CN103198615A - 基于多传感器协同的人体跌倒检测预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多传感器协同的人体跌倒检测预警装置。本发明由主机及一个或多个从机组成。主机包括传感器通信模块，微处理器，GSM通信芯片，GPS位置芯片，LED灯，按钮，电源及其他外设；从机包括加速度传感器或压力传感器，微控制器，传感器通信芯片。主机通过传感器网络从机传感器处获得数据并检测跌倒，预警。可穿戴式无线监测实现更加便携和用户友好的跌倒监测、采用多传感器协同和混合定位实现更加准确的全面的跌倒监测、基于自适应监测模型实现更具个性化和面向个体的跌倒监测。

Description

基于多传感器协同的人体跌倒检测预警装置

技术领域

本发明属于电子应用技术领域，特别涉及一种基于多传感器协同的人体跌倒检测预警装置。 

背景技术

日常生活中，老年人突发状况致使的跌倒成为老年人健康的很大威胁，特别是跌倒后无人发现或者公共场合无人敢伸出援手的情况下，更需要一种能够及时发现并预警的装置。随身携带的便携式预警装置是一种处理紧急情况的有效装置，在当今社会老龄化的背景下，这种装置尤为需要。

目前，常用的人体跌倒检测仅仅使用单个加速度传感器。如中国专利号为200720125141.1、200920031972.1、200720097622.6的技术方案，均使用采集加速度传感器的信号值，经过运算后与某个阈值比较以判断是否发生跌倒。其共同的弱点是由单一的加速度传感器判断跌倒容易发生判错情况，在一些加速度值特殊的环境下准确度下降甚至于无法工作。并且单一的加速度传感器一般要求用户将传感器固定在特殊的部位，对用户日常生活造成不便。

同时中国专利号为200720125141.1的技术方案中仅提供了报警功能，无法指示用户所处的方位，使得报警后的帮助人员无法及时提供救助。中国专利号为200920031972.1的技术方案中仅仅使用GPS作为定位模块，而GPS定位时间长、在室内工作，使得用户在室内的发生危险后装置无法得到用户的位置。中国专利号为200720097622.6的技术方案中，改进使用GPSone进行定位，可以在室内定位，但是由于在室内只能通过基站定位，定位精度不高，定位所需时间也较长使得对报警后提供帮助造成了一定障碍。

发明内容

为了克服现有的跌倒检测装置在准确率不高，特殊情况下无法运作，以及携带不方便的问题，本发明提供一种跌倒监测装置，该装置能够在多种复杂情况下工作，保证检测准确率的同时能够让用户更方便的携带。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

基于多传感器协同的人体跌倒检测预警装置，包括主机、第一从机和第二从机。主机负责处理数据并判断是否跌倒，第一从机获取身体某部位的当前加速度数据，以判断是否跌倒，第二从机获取当前使用者脚底的压力数据，由主机判断是否跌倒。

所述的主机由主机微处理器模块、GSM通信模块、WIFI通信模块、主机电源模块、GPS模块、蜂鸣器模块、LED模块与按钮模块组成；GSM通信模块直接与主机微处理器模块相连，负责发送报警信号，取得GSM基站信息来定位。WIFI通信模块与主机微处理器模块输入输出端口相连，扫描附近的WIFI基站信息用来定位。主机电源使用可充电式电源，给主机所有电子器件提供电源。GPS模块与主机微处理器模块输入输出端口相连，通过GPS卫星信号来精确定位用户的位置，在触发报警后开始工作延长使用寿命。主机微处理器模块负责与各从机的通信和模型的运算，通过各传感器传来的数据来判断用户是否跌倒，并负责检测电池电量情况。蜂鸣器模块、LED模块与主机微处理器模块输出端口相连，通过发光发声来与用户交互，在跌倒检测时用来判断此次判断是否误判，在低电压情况下提醒用户充电，在其它情况下提醒用户穿戴本装置或者检查从机。按钮模块与主机微处理器模块输入端口相连，在跌倒检测时用来与用户交互决定此次判断是否误判，在其它情况下同来提供紧急求助按钮。

