙模块向手机发送
报警信号。时间阈值不是固定的，使用者可以根据自己的喜好通过APP更改设定，
系统默认的时间为3 s。
2）陀螺仪检测到使用者摔倒之后，MSP430控制芯片通过蓝牙模块向手机发送用
户倒地信号。Android端接收到该信号之后，在设定的时间内，如果手机与电子
鞋失去连接，将触发报警功能。在使用者受到侵害时，倒地的几率较大，因此将检
测使用者是否摔倒作为报警条件之一。陀螺仪通过采集使用者足部加速度和角度变
化来判定使用者是否摔倒，文献[7]提出，下躯干部位虽然质量较为集中，但是活
动较多，运动过程与摔倒过程差别较小，不适合用于数据获取。
但考虑到检测摔倒并不是该系统的重点，对比表1～表3中的数据，行走⁃跑动状
态与行走⁃摔倒两个状态获取的加速度和角速度无大差异，但与行走⁃行走状态之间
的差异是巨大的。因此，如果使用者突然由相对平稳状态转变为剧烈运动状态[8]，
那么模块会判定当前处于摔倒状态，但APP接收到摔倒信号后并不直接完成报警
行为，而是等到满足Android设备与电子鞋失去连接这个条件时才会执行相应操
作。加入两个特定条件的判定，将大大减少系统的误报率。
3 Android报警APP设计
APP接收电子鞋发来的信号，分析信号并做出相应的行为。电子鞋发送的信号总
共有两种：一种是明确的报警信号；另一种是使用者摔倒信号。两种信号的帧格式
如表4所示。对于第一种信号，APP不做处理，直接进行报警；第二种信号，
APP先检测当前是否能够连接到电子鞋，如果与电子鞋断开连接，则直接进行报
警。下面着重描述蓝牙连接功能和报警行为功能的设计。
表1 行走⁃跑动状态下加速度与角速度Table 1 Accelerated velocity and
angular velocity in state of walking⁃running数据序号参数2345加速度角速度
521 412 1 475 335 510 385 573 372 569 406
表2 行走⁃摔倒状态下角速度与加速度Table 2 Angular velocity and
accelerated velocity in state of walking⁃falling数据序号参数2345加速度角速
度595 370 1 567 319 548 356 522 407 611 442
表3 行走⁃行走状态下角速度与加速度Table 3 Angular velocity and
accelerated velocity in state of walking⁃walking数据序号参数3 2 4 5 69 40
加速度角速度1 67 35 54 32 55 32 52 36
表4 报警信号与摔倒信号帧格式Table 4 Frame formats of alarm signal and
falling signal信号类型报警信号摔倒信号帧头#S##D#编号S21 D21帧尾# #
3.1 蓝牙连接功能设计
电子鞋与APP通过蓝牙连接，相互通信，一旦蓝牙断开连接，报警设备将无法实
现所有功能，因此保证系统内部的蓝牙处于连接状态显得尤为重要。在APP中开
启一个独立的子线程，该线程定时采集当前蓝牙状态[6]，当电子鞋与APP连接中
断且没有接收到摔倒信号时，Android设备作为蓝牙主端，定时搜索周边蓝牙设
备，并匹配指定的蓝牙地址。如果匹配不成功的次数超过设定值上限（系统默认为
3）或者无法搜索到指定设备，那么系统认定当前电子鞋与Android设备脱离了连
接范围，将向绑定的联系人发送设备丢失短信，以帮助使用者快速找到Android
设备[9]。
3.2 报警功能设计
报警功能包含三个部分：向已绑定的联系人发送短信，向已绑定的邮箱发送邮件，
拨打110报警电话，三个行为依次执行。首先，APP通过调用startIntent方法将
包含有使用者当前GPS位置信息的报警信息发送给指定的联系人，如果短信发送
失败超过设定的次数（系统中默认为3），那么就跳过该行为，转而执行下一行为
发送邮件，继而是拨打报警电话[10]。报警流程图如图4所示。
图4 报警流程图Fig.4 Flow chart of alarming
4 系统测试
系统测试在南通大学创新实验室内进行，Android设备为魅族MX5。测试时已经
将所有模块集成到长8 mm，宽5 mm的PCB单层板中嵌入鞋内部，打开APP
软件连接电子鞋，设置相关选项后即完成初始化工作。硬件测试电路如图5所示。
图5 硬件测试电路Fig.5 Hardware test circuit
初始化工作完成后，依次测试APP GPS定位功能、短信发送功能、邮件发送功能
和拨打报警电话。APP测试界面如图6所示。
图6 报警测试界面Fig.6 Alarm test interface
紧接着完成Android设备与电子鞋联合调试。主要测试如下两个功能：重压鞋跟
1 s，2 s，3 s，每个时间段测试15次，每个阶段5次，接收报警信号的成功率如
表5所示。测试Android设备在接收到摔倒信号和没接收到摔倒信号两种前提下，
脱离连接范围时是否误报，两种情况每个测试15次，分为三个阶段，每个阶段测
试5，APP误报率如表6所示。
表5 报警信号成功率Table 5 Success rate of alarm signals时间值/s 第二阶段/%
