CN102136180B - 人体跌倒检测与报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体跌倒检测与报警装置，包括跌倒检测部分、跌倒检测信息传输部分和跌倒位置检测部分；跌倒检测部分依次连接跌倒检测信息传输部分和跌倒位置检测部分；跌倒检测部分对人体姿态进行检测，判断人体是否跌倒，当判断人体跌倒时，跌倒检测部分通过跌倒位置检测部分获取人体跌倒发生的地理位置，跌倒检测部分控制跌倒检测信息传输部分向监护人或监护中心发送跌倒报警信息和人体跌倒的地理位置。本发明的优点在于：对检测到的跌倒进行定位；将跌倒信息和跌倒发生的位置同时进行报警。

Description

人体跌倒检测与报警装置

技术领域

本发明涉及一种人体跌倒检测与报警装置，属于医学检测技术领域。 

背景技术

进入21世纪，人口老龄化将愈为显露。随着经济的发展和文化的交流，人口的流动性大大加速，使得很多子女不在老人身边。因而老年人得健康及其医疗护理问题逐渐成为一个重大问题，多数老年人的健康状况无法得到及时监测。在发生意外时，如果老年人得不到即时的救助，甚至会威胁到生命安全。而跌倒是在老年人中常有发生的一种意外事件。老人的跌倒会引发很多安全问题，5％～15％的跌倒造成脑部损伤、软组织损伤、骨折和脱臼等，其中最严重的是髋部骨折。 

现有的跌倒检测技术可分为三类：基于视频的跌倒检测系统，基于声学的跌倒检测系统，基于穿戴式传感器的跌倒检测系统。 

基于视频的跌倒检测系统是在一定区域内安装摄像头，拍摄人体活动的画面。通过图像处理的方法，检测是否有跌倒发生； 

基于声学的跌倒检测系统是通过分析跌倒时的音频信号来检测的； 

基于穿戴式传感器的跌倒检测系统，指穿戴微型课穿戴设备，如衣服、帽子、首饰等，来试试检测人体的活动。 

基于视频的跌倒检测系统受到区域限制；基于声学的跌倒检测系统准确率相对有待提高。现有基于穿戴式传感器的跌倒检测系统，如Int.Cl CN 2168586Y，Int.Cl CN 2249072Y基本是采用水银开关进行跌倒的检测；Int.Cl CN 201127606Y，采用仅通过加速度传感器方式进行跌倒检测。其缺点对跌倒进行检测的方法单一，准确率不够高，容易造成假报警。大部分传统的跌倒检测方式无远程无线通信功能，并且不能对跌倒发生的位置进行定位。 

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种人体跌倒检测与报警装置。 

人体跌倒检测与报警装置，包括跌倒检测部分、跌倒检测信息传输部分和跌倒位置检测部分； 

跌倒检测部分依次连接跌倒检测信息传输部分和跌倒位置检测部分；跌倒检测部分对人体姿态进行检测，判断人体是否跌倒，当判断人体跌倒时，跌倒检测部分通过跌倒位置检测部分获取人体跌倒发生的地理位置，跌倒检测部分控制跌倒检测信息传输部分向监护人或监护中心发送跌倒报警信息和人体跌倒的地理位置。 

本发明的优点在于： 

(1)对检测到的跌倒进行定位； 

(2)将跌倒信息和跌倒发生的位置同时进行报警。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图； 

图2是本发明跌倒检测部分结构示意图； 

图3是本发明的三轴加速度示意图； 

图4是本发明的人体传感器佩戴示意图； 

图5是本发明的人体姿态示意图。 

图中： 

1-跌倒检测部分        2-跌倒检测信息传输部分    3-跌倒位置检测部分 

4-第二陀螺仪          5-微控制器                6-第一加速度传感器 

7-第二加速度传感器    8-第一陀螺仪 

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。 

本发明是一种人体跌倒检测与报警装置，如图1所示，包括跌倒检测部分1、跌倒检测信息传输部分2和跌倒位置检测部分3。跌倒检测部分1依次连接跌倒检测信息传输部分2和跌倒位置检测部分3。 

跌倒检测部分1对人体姿态进行检测，判断人体是否跌倒，当判断人体跌倒时，跌倒位置检测部分3获取人体跌倒发生的地理位置，帮助监护人或监护中心对被监护人的跌倒位置进行定位，跌倒检测信息传输部分2向监护人或监护中心发送跌倒报警信息。 

如图2所示，跌倒检测部分1包括微控制器5、第一加速度传感器6、第二加速度传感器7、第一陀螺仪8和第二陀螺仪4。图3为三轴加速度传感器信号示意，x y z为各轴向上线加速度，静止状态下其矢量和为1g。θ表示z轴与垂向的夹角，它可以由z轴方向加速度值大小和三轴加速度大小矢量和之间的三角函数关系求得，第一加速度传感器6和第一陀螺仪8佩戴于人体腰部，第二加速度传感器7和第二陀螺仪4佩戴于人体大腿部，如图4所示，第一加速度传感器6用于测量腰部的线加速度信号，第一陀螺仪8用于测量腰部的角速度信号，第二加速度传感器7用于测量大腿部的线加速度信号，第二陀螺仪4用于测量大腿部的角速度信号，微控制器5采用TI的16位超低功耗的MSP430系列单片机的MSP430F1611，微控制器5对两个加速度传感器6和两个陀螺仪7的信号进行采集，得到腰部和大腿部的信号向量模，将第一加速传感器6测量的线加速度带入公式(1)，得到人体腰部信号向量模SVM₁，带 入公式(2)，得到人体腰部和重力方向夹角为θ₁；将第二加速传感器7测量的线加速度带入公式(1)，得到人体腿部信号向量模SVM₂，带入公式(2)，腿部和重力方向夹角为θ₂，通过第一陀螺仪8得到人体腰部运动角速度，通过第二陀螺仪4得到人体大腿运动角速度。 