所述的主机微处理器模块为一个带ZIGBEE通信模块的微处理器，包括一块MSP430F14X芯片，其中第1引脚DVcc与电源相连，第8引脚XIN与晶振Y1一端相连，第9引脚与XOUT与晶振Y1另一端相连，第10引脚VeREF+与电源相连，第11引脚VREF-/VeREF接地，第12引脚P1.0/TACLK和第13引脚P1.1/TA0分别和按钮模块中的开关S1和S2的一端相连，第26引脚P2.6/ADC12CLK与WIF通信I模块的nRF24l01芯片的第7引脚IRQ相连，第27引脚P2.7/TA0与WIFI通信模块的nRF24l01芯片第2引脚CE相连，第28引脚P3.0/STE0与WIFI通信模块的nRF24l01芯片第3引脚CSN相连，第29引脚P3.1/SIMO0与WIFI通信模块的nRF24l01芯片第5引脚MOSI相连，第30引脚P3.2/SOMI0与WIFI通信模块的nRF24l01芯片的第6引脚MISO相连，第31引脚P3.3/UCLK0与WIFI通信模块的nRF24l01芯片的第4引脚SCK相连，第34引脚P3.6/UIXD1与GSM通信模块的19引脚TXD0相连，第35引脚P3.7/URXD1与GSM通信模块的18引脚RXD0相连，第37引脚P4.1/TB1与LED模块中的电阻R5一端相连，第38引脚P4.2/TB2与GSM通信模块的15引脚相连，第41引脚P4.5/TB5通过电阻R16与GSM通信模块的31引脚相连，第48引脚与P5.4/MCIK与蜂鸣器中的电阻R6一端相连，第54引脚TDO/TDI与烧录电路的第1引脚相连，第55引脚TDI/TCLK与主机烧录电路的第3引脚相连，第56引脚TMS与主机烧录电路的第4引脚相连，第57引脚TCK和主机烧录电路的第5引脚相连，第58引脚与主机烧录电路的第7引脚相连。第61、62引脚接地，第63引脚接电源。

所述的GSM通信模块由TC35模块、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R16组成、发光二极管D5、三极管Q2和开关S3组成。

TC35模块的第1、2、3、4、5引脚接电源；TC35模块的6、7、8、9、10引脚接地；TC35模块的15引脚与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端与开关S3的一端和主机微处理器模块中的MSP430F14X芯片的38引脚相连，开关S3的另一端接地；TC35模块的18、19引脚与主机微处理器模块中的MSP430F14X芯片的35、34引脚相连；TC35模块的24引脚与SIM卡的第1引脚相连；TC35模块的25引脚与SIM卡的第2引脚相连； TC35模块的26引脚与SIM卡的第6引脚相连； TC35模块的27引脚与SIM卡的第3引脚相连； TC35模块的28引脚与SIM卡的第1引脚相连； TC35模块的29引脚与SIM卡的第4引脚相连； TC35模块的31引脚与电阻R16一端相连，电阻R16的另一端与主机微处理器的41引脚相连；TC35模块的32引脚与电阻R12一端相连，电阻R12的另一端三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与发光二极管D5的负极相连，发光二极管的正极与电源相连。

所述的WIFI通信模块由芯片nRF24l01组成，芯片nRF24l01的第1引脚接电源；芯片nRF24l01的第2引脚接主机微处理器模块中的MSP430F14X芯片的27引脚；芯片nRF24l01的第3引脚接主机微处理器中的MSP430F14X芯片的28引脚；芯片nRF24l01的第4引脚接主机微处理器中的MSP430F14X芯片的31引脚；芯片nRF24l01的第5引脚接主机微处理器中的MSP430F14X芯片的29引脚；芯片nRF24l01的第6引脚接主机微处理器中的MSP430F14X芯片的30引脚；芯片nRF24l01的第7引脚接主机微处理器中的MSP430F14X芯片的26引脚；芯片nRF24l01的第8引脚接地。

所述的蜂鸣器模块由蜂鸣器BELL、三级管Q1、电阻R6组成；

蜂鸣器BELL一端与电源相连，另一端与三极管Q1集电极相连；三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与主机微处理器中的中的MSP430F14X芯片的48引脚相连。

所述的LED模块由电阻R5和发光二极管组成。

电阻R5的一端与主机微处理器模块1-1中的MSP430F14X芯片的37引脚相连，另一端与发光二极管的正极相连，发光二极管负极接地。

所述的按钮模块由开关S1、S2、电阻R14、电阻R15组成。

开关S1一端与主机微处理器模块的中的MSP430F14X芯片的第12引脚相连，另一端与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端与电源相连；开关S2一端与主机微处理器模块中的MSP430F14X芯片的第13引脚相连，另一端与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端接电源。 

所述的第一从机由第一从机微处理器模块、三轴加速度传感器模块、第一从机电源模块组成。三轴加速度传感器模块通过I2C协议与MCU相连，持续检测X，Y，Z三轴方向上的加速度。带ZIGBEE通信模块的第一从机微处理器模块负责取得加速度传感器传送回来的信号，在能量波动较小情况下工作在低功耗模式，延长从机的使用寿命；传送三轴加速度传感器模块上的信号回主机并固定时间间隔向主机传送信号，向主机报告从传感器状态。