第三阶段/%1 2 3第一阶段/%100 100 100 100 100 100 100 100 100
表6 APP误报率Table 6 False alarm rate of APP状态无摔倒信号有摔倒信号第
一阶段/%第二阶段/%第三阶段/%0 0 0 0 0 0
在无较强信号干扰的情况下，接收到报警信号成功率达到100%，APP误报率为
0%，APP能较好地对信号进行判断并完成相应的功能，测试结果表明该系统具备
低功耗，实时性和可靠性强等特点。
5 结 语
针对易受到侵害的弱势群体，本文设计了一套基于Android系统的可穿戴报警设
备，该设备不断检测使用者当前所处的状态，特别是在使用者突然遇到危险时，能
及时有效地发送报警信号，为实施营救赢得了宝贵的时间。在经过反复多次的测试
后得出，该系统具备良好的低功耗、实时性和可靠性，识别危险情况准确，具备一
定的市场应用价值。
项目设计方案荣获全国大学生物联网技术与应用“三创”大赛创意设计组一等奖。
参考文献
【相关文献】
[1]封顺天.可穿戴设备发展现状及趋势[J].信息通信技术，2014（3）：52⁃
le devices development status and trend[J].Information and
communications technologies，2014（3）：52⁃57.
[2]ZHU Z home management system based on MSP430 and Bluetooth
module[J].Journal of Weinan Normal Universi⁃ty，2016（4）：24⁃32.
[3]张晓飞，宋良平，宋威.nRF51822蓝牙4.0的温度墒情测量仪设计[J].单片机与嵌入式系统应用，
2016，16（1）：56⁃ Xiaofei，SONG Liangping，SONG ature and
moisture measurement instrument based on nRF51822 and Bluetooth
4.0[J].Microcontrollers&embedded systems，2016，16（1）：56⁃59.
[4]庞宏宇，杨晶，姜华，等.基于可穿戴设备的报警信息提醒方法，
CN105336204A[P].2016⁃02⁃ Hongyu，YANG Jing，JIANG Hua，et alarm
in⁃formation reminding method based on wearable equipment：
CN105336204A[P].2016⁃02⁃17.
[5]陈立.基于压电陶瓷的鞋底发电与充电电路的设计[J].科技风，2015（24）：
design of electric power generation and charging circuit based on piezoelectric
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科学版），2016，34（2）：283⁃ Nan，CHEN Wanzhong，WANG Qiushuang，et
⁃mote video monitoring and early warning system based on An⁃droid
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283⁃288.
[7]吴天昊.基于3轴加速度传感器及陀螺仪的老年人摔倒识别[D].北京：北京工业大学，
y fall detection based on 3 axis accelera⁃tion sensor and
gyroscope[D].Beijing：Beijing University of Technology，2013.
[8]常喜，贺五洋，王立忠，等.基于Android系统与单片机的无线蓝牙温度采集系统[J].数字技术与
应用，2016（2）：42⁃ Xi，HE Wuyang，WANG Lizhong，et ss
Bluetooth temperature acquisition system based on Android sys⁃tem and MCU[J].Digital
technology and application，2016（2）：42⁃43.
[9]张佳进，陈立畅，李雪飞，等.Android智能手机的紧急呼救系统设计[J].单片机与嵌入式系统应
用，2015（5）：69⁃ Jiajin，CHEN Lichang，LI Xuefei，et of
emergency call system based on Android phone[J].Microcon⁃trollers&embedded systems，
2015（5）：69⁃72.
[10]黄伟敏.Android平台的即时通信系统客户端设计方案[J].现代电子技术，2011，34（16）：
140⁃ of client⁃side in instant communica⁃tion system of
Android platform[J].Modern electronics tech⁃nique，2011，34（16）：140⁃142.
