CN103218906A - 跌倒数据采集分析平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种跌倒数据采集分析平台，包括微型节点、微型基站以及监控模块，所述微型节点与所述微型基站之间互相无线通信，所述微型基站与所述监控模块之间互相通信，所述微型节点内置有加速度测量单元、角速度测量单元和磁力计。上述跌倒数据采集分析平台，微型节点与微型基站之间互相通信，微型基站与监控模块之间互相通信，因此微型基站可以将微型节点采集到的数据实时转发至监控模块；另外，微型节点除了包括加速度测量单元外，还包括角速度测量单元和磁力计，通过对角速度测量单元、加速度测量单元和磁力计测量单元的数据进行算法融合可以推算出精度更高倾角值，通过此跌倒数据采集分析平台能够寻找更实用、更准确的跌倒检测算法。

Description

跌倒数据采集分析平台

技术领域

本发明涉及数据管理控制领域，特别是涉及一种跌倒数据采集分析平台。

背景技术

跌倒是指突发的、不自主的或者非故意的体位改变而倒在地上或更低的平面上。据统计，每年65岁以上的老年人有跌倒经历的比例高达1/3，且这个比例随着年龄的增加而增加。在美国，跌倒已成为美国老年人死因的第6位，每年用于跌倒的医疗总费用超过200亿美元。我国目前有约1.3亿的老年人，每年约有2000万老年人至少发生共计2500万次跌倒事故，直接医疗费用超过50亿人民币。由此可见，跌倒是威胁老年人生命安全和增加社会负担的重要因素。

在不影响老年人日常正常生活的情况下，能够通过各种科学手段检测跌倒行为并及时给以信息反馈和提供及时必要的救助会降低老年人受到的伤害并减少医疗费用。近年来，MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）技术发展迅速，而微机电系统具有集成度高，成本、体积、功耗低，性能优良等特点，因此MEMS传感器和微控制器在医疗电子行业得到应用越来越广泛的应用。

基于惯性传感器的可穿戴式人体跌倒自动检测报警装置近年来受到专家和学者的普遍关注，在该类装置研制之前，往往需要利用一定的实验设备和技术方案进行大量的有针对性的跌倒实验，从而设计出合理的跌倒算法，最后再将其嵌入到跌倒自动检测装置上面。目前有部分研究院和高校引进了国外专业的三维惯性运动捕捉系统，研究者可利用该设备来进行人体跌倒实验的数据采集分析和寻找最佳跌倒算法，但是该类设备的价格往往非常昂贵，限制了其在大部分研究者中的普及使用。国内专门用于人体跌倒实时性分析检测的实验工具比较少，大部分是在跌倒自动检测装置基础上加入存储模块，用来实时存储人体运动参数，然后后期将数据导入Matlab软件进行分析，通过绘制和分析曲线并结合其他理论来设计跌倒报警算法。显然，通过后期将数据导入Matlab软件进行分析的做法不具有实时性。

另外，有些研究者仅仅利用加速度计测得的三轴加速度数值来检测或判断跌倒，虽然该方法会降低系统复杂性和成本，但是人体加速度不具备描述一个运动过程的信息完备性，因为人体跌倒过程中除了加速度发生变化之外，角速度也会发生明显的变化，所以该技术方法存在一定的局限性，精度难以保证。部分研究者通过加速度计采集的加速度数值推算得到倾角，但是这会存在非常大的误差，因为人体跌倒过程可能会受到很大的冲击，加速度计采集到的三轴分量的加速度可能会包含因冲击带来的运动加速度，再考虑到还有固定的重力加速度的影响，仅仅通过加速度推算出来的角度难以跟实际情况吻合。

发明内容

基于此，有必要提供一种实时性较好且精度更高的跌倒数据采集分析平台。

一种跌倒数据采集分析平台，包括微型节点、微型基站以及监控模块，所述微型节点与所述微型基站之间互相通信，所述微型基站与所述监控模块之间互相通信，所述微型节点内置有MEMS惯性测量组件和磁力计，所述MEMS惯性测量组件包括加速度测量单元和角速度测量单元；