所述的第一从机微处理器模块为一个带ZIGBEE通信模块的微处理器模块，它由MSP430F2013芯片、电阻R1、滤波电容C1和电容C2组成。

MSP430F2013芯片的第1引脚与电源相连并连接电容C1、电容C2的正极，电容C1、电容C2另一端接地；MSP430F2013芯片的第2引脚与LED相连；MSP430F2013芯片的第3引脚与三轴加速度传感器模块的MMA845x芯片的11引脚相连；MSP430F2013芯片的第4引脚与WIFI通信模块的第7引脚相连；MSP430F2013芯片的第5引脚与WIFI通信模块的第2引脚相连；MSP430F2013芯片的第6引脚与WIFI通信模的第3引脚相连；MSP430F2013芯片的第7引脚与WIFI通信模块的的4引脚相连；MSP430F2013芯片的第8引脚与WIFI通信模块的第5引脚相连；MSP430F2013芯片的第9引脚与WIFI模块的第6引脚相连；MSP430F2013芯片的第10引脚与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端接电源；MSP430F2013芯片的第11引脚与从机烧录电路的第2引脚相连；MSP430F2013芯片的第12引脚与三轴加速度传感器模块的MMA845x芯片的第4脚相连；MSP430F2013芯片的第13引脚与三轴加速度传感器模块的MMA845x芯片的第6引脚相连；MSP430F2013芯片的第14接地。 

所述的三轴加速度传感器模块由MMA845x芯片、电容C3、电容C4组成和滤波电容C5组成。

MMA845x芯片的第1引脚与电源相连并与电容C3一端相连，电容C3的另一端接地；MMA845x芯片的第2引脚与电容C4一端相连，电容C4另一端接地；MMA845x芯片的第4引脚与上拉电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端接电源；MMA845x芯片的第5引脚接地；MMA845x芯片的第6引脚接上拉电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电源； MMA845x芯片的第7引脚接地；MMA845x芯片的第10引脚接地；MMA845x芯片的第11引脚接第一从机微处理器模块中的MSP430F2013芯片的第3引脚；MMA845x芯片的第12引脚接地；MMA845x芯片的第14引脚接电源并与滤波电容C5的正极相连，电容C5的另一端接地。

所述的第一从机电源模块由电池和电容C6组成；电池的负极接地，电池正极一端与电容C6正极相连，电容C6的负极接地。 

所述的第二从机由第二从机微处理器模块、压力传感器模块和第二从机电源模块组成。压力传感器模块通过I2C协议与第二从机微处理器模块相连，持续检测用户足底压力。第二从机微处理器负责取得压力感器传送回来的信号，在压力波动较小情况下工作在低功耗模式，延长从机的使用寿命；传送压力加速度传感器模块上的信号回主机并固定时间间隔向主机传送信号，向主机报告从传感器状态。

所述的第二从机微处理器模块与第一从机微处理器一致。

所述的第二从机电源模块与第一从机电源模块一致。

所述的压力传感器模块由压力传感器构成。

相对于现有技术，本发明的有益效果：

本发明主要特点是可穿戴式无线监测实现更加便携和用户友好的跌倒监测、采用多传感器协同和混合定位实现更加准确的全面的跌倒监测、基于自适应监测模型实现更具个性化和面向个体的跌倒监测。

附图说明

图1是本发明电路原理图。

图2是本发明的基本流程图。

图3是本发明的基本架构图。

图4是混合定位客户端技术框图。

图5是混合定位服务端技术框图。

图6是主机的微处理器模块电路图。

图7是主机GSM通信模块电路图。

图8是主、从机WIFI模块电路图。

图9是SIM卡的电路图。

图10是主机蜂鸣器模块电路图。

图11是主、从LED模块电路图。

图12是主机开关模块电路图。

图13主机烧录电路图。

图14是从机微处理器模块电路图。

图15是三轴传感器模块电路图。

图16是从机压力传感器电路图。

图17是从机电源模块电路。

图18是从机烧录电路电路图。

图19是从机上拉电阻电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明实际包括一个主机，两个从机组成。主机由主机微处理器模块1-1、GSM通信模块1-2、WIFI通信模块1-3、主机电源模块1-4、GPS模块1-5、蜂鸣器模块1-6、LED模块1-7与按钮模块1-8组成。从机1由第一从机微处理器模块1-9、三轴加速度传感器模块1-10、第一从机电源模块1-11组成。从机2由第二从机微处理器模块1-12、压力传感器模块1-13和第二从机电源模块1-14组成。主机中，GSM通信模块1-2直接与主机微处理器模块1-1相连，负责发送报警信号，取得GSM基站信息来定位。WIFI通信模块1-3与主机微处理器模块1-1输入输出端口相连，主要扫描附近的WIFI基站信息用来定位。主机电源使用可充电式电源，给主机所有电子器件提供电源。GPS模块1-5与主机微处理器模块1-1输入输出端口相连，通过GPS卫星信号来精确定位用户的位置，在触发报警后开始工作延长使用寿命。主机微处理器模块1-1负责与各从机的通信和模型的运算，通过各传感器传来的数据来判断用户是否跌倒，并负责检测电池电量情况。蜂鸣器模块1-6、LED模块1-7与主机微处理器模块1-1输出端口相连，通过发光发声来与用户交互，在跌倒检测时用来判断此次判断是否误判，在低电压情况下提醒用户充电，在其它情况下提醒用户穿戴本装置或者检查从机。按钮模块1-8与主机微处理器模块1-1输入端口相连，在跌倒检测时用来与用户交互决定此次判断是否误判，在其它情况下同来提供紧急求助按钮。

