CN103021131A - 跌倒检测系统和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跌倒检测系统，包括：加速度传感器，用以采集用户的姿态信息；控制模块，基于所述姿态信息判断跌倒事件；定时模块，使得所述控制模块周期性休眠，所述加速度传感器可唤醒休眠中的控制模块；电源模块，为所述控制模块和定时模块提供工作电压。本发明还公开了上述跌倒检测系统的检测方法。本发明的跌倒检测系统通过定时模块使得加速度传感器周期性休眠，并在紧急状态时，其休眠状态可被加速度传感器唤醒，因此功耗低，同时，本发明的跌倒检测系统能够在跌倒的第一时间进行准确判断，为报警信息的发送和人员的救治提供辅助。

Description

跌倒检测系统和检测方法

技术领域

本发明涉及一种跌倒检测系统和检测方法，其用于自动检测用户的跌倒事件。

背景技术

根据世界疾病控制与预防组织统计，世界上超过65岁的老人，每年有三分之一会跌倒，其中有一半为再发性跌倒，一次性跌倒中近10%会引起严重伤害或疾病，造成重大的医疗负担的健康伤害。我国上海市在2008年11月公布的一项全市意外伤害及死亡原因调查分析数据显示：位列第四的意外伤害中老年人占了一半左右。而目前中国社会60岁以上的老人所占的人口比例已经超过10%，已真正成为人口老龄化国家；

面对如此庞大的老年人口数量，减少老年人跌倒时给身体带来的冲击可以有效减轻跌倒事故带来的伤害。

目前国内外已经有一些类似的检测装置，但是由于传感信号不准确，信号处理不当等原因使得误判率较高，并且装置功耗过大，成本较高，给装置推广造成了很大障碍。例如，中国专利200320100468.5、200620075599.6、200620003000.8、200620070055.6使用传感器来判断身体倾斜程度来判断人体是否由直立变为水平，不利于弯腰，躺下等行为。中国专利200320100468.5，将垂直状态传感器放于手机底部，同样只能采用倾斜检测，并且大大限制了手机的放置位置，不方便使用。中国专利200720125141.1采用了一个三轴加速度传感器来检测人体加速度和倾斜角，在身体倾斜超过40度角的时候报警，或者在加速度大于1.5个重力加速度的时候报警，这种方法虽然检出率高，但是误判率也较高。中国专利200920171759.0，采用了三轴加速度传感器和二轴角速度传感器结合的方式，虽然可以解决跌倒检测问题，但整个装置需随时工作在高功耗状态，要么是装置变大不宜携带，要么需要频繁充电，给使用带来诸多不便。

有鉴于此，有必要提供一种低功耗的跌倒检测系统，且能够在跌倒的第一时间进行准确判断，为报警信息的发送和人员的救治提供辅助。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种低功耗的跌倒检测系统和检测方法，其能够在跌倒的第一时间进行准确判断，为报警信息的发送和人员的救治提供辅助。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种跌倒检测系统，包括：

加速度传感器，用以采集用户的姿态信息；

控制模块，基于所述姿态信息判断跌倒事件；

定时模块，使得所述控制模块周期性休眠，所述加速度传感器可唤醒休眠中的控制模块；

电源模块，为所述控制模块和定时模块提供工作电压。

作为本发明的进一步改进，所述控制模块包括第一接口，所述加速度传感器连接于所述第一接口，当所述加速度传感器测得的加速度值达到第一设定阈值时，所述加速度传感器产生第一中断信号，该中断信号映射到所述第一接口并唤醒所述控制模块。

作为本发明的进一步改进，所述的第一设定阈值小于或等于0.6个重力加速度，且持续时间大于等于250ms。

作为本发明的进一步改进，所述控制模块还包括第二接口，所述加速度传感器连接于所述第二接口，当所述加速度传感器测得的加速度值达到第二设定阈值时，所述加速度传感器产生第二中断信号，该中断信号映射到所述第二接口。