2024年3月15日发(作者：析妙芙)
基于Android系统的可穿戴报警设备设计
丁超;杨永杰;潘睿;申红明
【摘 要】介绍基于Android系统的新型可穿戴报警设备的设计.该设备主要由电子
鞋报警模块和Android APP两个部分组成.系统使用微型充电电池搭配压电陶瓷充
电电路为报警模块供电,延长电池使用时间.当遇到危险时,使用者可以利用脚跟重压
报警按键3 s主动发送信号或者在系统陀螺仪检测到使用者处于摔倒状态,且
Android手机脱离连接范围的情况下,自动使用鞋内报警模块驱动低功耗蓝牙4.0
向APP发送报警信号.APP将当前记录的GPS数据作为警报信息内容发送至多个
已绑定的邮箱和手机,并拨打110报警电话,从而实现及时、快速地求救.实验结果表
明,该系统识别危险情况准确,实时性、可靠性较高,具备一定市场应用价值.
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【年(卷),期】2018(041)016
【总页数】5页(P59-63)
【关键词】Android;可穿戴设备;陀螺仪;压电陶瓷充电电路;报警设备;GPS
【作 者】丁超;杨永杰;潘睿;申红明
【作者单位】南通大学 电子信息学院,江苏 南通 226019;南通大学 电子信息学院,
江苏 南通 226019;南通大学 电子信息学院,江苏 南通 226019;南通大学 电子信息
学院,江苏 南通 226019
【正文语种】中 文
【中图分类】TN820.4-34
0 引 言
随着国内经济的飞快发展，互联网技术高速发展的同时也带动了智能手机的发展，
目前，搭载有Android系统的智能手机市场占有率高达89%。物质文化的高速发
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配套的APP，家长可远程监控儿童位置，但由于使用者年龄较小，安全因素更多
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Apple Watch，小米手环等产品，健康、娱乐是其产品的核心部分，无法照顾到
安全功能的设计。上述产品设计的报警按键暴露在表面，只有使用者点击按键才能
发送报警信号，报警方式单一，无法做到自动检测报警。且设备使用时间维持在
1～2周，待机能力一般，供电由一次性电池提供，对环境危害较大。
从隐形、便携等方面综合考虑，将防护模块置于鞋内更为有效。
在本文设计方案中，鞋内报警模块使用微充电电池与压电陶瓷充电电路组成电源为
设备供电。压电陶瓷充电电路负责将使用者机械能转化为电能，为电池充电，延长
电池使用时间。利用陀螺仪采集使用者状态，当状态值改变幅度超过设定的阈值时，
且Android设备与电子鞋脱离连接时，自动发送报警功能。但是鞋内空间狭小，
使用者在进行剧烈运动的时候，可能会造成电子元器件的松动，所以本文设计的电
子鞋底部尽可能地少放置电子器件，报警功能的实现集中于Android手机。
1 系统结构与功能
系统主要由鞋内报警模块和Android报警APP两个部分组成。报警模块使用
MSP430低功耗芯片作为控制核心，通过极低功耗蓝牙4.0模块与Android设备
通信；使用陀螺仪收集使用者运动趋势作为使用者是否倒地的依据；电源部分使用
微型充电电池，搭配压电陶瓷充电电路，将使用者走路时的动能转换为电能并为电
池充电，延长了电池的使用时间；外部电路还提供一个按键，使用者用脚跟重压该
按键可以实现主动报警。系统结构如图1所示。
图1 系统结构图Fig.1 Structure of system
系统主要功能如下：
APP在Android系统后台开启一个线程与鞋内报警模块通过蓝牙保持实时连接，
如果连接意外中断，APP每隔固定时间尝试搜寻指定蓝牙模块，保证连接的正常。
使用者需要使用APP绑定一个或多个指定的邮箱和手机号，只有绑定成功才能使
用系统报警功能，如果没有绑定，APP会不断弹出警告信息。
当APP与报警模块正常连接之后，APP在指定时间内记录用户GPS位置，报警
模块通过陀螺仪搜集用户状态。触发报警信号包括两种情况：
1）按键按下的事件超过报警阈值；
2）用户处于摔倒状态且APP与电子鞋脱离连接。当满足这两个条件中的其中一
个时，Android APP将会向指定的邮箱发送邮件，向绑定的联系人发送短信，并
拨打110报警电话。
2 电子鞋报警模块设计
2.1 硬件设计