从机1中三轴加速度传感器模块1-10通过I2C协议与MCU相连，持续检测X，Y，Z三轴方向上的加速度。带ZIGBEE通信模块的第一从机微处理器模块1-9负责取得加速度传感器传送回来的信号，在能量波动较小情况下工作在低功耗模式，延长从机的使用寿命；传送三轴加速度传感器模块1-10上的信号回主机并固定时间间隔向主机传送信号，向主机报告从传感器状态。

从机2中压力传感器模块1-3通过I2C协议与MCU相连，持续检测用户足底压力。第二从机微处理器1-12负责取得压力感器传送回来的信号，在压力波动较小情况下工作在低功耗模式，延长从机的使用寿命；传送压力加速度传感器模块1-13上的信号回主机并固定时间间隔向主机传送信号，向主机报告从传感器状态。

 参照图2，开机后主机进入正常检测状态，当没有异常发生时，一直保持正常检测状态，如果跌倒处理器根据跌倒模型检测到疑似跌倒动作，则进入预报警状态，此时蜂鸣器报警，LED亮，询问用户是否摔倒，如果此时用户按下按钮取消报警，则判断此次为误判，回到正常检测状态，若一定时间内用户未取消报警，则装置进入报警状态，此时，混合定位功能启动，尝试确定用户位置，GSM通信模块向服务器发送报警信息，若位置信息可用的情况下，GSM通信模块同时向服务器发送位置信息。每隔一定时间后，装置重新向服务器发送报警信息，以确保紧急信息被及时传达。

本装置中，包含三轴加速度传感器的从机可以佩戴在腰间、胸部、腿部，包含压力加速度传感器的从机佩戴在脚底。加速度传感器可以单个出现，压力传感器以对为单位出现。主机可以协同多个加速度传感器和最多一对压力传感器工作。主机需要随身携带或者置于活动范围内。

本装置使用可变的跌倒判断模型来判断用户是否跌倒：

（1）在单一传感器可用的情况下，从三轴加速度传感器得到信号，则对取得的信号进行0.25Hz滤波，得到的低频部分判断为重力加速度方向；得到的高频部分计算其能量，若能量超过预先设定阈值，连续监测三轴加速度方向与能量，待能量稳定后判断最终人体方向与重力加速度方向的夹角，若夹角小于设定值时，模型判断用户跌倒。

（2）在双传感器可用的情况下，若两者均为加速度传感器，则取加速度传感器的数据计算加权平均值来得到模型使用的数据，其中位于腰部的加速度传感器权重最大，然后是胸部的加速度传感器，最后是腿部的加速度传感器。若为两个压力传感器，则对取得的信号相加并进行0.25Hz滤波，得到的低频部分判断为人体正常重力产生的压力；监控实时两者压力传感器的数据和并求导，若变化速率超过预先设定值，连续监控压力数据，待稳定后与正常压力比较，如果低于预先设定的值，则模型判断用户跌倒。

（3）在多传感器的情况下，按照所有传感器加权平均的方法判断用户是否跌倒，其中压力传感器的权重大于三轴加速度传感器的权重。

参照图3，服务器端负责取得用户位置并处理报警信号，同时提供配置主机和日常活动记录展示功能。主机负责取得从机数据跌倒检测混合定位及紧急求助。带有压力传感器的从机和带有加速度传感器的从机负责取得传感器数据并发送至主机。

参照图4，混合定位客户端软件需要同时处理多种定位方式获取的位置信息。该技术的一个核心是如何将多种定位来源产生的位置信息以统一的信息接口发布给位置信息使用终端。如果要在客户端中进行多种位置信息的优选，必然会导致客户端软件和硬件的复杂化。一个简单解决的思路是，将优化选择最有效位置信息的工作从客户端移到服务端，这种情况下只需要打包将多种定位方式得到的信息发送到服务器，利用服务器强大的运算能力和复杂的软件算法，得到有效的位置描述。

参照图5，混合定位服务端依赖于三个最主要的功能：定位计算引擎、位置数据引擎、GIS地理信息引擎。通常位置数据库需要通过采集定位节点的信息生成，GIS地理信息引擎需租用第三方信息服务。由于混合定位需要综合多种定位方式进行定位计算，因此在服务端的实现相对复杂。