作为本发明的进一步改进，所述的第二设定阈值大于等于3.5个重力加速度。

作为本发明的进一步改进，所述加速度传感器为三轴加速度传感器。

作为本发明的进一步改进，所述系统还包括通信模块，用以与远端进行通信。

本发明还公开了上述跌倒检测系统的检测方法，包括：

控制模块周期性进行休眠；

控制模块在非休眠时间内获取加速度传感器的姿态信息；

当加速度传感器产生第一中断信号时，控制模块被唤醒并进入跌倒检测程序：如果在500ms内所述加速度传感器又产生第二中断信号，判断为疑似跌倒，否则，判断为非跌倒；疑似跌倒事件发生后，判断疑似跌倒事件发生前用户是否处于站立状态，如果是则检测跌倒事件发生后用户是否处于平躺状态，如果处于平躺状态则判断为跌倒。

本发明的跌倒检测系统通过定时模块使得加速度传感器周期性休眠，并在紧急状态时，其休眠状态可被加速度传感器唤醒，因此功耗低，同时，本发明的跌倒检测系统能够在跌倒的第一时间进行准确判断，为报警信息的发送和人员的救治提供辅助。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中跌倒检测系统的方框原理图；

图2所示为本发明具体实施例中用户跌倒时三轴加速度传感器的加速度数据；

图3所示为本发明具体实施例中三轴加速度传感器与控制模块之间的连接示意图；

图4所示为本发明具体实施例中跌倒检测系统的检测方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参图1所示，本发明实施例公开了一种跌倒检测系统，包括：

加速度传感器，用以采集用户的姿态信息；

控制模块，基于所述姿态信息判断跌倒事件；

定时模块，使得所述控制模块周期性休眠，所述加速度传感器可唤醒休眠中的控制模块；

电源模块，为所述控制模块和定时模块提供工作电压。

优选的，所述的加速度传感器为三轴加速度传感器。该三轴加速度传感器可以采集三维X，Y，Z方向上的重力加速度值和重力加速度的矢量和。

加速度传感器、控制模块、定时模块和电源模块可以容纳在一个共同的外壳内，该外壳可以配置有夹子、带子、腕带或类似的连接装置，用于简单地附着在用户的身体或衣服上。

外壳上还可以设置诸如蜂鸣器、闪光灯之类的报警模块以及诸如一个或多个按钮之类的输入模块，例如用于手工启动或取消报警。

外壳内还可以设有与远端进行通信的通信模块，通信模块的通信方法包括WiFi、Zigbee等。

如本领域普通技术人员所熟知，控制模块可以包括微处理器（MCU），该MCU可以包括中央处理单元（Central Processing Unit,CPU）、只读存储模块（read-only memory,ROM）、随机存储模块（random access memory,RAM）、定时模块、数字模拟转换模块（A/D converter）、以及复数输入/输出埠。当然，控制模块也可以采用其它形式的集成电路，如：特定用途集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）或现场可程序化门阵列（FieldProgrammable Gate Array，FPGA）等。

本实施例主要针对图2中所示采集到的跌倒数据进行分析，进而得到该检测算法。在图2中的四条曲线分别代表三维X，Y，Z方向上的重力加速度值和重力加速度的矢量和。横坐标为采集点的序列号，采集周期为20ms；纵坐标为采集点的数字值，每256代表1个重力加速度。

根据曲线的不同形态，将整个跌倒过程划分为4个阶段：

①人体跌倒前的竖直站立阶段；

②人体跌倒前期的下落阶段；

③人体跌倒过程中与地面发生碰撞的阶段；

④人体跌倒后平躺在地面并且近似静止阶段。

在①和④两个阶段，通过控制模块定时和加速度传感器通信得到用户的姿态信息，根据加速度传感器的佩戴角度以及统计分析该姿态信息即可得到人是否处于直立或者平躺状态，该方法定时时间根据功耗和检测精度要求，优选为1秒。

在②和③两个阶段，可以设置加速度传感器在特定状态产生中断信号，利用中断信号唤醒休眠中控制模块，从而判断跌倒状态。设置矢量和加速度值小于等于0.6个重力加速度（大于0）并且时间达到250ms时产生第一中断信号，判定为②阶段；设置矢量和加速度值大于3.5个重力加速度时产生第二中断信号，判定为③阶段。