所述微型节点用于设置于待测量对象上，所述加速度测量单元和角速度测量单元分别用于采集待测量对象在跌倒过程中产生的加速度和角速度信息，所述磁力计用于采集待测量对象所在跌倒环境的磁感应强度信息，所述微型节点将加速度、角速度以及磁感应强度信息发送至微型基站，所述微型基站将加速度、角速度以及磁感应强度信息传送至监控模块，所述监控模块对加速度、角速度以及磁感应强度信息进行分析处理。

在其中一个实施例中，所述微型节点与所述微型基站之间以无线通信方式连接，所述微型基站与所述监控界面通过USB接口连接。

在其中一个实施例中，所述MEMS惯性测量组件还包括模数转换单元，所述模数转换单元将采集到的加速度和角速度信息由模拟形态转换为数字形态。

在其中一个实施例中，所述微型节点包括传感器转接板、微控制主板以及锂电池，所述MEMS惯性测量组件置于所述传感器转接板，所述微控制主板控制所述传感器转接板将采集到的数据通过所述微控制主板传递出去，所述锂电池用于为所述微控制主板供电。

在其中一个实施例中，所述磁力计置于所述传感器转接板，所述MEMS惯性测量组件还包括传感数据寄存器，所述磁力计与所述MEMS惯性测量组件之间连接有I²C总线，所述磁感应强度信息通过所述I²C总线传输至所述传感数据寄存器。

在其中一个实施例中，所述微控制主板包括第一微控制器最小系统以及连接于所述第一微控制器最小系统的第一射频模块，所述MEMS惯性测量组件连接于所述第一微控制器最小系统，所述微控制主板还包括第一天线匹配电路以及微型天线，所述第一射频模块通过所述第一天线匹配电路连接于所述微型天线；

所述第一微控制器最小系统用于控制整个微控制主板各个模块的工作，所述第一射频模块、第一天线匹配电路和微型天线用于实现所述微型节点与微型基站之间通信。

在其中一个实施例中，所述微型基站包括第二微控制器最小系统以及分别连接于所述第二微控制器最小系统的第二射频模块和信号传输指示灯，所述微型基站还包括第二天线匹配电路和棒状天线，所述棒状天线通过所述第二天线匹配电路连接于所述第二射频模块；

所述第二微控制器最小系统用于控制所述微型基站各个模块的工作，所述第二射频模块、第二天线匹配电路和棒状天线用于实现所述微型基站与微型节点之间通信。

在其中一个实施例中，所述监控模块包括波形显示区域、波形控制面板以及3D立体图显示区域，所述波形显示区域设有三个，所述三个波形显示区域分别用于显示接收到的加速度、角速度以及磁感应强度信息对应的波形，所述波形控制面板设有三个，所述三个波形控制面板分别用于控制所述三个波形显示区域对应的波形，所述3D立体图显示区域用于实时显示与所述微型节点所在待测量对象的姿态变化相对应的3D立体图。

在其中一个实施例中，所述监控模块还包括9个波形缓冲区，所述监控模块将每次接收到的加速度、角速度以及磁感应强度信息包含的9个数据分别存入所述9个波形缓冲区，所述监控模块利用GDI函数根据所述9个波形缓冲区内的数据分别绘制出加速度、角速度以及磁感应强度信息对应的波形，所述监控模块采用滤波算法对9个波形缓冲区内的数据进行融合处理，绘制出3D立体图。

在其中一个实施例中，所述监控模块与所述微型基站之间采用异步串行通信协议进行通信。

上述跌倒数据采集分析平台，微型节点与微型基站之间互相通信，微型基站与监控模块之间互相通信，因此微型基站可以将微型节点采集到的数据实时转发至监控模块；另外，微型节点除了包括加速度测量单元外，还包括角速度测量单元和磁力计，通过对角速度测量单元、加速度测量单元和磁力计测量单元的数据进行算法融合可以推算出精度更高倾角值，通过此跌倒数据采集分析平台能够寻找更实用、更准确的跌倒检测算法。