图6为主机的微处理器模块，带ZIGBEE通信模块的微处理器1-1包括一块MSP430F14X芯片，其中第1引脚DVcc与电源相连，第8引脚XIN与晶振Y1一端相连，第9引脚与XOUT与晶振Y1另一端相连，第10引脚VeREF+与电源相连，第11引脚VREF-/VeREF接地，第12引脚P1.0/TACLK和第13引脚P1.1/TA0分别和按钮模块1-8中的开关S1和S2的一端相连，第26引脚P2.6/ADC12CLK与WIF通信I模块1-3的nRF24l01芯片的第7引脚IRQ相连，第27引脚P2.7/TA0与WIFI通信模块1-3的nRF24l01芯片第2引脚CE相连，第28引脚P3.0/STE0与WIFI通信模块1-3的nRF24l01芯片第3引脚CSN相连，第29引脚P3.1/SIMO0与WIFI通信模块1-3的nRF24l01芯片第5引脚MOSI相连，第30引脚P3.2/SOMI0与WIFI通信模块1-3的nRF24l01芯片的第6引脚MISO相连，第31引脚P3.3/UCLK0与WIFI通信模块1-3的nRF24l01芯片的第4引脚SCK相连，第34引脚P3.6/UIXD1与GSM通信模块1-2的19引脚TXD0相连，第35引脚P3.7/URXD1与GSM通信1-2模块的18引脚RXD0相连，第37引脚P4.1/TB1与LED模块1-7中的电阻R5一端相连，第38引脚P4.2/TB2与GSM通信模块1-2的15引脚相连，第41引脚P4.5/TB5通过电阻R16与GSM通信模块1-2的31引脚相连，第48引脚与P5.4/MCIK与蜂鸣器1-6中的电阻R6一端相连，第54引脚TDO/TDI与烧录电路的第1引脚相连，第55引脚TDI/TCLK与主机烧录电路的第3引脚相连，第56引脚TMS与主机烧录电路的第4引脚相连，第57引脚TCK和主机烧录电路的第5引脚相连，第58引脚与主机烧录电路的第7引脚相连。第61、62引脚接地，第63引脚接电源。

图7为主机GSM通信模块，GSM通信模块1-2由TC35模块、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R16组成、发光二极管D5、三极管Q2和开关S3组成。TC35的第1、2、3、4、5引脚接电源；TC35的6、7、8、9、10引脚接地；TC35的15引脚与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端与开关S3的一端和主机微处理器模块1-1中的MSP430F14X芯片的38引脚相连，开关S3的另一端接地；TC35的18、19引脚与主机微处理器模块1-1中的MSP430F14X芯片的35、34引脚相连；TC35的24引脚与SIM卡的第1引脚相连；TC35的25引脚与SIM卡的第2引脚相连；TC35的26引脚与SIM卡的第6引脚相连；TC35的27引脚与SIM卡的第3引脚相连；TC35的28引脚与SIM卡的第1引脚相连；TC35的29引脚与SIM卡的第4引脚相连；TC35的31引脚与电阻R16一端相连，电阻R16的另一端与主机微处理器1-1的41引脚相连；TC35的32引脚与电阻R12一端相连，电阻R12的另一端三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与发光二极管D5的负极相连，发光二极管的正极与电源相连。

图8为WIFI模块，WIFI通信模块1-3由nRF24l01组成。nRF24l01的第2引脚接主机微处理器模块1-1中的MSP430F14X芯片的27引脚；nRF24l01的第3引脚接主机微处理器1-1中的MSP430F14X芯片的28引脚；nRF24l01的第4引脚接主机微处理器1-1中的MSP430F14X芯片的31引脚；nRF24l01的第5引脚接主机微处理器1-1中的MSP430F14X芯片的29引脚；nRF24l01的第6引脚接主机微处理器1-1中的MSP430F14X芯片的30引脚；nRF24l01的第7引脚接主机微处理器1-1中的MSP430F14X芯片的26引脚；nRF24l01的第8引脚接地。

图9为SIM卡的电路图。

图10为主机蜂鸣器模块，蜂鸣器BELL一端与电源相连，另一端与三极管Q1集电极相连；三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与主机微处理器中的中的MSP430F14X芯片的48引脚相连。

图11为主机的LED模块，led模块1-7由电阻R5和发光二极管组成。电阻R5的一端与主机微处理器模块1-1中的MSP430F14X芯片的37引脚相连，另一端与发光二极管的正极相连，发光二极管负极接地。

图12为主机按钮模块，按钮模块1-8由开关S1、S2、电阻R14、电阻R15组成。开关S1一端与主机微处理器模块的1-1中的MSP430F14X芯片的第12引脚相连，另一端与电阻R14相连，电阻R14的另一端与电源相连；开关S2一端与主机微处理器模块1-1中的MSP430F14X芯片的第13引脚相连，另一端与电阻R15相连，电阻R15另一端接电源