报警模块硬件主要由以下5个部分组成：MSP430控制芯片；蓝牙4.0通信模块；
MPU⁃6050陀螺仪模块；压电陶瓷充电电路与微型充电电池组成的电源供电模块；
报警按键。
选用德州仪器公司的MSP430作为控制芯片，主要是因为其具备的超低功耗特性。
在正常工作状态下仅仅消耗1.2 mA，待机时功耗更是忽略不计。仅仅16 mm2
的封装，更有利于整个模块的PCB设计[2]。蓝牙4.0模块同样具备以往产品不具
备的低功耗特性，其功耗[3]仅为前代产品蓝牙3.0的1 4。
MPU⁃6050陀螺仪模块自带加速度传感器，用于检测使用者是否摔倒，该模块通
过陀螺仪、加速度传感器不断采集角速度和加速度，根据朴素贝叶斯算法推算出判
定摔倒状态的阈值，从而有效地检测摔倒事件的发生。陀螺仪电路如图2所示[4]。
图2 陀螺仪电路Fig.2 Circuit of gyroscope
作为可穿戴设备，电源部分的设计显得尤为重要。模块内部摒弃了使用一次性纽扣
电池作为模块供电的方案，而是考虑到电子鞋相较于手环、手表等可穿戴设备的不
同之处，特别地使用压电陶瓷收集和转化使用者移动过程中产生的机械能，再通过
充电电路将转化后得到的电能给电池充电。模块内部没有使用一次性电池，对环境
的保护也起到了积极的作用。值得注意的是，2片压电陶瓷片并联所产生的电量对
于整个模块的电量消耗是相当微弱的，因此压电陶瓷是辅助的电量提供者，作用仅
仅是延长电池使用时间，而充电电池仍然需要摘下充电。报警按键通过弱上拉与
MSP430相应管脚连接，其安装的位置为鞋跟部，使用者通过重压鞋跟部超过设
定的时间阈值，可以实现主动报警[5]。压电陶瓷充电电路如图3所示[6]。
图3 压电陶瓷充电电路Fig.3 Piezoelectric ceramic charging circuit
2.2 软件设计
模块主要具备如下两个主要功能。
1）报警按键按下的时间超过报警时间阈值时，MSP430通过蓝牙模块向手机发送
报警信号。时间阈值不是固定的，使用者可以根据自己的喜好通过APP更改设定，
系统默认的时间为3 s。
2）陀螺仪检测到使用者摔倒之后，MSP430控制芯片通过蓝牙模块向手机发送用
户倒地信号。Android端接收到该信号之后，在设定的时间内，如果手机与电子
鞋失去连接，将触发报警功能。在使用者受到侵害时，倒地的几率较大，因此将检
测使用者是否摔倒作为报警条件之一。陀螺仪通过采集使用者足部加速度和角度变
化来判定使用者是否摔倒，文献[7]提出，下躯干部位虽然质量较为集中，但是活
动较多，运动过程与摔倒过程差别较小，不适合用于数据获取。
但考虑到检测摔倒并不是该系统的重点，对比表1～表3中的数据，行走⁃跑动状
态与行走⁃摔倒两个状态获取的加速度和角速度无大差异，但与行走⁃行走状态之间
的差异是巨大的。因此，如果使用者突然由相对平稳状态转变为剧烈运动状态[8]，
那么模块会判定当前处于摔倒状态，但APP接收到摔倒信号后并不直接完成报警
行为，而是等到满足Android设备与电子鞋失去连接这个条件时才会执行相应操
作。加入两个特定条件的判定，将大大减少系统的误报率。
3 Android报警APP设计
APP接收电子鞋发来的信号，分析信号并做出相应的行为。电子鞋发送的信号总
共有两种：一种是明确的报警信号；另一种是使用者摔倒信号。两种信号的帧格式
如表4所示。对于第一种信号，APP不做处理，直接进行报警；第二种信号，
APP先检测当前是否能够连接到电子鞋，如果与电子鞋断开连接，则直接进行报
警。下面着重描述蓝牙连接功能和报警行为功能的设计。
表1 行走⁃跑动状态下加速度与角速度Table 1 Accelerated velocity and
angular velocity in state of walking⁃running数据序号参数2345加速度角速度
521 412 1 475 335 510 385 573 372 569 406
表2 行走⁃摔倒状态下角速度与加速度Table 2 Angular velocity and
accelerated velocity in state of walking⁃falling数据序号参数2345加速度角速
度595 370 1 567 319 548 356 522 407 611 442
表3 行走⁃行走状态下角速度与加速度Table 3 Angular velocity and