附图说明

图1为一个实施例的跌倒数据采集分析平台的结构示意图；

图2为一个实施例的微型节点的内部模块示意图；

图3为一个实施例的微型基站的内部模块示意图；

图4为一个实施例的微型节点的工作流程图；

图5为一个实施例的微型基站的工作流程图。

具体实施方式

为了解决目前用于人体跌倒实时性分析检测的实验工具实时性差且精度不高的问题，本实施方式提供了一种跌倒数据采集分析平台。下面结合具体的实施例，对跌倒数据采集分析平台进行具体的描述。

请参考图1，本实施方式提供的跌倒数据采集分析平台，包括微型节点100、微型基站200以及监控模块300。

微型节点100结构非常紧凑、体积非常小。在本实施方式中，微型节点100规格为40mm*28mm*12mm。请参考图2，微型节点100由传感器转接板110、微控制主板120和锂电池130三大部分构成。

锂电池130连接于微控制主板120并且为整个微型节点100提供工作电压。传感器转接板110的规格为22mm*15mm。传感器转接板110的左、右边界分别焊接了两排排针，在本实施方式中，排针的规格为每排10个针脚，且相邻两个针脚之间的距离为2.54mm。微控制板120在对应位置焊接了两排排母，传感器转接板110和微控制主板120的通信和电源线路通过排针排母耦合固定在一起。这种耦合固定的设计不但节省了PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）的空间、降低了布线的复杂性，而且还可以方便地更换传感器转接板110。当传感器转接板110出现故障时，只需直接将其从微控制主板120上拔出来，能够方便地进行维修或更换。

传感器转接板110上置有MEMS惯性测量组件112和磁力计114。MEMS惯性测量组件112内置了加速度测量单元、角速度敏感测量单元、模数转换单元以及传感数据寄存器等子模块。

加速度测量单元和角速度测量单元分别用于实时采集待测量对象在跌倒过程中产生的加速度和角速度信息。模数转换单元用于将采集到的加速度和角速度信息由模拟形态转换为数字形态。磁力计114与MEMS惯性测量组件112之间连接有I²C（Inter-Integrated Circuit，集成电路）总线116。磁力计114用于实时采集待测量对象所在跌倒环境的磁感应强度信息，采集到的磁感应强度信息通过I²C总线116传输至MEMS惯性测量组件112里面的传感数据寄存器，加速度和角速度信息也存储于传感数据寄存器。当加速度信息、角速度信息以及磁感应强度信息都采集完毕并存储于传感数据寄存器时，加速度信息、角速度信息、磁感应强度信息将统一由惯性测量组件112通过排针排母高速地传输至微控制主板120。采用MEMS惯性测量组件112可以有效避免了单独安装加速度计和单独安装陀螺仪带来的轴间误差，同时还可以节省电路板空间。而磁力计114通过MEMS惯性测量组件112间接地跟微控制主板120进行数据传输是为了节省通信端口和同步所有基本运动参数（包括加速度信息、角速度信息以及磁感应强度信息）的采集传输。

微控制主板120包括第一微控制器最小系统121、第一射频模块122、第一稳压电路123、第一JTAG（Joint Test Action Group，联合测试行为组织）下载接口124、充电管理电路125、小型USB充电接口126、充电指示灯127、第一天线匹配电路128以及微型天线129。

第一射频模块122、第一稳压电路123以及第一JTAG下载接口124分别连接于第一微控制器最小系统121。第一射频模块122通过第一天线匹配电路128连接于微型天线129。第一射频模块122、第一天线匹配电路128和微型天线129可以接收或发射无线电信号，用于实现微型节点100与微型基站200之间的通信。锂电池130的一端连接于第一稳压电路123，锂电池130的另一端与充电管理电路125相连。充电指示灯127和小型USB充电接口126分别连接于充电管理电路125。

第一微控制器最小系统121是微控制主板120的核心，用于控制整个微控制主板120各个模块的工作，并且第一微控制器最小系统121与传感器转接板110上的MEMS惯性测量组件112相连，可以直接接收MEMS惯性测量组件112发送的数据。