图13为主机烧录电路，主机代码烧录由该模块实现。

图14为从机微处理器模块电路图，带ZIGBEE通信模块的第一从机微处理器模块1-9由MSP430F2013、电阻R1、滤波电容C1和电容C2组成。MSP430F2013的第1引脚与电源相连并连接电容C1、C2的正极，电容C1、C2另一端接地；MSP430F2013的第2引脚与LED相连；MSP430F2013的第3引脚与三轴加速度传感器模块1-10的MMA845x芯片的11引脚相连；MSP430F2013的第4引脚与WIFI通信模块1-3的第7引脚相连；MSP430F2013的第5引脚与WIFI通信模块1-3的第2引脚相连；MSP430F2013的第6引脚与WIFI通信模1-3的第3引脚相连；MSP430F2013的第7引脚与WIFI通信模块的1-3的4引脚相连；MSP430F2013的第8引脚与WIFI通信模块1-3的第5引脚相连；MSP430F2013的第9引脚与WIFI模块的第6引脚相连；MSP430F2013的第10引脚与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端接电源；MSP430F2013的第11引脚与从机烧录电路的第2引脚相连；MSP430F2013的第12引脚与三轴加速度传感器模块1-10的MMA845x芯片的第4脚相连；MSP430F2013的第13引脚与三轴加速度传感器模块1-10的MMA845x芯片的第6引脚相连；MSP430F2013的第14接地。

图15为三轴传感器模块电路图，三轴加速度传感器模块1-10由MMA845x、电容C3、电容C4组成和滤波电容C5组成。MMA845x的第1引脚与电源相连并与电容C3一端相连，电容C3的另一端接地；第2引脚与电容C4一端相连，电容C4另一端接地；第4引脚与上拉电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端接电源；第5引脚接地；第6引脚接上拉电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电源；第7引脚接地；第10引脚接地；第11引脚接第一从机微处理器模块1-9中的MSP430F2013芯片的第3引脚；第12引脚接地；第14引脚接电源并与滤波电容C5的正极相连，电容C5的另一端接地。

图16为从机压力传感器电路图。压力传感器模块由高精度的压力传感器构成。压力传感器第一引脚与电源相连；第2引脚与上拉电阻相连；第3引脚与上拉电阻相连；第4引脚接地。

图17为从机电源模块电路，电源模块1-11由电池和电容C6组成。电池的负极接地，电池正极一端与电容C6正极相连，电容C6的负极接地。

图18为从机烧录电路。该电路可以实现将代码烧录到单片机中。

图19为从机上拉电阻电路连接图。

从机一负责检测用户身体加速度，从机二复负责检测用户的脚底压力，从机定时将传感器数据传给主机处理。开机后主机进入正常检测状态，当没有异常发生时，一直保持正常检测状态，如果跌倒处理器根据跌倒模型检测到疑似跌倒动作，则进入预报警状态，此时蜂鸣器报警，LED亮，询问用户是否摔倒，如果此时用户按下按钮取消报警，则判断此次为误判，回到正常检测状态，若一定时间内用户未取消报警，则装置进入报警状态，此时，混合定位功能启动，尝试确定用户位置，GSM通信模块向服务器发送报警信息，若位置信息可用的情况下，GSM通信模块同时向服务器发送位置信息。每隔一定时间后，装置重新向服务器发送报警信息，以确保紧急信息被及时传达。

Claims (1)

1.基于多传感器协同的人体跌倒检测预警装置，包括主机、第一从机和第二从机，其特征在于：主机负责处理数据并判断是否跌倒，第一从机获取身体某部位的当前加速度数据，以判断是否跌倒，第二从机获取当前使用者脚底的压力数据，由主机判断是否跌倒；

所述的主机由主机微处理器模块（1-1）、GSM通信模块（1-2）、WIFI通信模块（1-3）、主机电源模块（1-4）、GPS模块（1-5）、蜂鸣器模块（1-6）、LED模块（1-7）与按钮模块（1-8）组成；GSM通信模块（1-2）直接与主机微处理器模块（1-1）相连，负责发送报警信号，取得GSM基站信息来定位；WIFI通信模块（1-3）与主机微处理器模块（1-1）输入输出端口相连，扫描附近的WIFI基站信息用来定位；主机电源（1-4）使用可充电式电源，给主机所有电子器件提供电源；GPS模块（1-5）与主机微处理器模块（1-1）输入输出端口相连，通过GPS卫星信号来精确定位用户的位置，在触发报警后开始工作延长使用寿命；主机微处理器模块（1-1）负责与各从机的通信和模型的运算，通过各传感器传来的数据来判断用户是否跌倒，并负责检测电池电量情况；蜂鸣器模块（1-6）、LED模块（1-7）与主机微处理器模块（1-1）输出端口相连，通过发光发声来与用户交互，在跌倒检测时用来判断此次判断是否误判，在低电压情况下提醒用户充电，在其它情况下提醒用户穿戴本装置或者检查从机；按钮模块（1-8）与主机微处理器模块（1-1）输入端口相连，在跌倒检测时用来与用户交互决定此次判断是否误判，在其它情况下同来提供紧急求助按钮；