参图3所示，MCU（控制模块）具体为至少有2根外部终端引脚INT1和INT2，有能够被外部中断和定时器中断唤醒的低功耗模式的单片机；其中数字三轴加速度传感器要求量程在±16g(g为地球表面重力加速度)，标准数字接口，能将内部第一中断信号和第二中断信号分别映射到INT1和INT2引脚上。控制模块还可以包括I2C、UART、SPI等其他接口。

参图4所示，上述的跌倒检测系统工作过程如下：

系统完成初始化后即进入休眠状态，此时只有定时模块运行，功耗达到uA级，可以减小功耗，延长电源模块使用寿命；

当定时模块到时后控制模块向加速度传感器获取用户的姿态信息，完毕后继续进入休眠状态；

当加速度传感器发生第一中断时，证明数字三轴加速度传感器判断有可能正在发生跌倒，控制模块被唤醒并进入跌倒检测程序：如果在500ms内又发生第二中断，判断为疑似跌倒，如未发生第二中断，判断为非跌倒；

疑似跌倒事件发生后，判断疑似事件发生前10s内人体是否都处于站立状态，如果是则等待15s，15s后检测该时间段内人体是否都处于平躺状态，如果是，疑似跌倒升级为跌倒，如果不是，判断为非跌倒。

跌倒检测部分的测试效果如表1所示，针对不同的跌倒姿势各进行了10次模拟跌倒测试，结果表明在各种情况下，本发明再跌倒检测精确度方面均取得了比较好的效果。

在功耗方面，终端的平均工作电流在1mA以内，以采用电量为400mAh的可充电锂电池为例，电池可供终端连续运行3月左右，达到了便携的同时又不需频繁充电的效果。

在成本方面，终端硬件成本控制在25元左右，达到了比较好的效果。

表1跌倒检测测试效果表

跌倒姿势

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

向前跌倒

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向后跌倒

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向左跌倒

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向右跌倒

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综上所述，本发明技术方案的优点在于：本发明的跌倒检测系统通过定时模块使得加速度传感器周期性休眠，并在紧急状态时，其休眠状态可被加速度传感器唤醒，因此功耗低，同时，本发明的跌倒检测系统能够在跌倒的第一时间进行准确判断，为报警信息的发送和人员的救治提供辅助。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种跌倒检测系统，其特征在于，包括：

加速度传感器，用以采集用户的姿态信息；

控制模块，基于所述姿态信息判断跌倒事件；

定时模块，使得所述控制模块周期性休眠，所述加速度传感器可唤醒休眠中的控制模块；

电源模块，为所述控制模块和定时模块提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的跌倒检测系统，其特征在于，所述控制模块包括第一接口，所述加速度传感器连接于所述第一接口，当所述加速度传感器测得的加速度值达到第一设定阈值时，所述加速度传感器产生第一中断信号，该中断信号映射到所述第一接口并唤醒所述控制模块。

3.根据权利要求2所述的跌倒检测系统，其特征在于，所述的第一设定阈值小于或等于0.6个重力加速度，且持续时间大于等于250ms。

4.根据权利要求2所述的跌倒检测系统，其特征在于，所述控制模块还包括第二接口，所述加速度传感器连接于所述第二接口，当所述加速度传感器测得的加速度值达到第二设定阈值时，所述加速度传感器产生第二中断信号，该中断信号映射到所述第二接口。

5.根据权利要求4所述的跌倒检测系统，其特征在于，所述的第二设定阈值大于等于3.5个重力加速度。

6.根据权利要求1所述的跌倒检测系统，其特征在于，所述加速度传感器为三轴加速度传感器。

7.根据权利要求1所述的跌倒检测系统，其特征在于，所述系统还包括通信模块，用以与远端进行通信。

8.权利要求4所述的跌倒检测系统的检测方法，其特征在于，包括：控制模块周期性进行休眠；

控制模块在非休眠时间内获取加速度传感器的姿态信息；

当加速度传感器产生第一中断信号时，控制模块被唤醒并进入跌倒检测程序：如果在500ms内所述加速度传感器又产生第二中断信号，判断为疑似跌倒，否则，判断为非跌倒；疑似跌倒事件发生后，判断疑似跌倒事件发生前用户是否处于站立状态，如果是则检测跌倒事件发生后用户是否处于平躺状态，如果处于平躺状态则判断为跌倒。

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