为了方便更新微控制主板120内嵌的程序，在微型节点100上面设计了一个第一JTAG下载接口124，通过专用的插针与外部计算机相连就可以方便地更新程序。

充电管理电路125采用规格为3mm*3mm、SON封装的BQ24080芯片作为充电管理芯片。BQ24080的输入电压范围非常宽，BQ24080的STAT1和STAT2引脚分别与两个颜色不同的充电指示灯127相连，通过两个充电指示灯127组合显示来指示当前的充电状态。考虑到微型节点100的体积要求，外面电压通过微控制主板120上面的小型USB充电接口126给锂电池130充电，为了充分节约空间，小型USB充电接口126为贴片式。

为了实现微型节点100与微型基站200之间的无线通信，我们采用可以贴于微型节点100外壳内壁上的高频薄片高增益RF（Radio Frequency，射频）微型天线。经过反复测试和验证发现，该微型天线129的大小、形状和第一天线匹配电路128的性能参数和软件载波频段的配置非常的匹配，大幅度提升了整个系统的数据传输采样率。通信距离、通信稳定性和可靠性也非常显著，而且采用薄片内置微型天线129也使得整个微型节点100的结构非常的紧凑和小巧美观。

微型节点100作为一个整体，是脱离于微型基站200并依附在载体（比如小型飞行器、人体部位等）上的惯性测量装置，所以本实施方式采用内置可充电锂电池作为供电来源，锂电池130的规格为12mm*12mm*25mm，容量规格为200mA·h。锂电池130为定制的专用电池，容量和体积规格可以满足微型节点100功耗低、续航能力强以及体积小的要求。

此外，可以用物理方式微调传感器转接板110上面的传感器组件的X、Y、Z轴，直至与微型节点100结构体的X、Y、Z轴精准同步变化。考虑到微型节点100不仅仅适用于佩戴在人体身上做人体跌倒实验，而且也适用于搭载在小飞行器上。当把微型节点100搭载在小飞行器上时，小飞行器在平稳（匀速）飞行的时候，MESM惯性测量组件112会直接感知到机体的震动。此时将微控制主板通过螺钉固定在机体上之后，在微控制主板120和传感器转接板110之间的空隙垫上棉垫，会减少有害震动从而增加测量精度。

微型基站200是微型节点100和监控模块300之间进行数据交换的桥梁，起到了数据中转的作用。请参考图3，微型基站200包括第二微控制器最小系统210、第二射频模块220、第二JTAG下载接口230、信号传输指示灯240、第二天线匹配电路250、棒状天线260、第二稳压电路270、串口转USB模块280以及USB公头插座290。

第二射频模块220、第二JTAG下载接口230以及信号传输指示灯240分别与第二微控制器最小系统210相连。棒状天线260通过第二天线匹配电路250连接于第二射频模块220。棒状天线260、第二天线匹配电路250和第二射频模块220可以接收或发射无线电信号，用于实现微型基站200与微型节点100之间的通信。USB公头插座290通过串口转USB模块280连接于第二微控制器最小系统210。第二稳压电路270连接在USB公头插座290和第二微控制器最小系统210之间。

第二微控制器最小系统210是微型基站200的核心，用于控制整个微型基站200各个模块的工作，并且第二微控制器最小系统210与监控模块300可以通过USB公头插座290相连，微型基站200可以直接将数据传输至监控模块300。

为了方便更新微型基站200内嵌的程序，在微型基站200上面同样设计了一个第二JTAG下载接口230，通过专用的插针与外部计算机相连就可以方便地更新程序。

相比微型节点100而言，微型基站200的体积没有那么严格的要求，所以为了增强信号的接收和发送能力，微型基站200采用棒状的外置天线，以接收灵敏度更高。信号传输指示灯240为贴片式，当微型基站200有数据接收或者发送的时候，信号传输指示灯240就变亮，否则一直灭，信号传输指示灯240的亮和灭以及闪烁的频率可以直观的反应出数据是正在发送或接收、数据传输速率如何、传输是否稳定可靠。

第二微控制器最小系统210自带有标准的异步串行通信端口，而现在一般的PC机很少带有U型9针串口。为了使得系统的接口与目前的通用的计算机接口兼容，使微型基站200的结构更紧凑和牢固，我们选择了一款串口转USB芯片进行数据的转换，然后通过USB公头插座290与计算机的USB接口相连进行数据的传输，而微型基站200是与PC机相连才能正常工作的，因此由计算机的USB供电是比较合理的选择，因此微型基站200通过USB公头插座290与计算机的USB接口相连在实现数据传输的同时也实现了供电。第二稳压电路270给第二微控制器最小系统210和第二射频模块220提供稳定的电压。