所述的主机微处理器模块（1-1）为一个带ZIGBEE通信模块的微处理器，包括一块MSP430F14X芯片，其中第1引脚DVcc与电源相连，第8引脚XIN与晶振Y1一端相连，第9引脚与XOUT与晶振Y1另一端相连，第10引脚VeREF+与电源相连，第11引脚VREF-/VeREF接地，第12引脚P1.0/TACLK和第13引脚P1.1/TA0分别和按钮模块（1-8）中的开关S1和S2的一端相连，第26引脚P2.6/ADC12CLK与WIF通信I模块（1-3）的nRF24l01芯片的第7引脚IRQ相连，第27引脚P2.7/TA0与WIFI通信模块（1-3）的nRF24l01芯片第2引脚CE相连，第28引脚P3.0/STE0与WIFI通信模块（1-3）的nRF24l01芯片第3引脚CSN相连，第29引脚P3.1/SIMO0与WIFI通信模块（1-3）的nRF24l01芯片第5引脚MOSI相连，第30引脚P3.2/SOMI0与WIFI通信模块（1-3）的nRF24l01芯片的第6引脚MISO相连，第31引脚P3.3/UCLK0与WIFI通信模块（1-3）的nRF24l01芯片的第4引脚SCK相连，第34引脚P3.6/UIXD1与GSM通信模块（1-2）的19引脚TXD0相连，第35引脚P3.7/URXD1与GSM通信（1-2）模块的18引脚RXD0相连，第37引脚P4.1/TB1与LED模块（1-7）中的电阻R5一端相连，第38引脚P4.2/TB2与GSM通信模块（1-2）的15引脚相连，第41引脚P4.5/TB5通过电阻R16与GSM通信模块（1-2）的31引脚相连，第48引脚与P5.4/MCIK与蜂鸣器（1-6）中的电阻R6一端相连，第54引脚TDO/TDI与烧录电路的第1引脚相连，第55引脚TDI/TCLK与主机烧录电路的第3引脚相连，第56引脚TMS与主机烧录电路的第4引脚相连，第57引脚TCK和主机烧录电路的第5引脚相连，第58引脚与主机烧录电路的第7引脚相连；第61、62引脚接地，第63引脚接电源；

所述的GSM通信模块（1-2）由TC35模块、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R16组成、发光二极管D5、三极管Q2和开关S3组成；

TC35模块的第1、2、3、4、5引脚接电源；TC35模块的6、7、8、9、10引脚接地；TC35模块的15引脚与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端与开关S3的一端和主机微处理器模块（1-1）中的MSP430F14X芯片的38引脚相连，开关S3的另一端接地；TC35模块的18、19引脚与主机微处理器模块（1-1）中的MSP430F14X芯片的35、34引脚相连；TC35模块的24引脚与SIM卡的第1引脚相连；TC35模块的25引脚与SIM卡的第2引脚相连；TC35模块的26引脚与SIM卡的第6引脚相连；TC35模块的27引脚与SIM卡的第3引脚相连；TC35模块的28引脚与SIM卡的第1引脚相连；TC35模块的29引脚与SIM卡的第4引脚相连； TC35模块的31引脚与电阻R16一端相连，电阻R16的另一端与主机微处理器（1-1）的41引脚相连；TC35模块的32引脚与电阻R12一端相连，电阻R12的另一端三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与发光二极管D5的负极相连，发光二极管的正极与电源相连；

所述的WIFI通信模块（1-3）由芯片nRF24l01组成，芯片nRF24l01的第1引脚接电源；芯片nRF24l01的第2引脚接主机微处理器模块（1-1）中的MSP430F14X芯片的27引脚；芯片nRF24l01的第3引脚接主机微处理器（1-1）中的MSP430F14X芯片的28引脚；芯片nRF24l01的第4引脚接主机微处理器（1-1）中的MSP430F14X芯片的31引脚；芯片nRF24l01的第5引脚接主机微处理器（1-1）中的MSP430F14X芯片的29引脚；芯片nRF24l01的第6引脚接主机微处理器（1-1）中的MSP430F14X芯片的30引脚；芯片nRF24l01的第7引脚接主机微处理器（1-1）中的MSP430F14X芯片的26引脚；芯片nRF24l01的第8引脚接地；