$\mathrm{SVM}=\sqrt{{a_x}^2+{a_y}^2+{a_z}^2}---\left(1\right)$

$\mathrm{\θ}=\arccos (a_z/\sqrt{{a_x}^2+{a_y}^2+{a_z}^2})---\left(2\right)$

其中：a_xa_ya_z分别表示xyz三个方向上的线加速度大小，其中z方向为垂直方向，y方向为人体前后向，x方向为左右方向。 

设定人体安全时SVM和运动角速度的阈值，本发明中SVM阈值为1.8g-2.2g，运动角速度阈值为0.5rad/s-0.55rad/s，当人体腰部信号向量模SVM₁和人体腿部信号向量模SVM₂均超过SVM阈值，并且人体腰部运动角速度和人体大腿运动角速度均超过运动角速度阈值，微控制器5判断人体发生跌倒。如图5所示，微控制器5通过人体腰部和重力方向夹角为θ₁、腿部和重力方向夹角为θ₂判断人体姿态。如当θ₁和θ₂均小于一固定值时(可设定在20°-30°之间)，则人体处于站立姿态；如当θ₁小于一固定值θ₂大于一固定值(θ₁可设定在20°-30°之间，θ₂可设定在60°-70°之间)，则人体处于坐姿态；如当θ₁和θ₂均大于一固定值(可设定在60°-70°之间)时，则人体处于躺位姿态。跌倒位置检测部分3采用GPS模块对跌倒位置进行定位，将人体跌倒发生的地理位置输出给微控制器5，方便监护人或监护中心对被监护人的跌倒位置进行定位。微控制器5控制跌倒检测信息传输部2向监护人或监护中心发送跌倒报警信息和人体跌倒的地理位置，跌倒检测信息传输部2采用GSM模块进行远程无线通信。 

Claims (2)

1.人体跌倒检测与报警装置，其特征在于，包括跌倒检测部分、跌倒检测信息传输部分和跌倒位置检测部分；

跌倒检测部分依次连接跌倒检测信息传输部分和跌倒位置检测部分；跌倒检测部分对人体姿态进行检测，判断人体是否跌倒，当判断人体跌倒时，跌倒检测部分通过跌倒位置检测部分获取人体跌倒发生的地理位置，跌倒检测部分控制跌倒检测信息传输部分向监护人或监护中心发送跌倒报警信息和人体跌倒的地理位置；

跌倒检测部分包括微控制器、第一加速度传感器、第二加速度传感器、第一陀螺仪和第二陀螺仪；第一加速度传感器和第一陀螺仪佩戴于人体腰部，第二加速度传感器和第二陀螺仪佩戴于人体大腿部，第一加速度传感器用于测量腰部的线加速度信号，第一陀螺仪用于测量腰部的角速度信号，第二加速度传感器用于测量大腿部的线加速度信号，第二陀螺仪用于测量大腿部的角速度信号，微控制器对两个加速度传感器和两个陀螺仪的信号进行采集，将第一加速传感器测量的线加速度带入公式（1），得到人体腰部信号向量模SVM₁；将第二加速传感器测量的线加速度带入公式（1），得到人体腿部信号向量模SVM₂，通过第一陀螺仪得到人体腰部运动角速度，通过第二陀螺仪得到人体大腿运动角速度；

$\mathrm{SVM}=\sqrt{{a_x}^2+{a_y}^2+{a_z}^2}---\left(1\right)$

其中：a_x、a_y、a_z分别表示x、y、z三个方向上的线加速度大小，其中z方向为垂直方向，y方向为人体前后向，x方向为左右方向；设定人体安全时SVM和运动角速度的阈值，当人体腰部信号向量模SVM₁和人体腿部信号向量模SVM₂均超过SVM阈值，并且人体腰部运动角速度和人体大腿运动角速度均超过运动角速度阈值，微控制器判断人体发生跌倒；

所述的SVM阈值为1.8g-2.2g之间的某个值，运动角速度阈值为0.5rad/s–0.55rad/s之间的某个值；

所述的第一加速传感器测量的线加速度带入公式（2），得到人体腰部和重力方向夹角为θ₁；第二加速传感器测量的线加速度带入公式（2），腿部和重力方向夹角为θ₂；

$\mathrm{\θ}=\arccos (a_z/\sqrt{{a_x}^2+{a_y}^2+{a_z}^2})---\left(2\right)$

所述的微控制器通过人体腰部和重力方向夹角为θ₁、腿部和重力方向夹角为θ₂判断人体姿态；如当θ₁和θ₂均小于一固定值，固定值为20°–30°之间的某个值，则人体处于站立姿态；如当θ₁小于20°-30°之间的某个值且θ₂大于60°–70°之间的某个值，则人体处于坐姿态；如当θ₁和θ₂均大于一固定值，固定值为60°–70°之间的某个值时，则人体处于躺位姿态；

所述的跌倒位置检测部分采用GPS模块对跌倒位置进行定位，将人体跌倒发生的地理位置输出给跌倒检测部分的微控制器；

所述的跌倒检测信息传输部向监护人或监护中心发送信息，采用GSM模块进行远程无线通信。

2.根据权利要求1所述的人体跌倒检测与报警装置，其特征在于，所述的微控制器采用TI的16位超低功耗的MSP430系列单片机的MSP430F1611。

Images