监控模块300是运行于PC机之上的用来显示处理分析人体跌倒过程中的基本运动参数并对微型基站200进行参数配置。监控模块300由如下四大区域构成：一、磁力计波形显示区域及对应的波形控制面板。二、角速度波形显示区域及对应的波形控制面板。三、加速度波形显示区域及对应波形控制面板。四、3D立体图显示区域。三个波形显示区域分别用于显示接收到的加速度、角速度以及磁感应强度信息对应的波形，3D立体图显示区域用于实时显示与微型节点所在待测量对象的姿态变化相对应的3D立体图。

监控模块300采用异步串行通信协议与微型基站200进行数据交换，本发明中并非采用微软操作系统自带的MSCOMM32控件，因为采用此控件对于串口的通信，需要进行许多必不可少的设置，比如发送缓冲区和接收缓冲区的大小、一次从接收缓冲区读取的字节数、读取数据的方式等等，而且还要进行复杂的数据转换，再者，有些参数需要动态的设置，对于编程显得不够灵活。我们采用动态链接库来实现串口通信，只需要调用类库的成员函数和就可以方便的对数据进行收发处理。应用动态链接库来实现串口通信能够简化程序的编写，特别的是能减小应用程序的代码空间提高内存的利用率。

为了减少微型节点100和微型基站200的运算负荷，提高数据采样率并充分发挥计算机强大的运算性能，在本实施方式中，微型节点100只负责采集基本运动参数的原始二进制补码数据再对其进行打包，然后无线发送，经微型基站200中转传给监控模块300。数据包包含了帧头、数据体和校验码三部分，监控模块300中的相关串口通信函数根据通信协议对连续接收的数据进行判别，当接收到一个完整数据包之后，就开始对包中的原始二进制补码数据合成为有符号10进制数，然后按次序放到9个波形缓冲区内。9个波形缓冲区具体为加速度三轴分量缓冲区，共三个；角速度三轴分量缓冲区，共三个；地磁场三轴分量缓冲区，共三个。在绘图函数里面，调用相关的GDI（Graphics DeviceInterface，图形设备接口）函数把9个波形缓冲区的数据分别绘制在3个波形显示区域。

监控模块300可以同时采集并显示9个基本运动参数（加速度三轴分量，角速度三轴分量，地磁场三轴分量）对应的波形，对于绘图而言，如此多的曲线，如果把所有的图像都绘制在屏幕上，容易产生严重的闪烁，本发明采用VC++双缓冲技术进行绘图。经测试，采用VC++双缓冲技术不但能够避免绘图的闪烁，而且提高了绘图的效率。

每一块波形显示区域都有对应的控制面板，控制面板中有许多的控件，包括滑动条、滚动条和按钮。通过这些控件可以对波形进行水平和垂直放大缩小（刻度值也会自动调整）。可以任意左右整体平移波形。可以动态地对波形数据进行简单的统计，快速求出实时波形的峰值，最小值，平均值。可以通过鼠标滚轮精确测量所有通道的波形上面任意一点的数据。可以对加速度三轴分量、角速度三轴分量或者地磁场三轴分量进行矢量合成，并且通过波形显示合成加速度、合成角速度以及合成地磁场。还可以通过控件控制每一个波形显示区域的每一个轴波形的显示与关闭。

监控模块300所有波形区域的波形采集都同步，可以通过垂直扫描线动态指示当前采样点，监控模块300采用滤波算法对9个通道的数据进行融合处理，绘制出3D立体图，通过3D立体图在PC机中的实时姿态变化，可以反应出微型节点100所在实物本身的姿态变化。

跌倒数据采集分析平台由微型节点100、微型基站200和监控模块300构成。相应的，软件系统也包括微型节点软件、微型基站软件以及监控模块软件。软件系统采用模块化、自顶而下的设计方法，结构清晰、易于调试；软件系统还兼顾功耗与运算速率，充分利用微控制器的中断系统来确保基本运动参数和配置命令的实时传输，具有较快的执行速度，同时占用的存储空间较小。