所述的蜂鸣器模块（1-6）由蜂鸣器BELL、三级管Q1、电阻R6组成；

蜂鸣器BELL一端与电源相连，另一端与三极管Q1集电极相连；三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与主机微处理器中的中的MSP430F14X芯片的48引脚相连；

所述的LED模块（1-7）由电阻R5和发光二极管组成；

电阻R5的一端与主机微处理器模块(1-1)中的MSP430F14X芯片的37引脚相连，另一端与发光二极管的正极相连，发光二极管负极接地；

所述的按钮模块（1-8）由开关S1、S2、电阻R14、电阻R15组成；

开关S1一端与主机微处理器模块的（1-1）中的MSP430F14X芯片的第12引脚相连，另一端与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端与电源相连；开关S2一端与主机微处理器模块（1-1）中的MSP430F14X芯片的第13引脚相连，另一端与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端接电源； 

所述的第一从机由第一从机微处理器模块（1-9）、三轴加速度传感器模块（1-10）、第一从机电源模块（1-11）组成；三轴加速度传感器模块（1-10）通过I2C协议与MCU相连，持续检测X，Y，Z三轴方向上的加速度；带ZIGBEE通信模块的第一从机微处理器模块（1-9）负责取得加速度传感器传送回来的信号，在能量波动较小情况下工作在低功耗模式，延长从机的使用寿命；传送三轴加速度传感器模块（1-10）上的信号回主机并固定时间间隔向主机传送信号，向主机报告从传感器状态；

所述的第一从机微处理器模块（1-9）为一个带ZIGBEE通信模块的微处理器模块，它由MSP430F2013芯片、电阻R1、滤波电容C1和电容C2组成；

MSP430F2013芯片的第1引脚与电源相连并连接电容C1、电容C2的正极，电容C1、电容C2另一端接地；MSP430F2013芯片的第2引脚与LED相连；MSP430F2013芯片的第3引脚与三轴加速度传感器模块（1-10）的MMA845x芯片的11引脚相连；MSP430F2013芯片的第4引脚与WIFI通信模块（1-3）的第7引脚相连；MSP430F2013芯片的第5引脚与WIFI通信模块（1-3）的第2引脚相连；MSP430F2013芯片的第6引脚与WIFI通信模（1-3）的第3引脚相连；MSP430F2013芯片的第7引脚与WIFI通信模块的（1-3）的4引脚相连；MSP430F2013芯片的第8引脚与WIFI通信模块（1-3）的第5引脚相连；MSP430F2013芯片的第9引脚与WIFI模块的第6引脚相连；MSP430F2013芯片的第10引脚与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端接电源；MSP430F2013芯片的第11引脚与从机烧录电路的第2引脚相连；MSP430F2013芯片的第12引脚与三轴加速度传感器模块（1-10）的MMA845x芯片的第4脚相连；MSP430F2013芯片的第13引脚与三轴加速度传感器模块（1-10）的MMA845x芯片的第6引脚相连；MSP430F2013芯片的第14接地； 

所述的三轴加速度传感器模块（1-10）由MMA845x芯片、电容C3、电容C4组成和滤波电容C5组成；

MMA845x芯片的第1引脚与电源相连并与电容C3一端相连，电容C3的另一端接地；MMA845x芯片的第2引脚与电容C4一端相连，电容C4另一端接地；MMA845x芯片的第4引脚与上拉电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端接电源；MMA845x芯片的第5引脚接地；MMA845x芯片的第6引脚接上拉电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电源； MMA845x芯片的第7引脚接地；MMA845x芯片的第10引脚接地；MMA845x芯片的第11引脚接第一从机微处理器模块（1-9）中的MSP430F2013芯片的第3引脚；MMA845x芯片的第12引脚接地；MMA845x芯片的第14引脚接电源并与滤波电容C5的正极相连，电容C5的另一端接地；

所述的第一从机电源模块（1-11）由电池和电容C6组成；电池的负极接地，电池正极一端与电容C6正极相连，电容C6的负极接地； 

所述的第二从机由第二从机微处理器模块（1-12）、压力传感器模块（1-13）和第二从机电源模块（1-14）组成；压力传感器模块（1-3）通过I2C协议与第二从机微处理器模块（1-12）相连，持续检测用户足底压力；第二从机微处理器（1-12）负责取得压力感器传送回来的信号，在压力波动较小情况下工作在低功耗模式，延长从机的使用寿命；传送压力加速度传感器模块（1-13）上的信号回主机并固定时间间隔向主机传送信号，向主机报告从传感器状态；

所述的第二从机微处理器模块（1-12）与第一从机微处理器（1-9）一致；

所述的第二从机电源模块（1-14）与第一从机电源模块（1-11）一致；

所述的压力传感器模块（1-13）由压力传感器构成。

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