accelerated velocity in state of walking⁃walking数据序号参数3 2 4 5 69 40
加速度角速度1 67 35 54 32 55 32 52 36
表4 报警信号与摔倒信号帧格式Table 4 Frame formats of alarm signal and
falling signal信号类型报警信号摔倒信号帧头#S##D#编号S21 D21帧尾# #
3.1 蓝牙连接功能设计
电子鞋与APP通过蓝牙连接，相互通信，一旦蓝牙断开连接，报警设备将无法实
现所有功能，因此保证系统内部的蓝牙处于连接状态显得尤为重要。在APP中开
启一个独立的子线程，该线程定时采集当前蓝牙状态[6]，当电子鞋与APP连接中
断且没有接收到摔倒信号时，Android设备作为蓝牙主端，定时搜索周边蓝牙设
备，并匹配指定的蓝牙地址。如果匹配不成功的次数超过设定值上限（系统默认为
3）或者无法搜索到指定设备，那么系统认定当前电子鞋与Android设备脱离了连
接范围，将向绑定的联系人发送设备丢失短信，以帮助使用者快速找到Android
设备[9]。
3.2 报警功能设计
报警功能包含三个部分：向已绑定的联系人发送短信，向已绑定的邮箱发送邮件，
拨打110报警电话，三个行为依次执行。首先，APP通过调用startIntent方法将
包含有使用者当前GPS位置信息的报警信息发送给指定的联系人，如果短信发送
失败超过设定的次数（系统中默认为3），那么就跳过该行为，转而执行下一行为
发送邮件，继而是拨打报警电话[10]。报警流程图如图4所示。
图4 报警流程图Fig.4 Flow chart of alarming
4 系统测试
系统测试在南通大学创新实验室内进行，Android设备为魅族MX5。测试时已经
将所有模块集成到长8 mm，宽5 mm的PCB单层板中嵌入鞋内部，打开APP
软件连接电子鞋，设置相关选项后即完成初始化工作。硬件测试电路如图5所示。
图5 硬件测试电路Fig.5 Hardware test circuit
初始化工作完成后，依次测试APP GPS定位功能、短信发送功能、邮件发送功能
和拨打报警电话。APP测试界面如图6所示。
图6 报警测试界面Fig.6 Alarm test interface
紧接着完成Android设备与电子鞋联合调试。主要测试如下两个功能：重压鞋跟
1 s，2 s，3 s，每个时间段测试15次，每个阶段5次，接收报警信号的成功率如
表5所示。测试Android设备在接收到摔倒信号和没接收到摔倒信号两种前提下，
脱离连接范围时是否误报，两种情况每个测试15次，分为三个阶段，每个阶段测
试5，APP误报率如表6所示。
表5 报警信号成功率Table 5 Success rate of alarm signals时间值/s 第二阶段/%
第三阶段/%1 2 3第一阶段/%100 100 100 100 100 100 100 100 100
表6 APP误报率Table 6 False alarm rate of APP状态无摔倒信号有摔倒信号第
一阶段/%第二阶段/%第三阶段/%0 0 0 0 0 0
在无较强信号干扰的情况下，接收到报警信号成功率达到100%，APP误报率为
0%，APP能较好地对信号进行判断并完成相应的功能，测试结果表明该系统具备
低功耗，实时性和可靠性强等特点。
5 结 语
针对易受到侵害的弱势群体，本文设计了一套基于Android系统的可穿戴报警设
备，该设备不断检测使用者当前所处的状态，特别是在使用者突然遇到危险时，能
及时有效地发送报警信号，为实施营救赢得了宝贵的时间。在经过反复多次的测试
后得出，该系统具备良好的低功耗、实时性和可靠性，识别危险情况准确，具备一
定的市场应用价值。
项目设计方案荣获全国大学生物联网技术与应用“三创”大赛创意设计组一等奖。
参考文献
【相关文献】
[1]封顺天.可穿戴设备发展现状及趋势[J].信息通信技术，2014（3）：52⁃
le devices development status and trend[J].Information and
communications technologies，2014（3）：52⁃57.
[2]ZHU Z home management system based on MSP430 and Bluetooth
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