微型节点软件包括节点模块初始化、数据采集、数据包无线发送、配置命令接收处理这几大部分。下文中的“开始采集命令”和“结束采集命令”为参数配置命令中的特殊命令，分别用来控制基本运动参数的开始采集和停止采集，通过这两条特殊命令和其他参数配置命令（比如采样率控制），可以灵活控制微型系统的运行速度和功耗。请参考图4，微型节点100内部工作过程如下：

1、微型节点100上电后，首先进行内部模块的初始化工作，包括第一微控制器最小系统121、MEMS惯性测量组件112、磁力计114、第一射频模块122的端口、I²C总线116以及读写速率等的初始化。

2、开启第一微控制器最小系统121的总中断、将第一射频模块122的工作状态设为接收模式，然后第一微控制器最小系统121进入低功耗模式（允许中断发生）。

3、如果未接收到“开始采集命令”，那么第一微控制器最小系统121将一直处于低功耗模式。

4、当监控模块300发送参数配置命令，经过软件解释为“开始采集命令”。则第一微控制器最小系统121立即退出低功耗模式

5、第一微控制器最小系统121通过总线协议与MEMS惯性测量组件112建立通信，采集加速度三轴分量、角速度三轴分量以及磁感应强度三轴分量信息的原始数据，然后按照内部协议将其打包成标准的数据包。

6、调用第一射频模块122底层驱动函数——发送函数将数据包无线发送到微型基站200。

7、判断“结束采集标志”是否为1，如果不是，重复5～7的步骤。

8、如果“结束采集标志”为1，则说明收到了监控模块300发来的“结束采集命令”，微型节点100马上结束采集，重新进入低功耗模式。

9、假如监控模块300发送参数配置命令，微型基站200将立即将参数配置命令通过高频载波发送到微型节点100。微型节点100的第一射频模块122侦听到载波信号后，触发第一微控制器最小系统121的外部中断，并进入到外部中断服务函数里面。

10、在外部中断服务函数里面调用第一射频模块122的底层驱动函数——接收函数接收参数配置命令，根据内部协议解释相应的命令并进行相应的配置，比如量程更换、控制采样率变高或变低。

11、经过解释的命令如果为“结束采集命令”这一特殊命令，那么将“结束采集标志”置为1，否则“结束采集标志”置0。

12、清除外部中断标志，退出中断，在断点处继续执行程序。

微型基站软件包括基站数据包接收、基站命令中转。微型节点100的基本运动参数传输到监控模块300，监控模块300的参数配置命令传输到微型节点100，分别通过微型基站200上面的第二微控制器最小系统210的外部中断和串口中断触发处理。微型节点100和监控模块300之间所有的数据传输都需要经过微型基站200中转。请参考图5，微型基站200的内部工作流程如下：

1、微型基站200上电后，首先进行内部模块的初始化工作，包括第二微控制器最小系统210、第二射频模块220的端口、传输总线以及读写速率等的初始化。

2、开启第二微控制器最小系统210的总中断、将第二射频模块220的工作状态设为接收模式，然后第二微控制器最小系统210进入低功耗模式（允许中断发生）或处理其他事务。

3、如果未接收到微型节点100的数据包，那么第二微控制器最小系统210将一直处于低功耗模式。

4、当接收到微型节点100的数据包，第二微控制器最小系统210退出低功耗模式，第二微控制器最小系统210的外部中断触发，进入外部中断服务函数。

5、在外部中断服务函数里面调用第二射频模块220的底层驱动函数——接收函数接收数据包。

6、通过串口把数据包发送到监控模块300。

7、清除外部中断标志，退出外部中断，第二微控制器最小系统210重新进入低功耗模式。

8、当监控模块300发送参数配置命令，第二微控制器最小系统210的串口中断触发。

9、在串口中断服务函数里面调用第二射频模块220的底层驱动函数——发送函数将命令发送到微型节点100。

10、第二射频模块220重新进入接收模式，第二微控制器最小系统210退出串口中断，重新进入低功耗模式。

上述跌倒数据采集分析平台，微型节点100与微型基站200之间以无线方式进行通信，微型基站200与监控模块300直接相连，因此微型基站200可以将微型节点100采集到的数据实时转发至监控模块300；另外，在微型节点100中，传感器转接板110中内置磁力计和MEMS惯性测量组件112，MEMS惯性测量组件112除了包括加速度测量单元外，还包括角速度测量单元，通过角速度测量单元和加速度测量单元分别可以直接采集到角速度信息和加速度信息，将MEMS惯性测量组件112测量得到的加速度、角速度、以及传感器转接板110上的磁力计测量得到的磁场数据三者通过算法进行数据融合可以推算出更准确的微型节点的倾角，相比于之前单独利用加速度数值推算得到微型节点倾角的做法，具有更高的精度，于是通过此跌倒数据采集分析平台能够寻找更实用、更准确的跌倒检测算法。

此外，本发明数据的传输是以无线通信方式实现的，但是可靠性、准确性和快速性并没有因此而消减。微型节点100可以通过绷带绑定在人体某部位，比如腰部，相比有线方式，无线方式能够给人体跌倒实验的进行提供了更多便利。微型节点100的基本运动参数可以实时的传输到监控模块300进行分析统计，而不需要后期导入Matlab分析。

同样功能的国外进口实验设备，价格高昂，而本发明采用成本比较低的芯片，在性能达到相似要求的基础上降低了成本。

进一步地，在其他实施例中，本发明经过变更设计可以用于小型飞行器上，具体可以通过下面的方式变更：

1、在微型节点100中加入高度计、压力计、GPS接收器和摄像头等模块，对微型基站200和微型节点100的射频模块和锂电池的体积和容量天线进行升级改造，使其通信距离更远、续航能力更强，从而满足在小型飞行器上的应用。

2、对微型节点100、微型基站200、监控模块300的程序进行升级，在监控模块300的软件中加入GIS（Geographic Information System，地理信息系统）和视频采集处理模块就可以实现小型飞行器的自主导航和实时图像传输。

3、由一个微型基站200、一个微型节点100扩展成由多个微型基站、多个微型节点构成的硬件平台，每个微型节点按照一定协议仅与一个微型基站通信，不同节点佩戴到人体不同关节部位；而所有的微型基站通过USB分线器与PC机相连，配以相应的网络通信协议和监控软件可以构建一个多串口数据并行采集的无线传感器网络平台。用该无线传感器网络平台可以实现人体姿态三维动作捕捉。若将血氧，血压，心电等传感器集成在微型节点上，则可以实现人体多处生理和运动参数的实时采集。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种跌倒数据采集分析平台，其特征在于，包括微型节点、微型基站以及监控模块，所述微型节点与所述微型基站之间互相通信，所述微型基站与所述监控模块之间互相通信，所述微型节点内置有MEMS惯性测量组件和磁力计，所述MEMS惯性测量组件包括加速度测量单元和角速度测量单元；

所述微型节点用于设置于待测量对象上，所述加速度测量单元和角速度测量单元分别用于采集待测量对象在跌倒过程中产生的加速度和角速度信息，所述磁力计用于采集待测量对象所在跌倒环境的磁感应强度信息，所述微型节点将加速度、角速度以及磁感应强度信息发送至微型基站，所述微型基站将加速度、角速度以及磁感应强度信息传送至监控模块，所述监控模块对加速度、角速度以及磁感应强度信息进行分析处理。

2.根据权利要求1所述的跌倒数据采集分析平台，其特征在于，所述微型节点与所述微型基站之间以无线通信方式连接，所述微型基站与所述监控界面通过USB接口连接。

3.根据权利要求1所述的跌倒数据采集分析平台，其特征在于，所述MEMS惯性测量组件还包括模数转换单元，所述模数转换单元将采集到的加速度和角速度信息由模拟形态转换为数字形态。

4.根据权利要求1所述的跌倒数据采集分析平台，其特征在于，所述微型节点包括传感器转接板、微控制主板以及锂电池，所述MEMS惯性测量组件置于所述传感器转接板，所述微控制主板控制所述传感器转接板将采集到的数据通过所述微控制主板传递出去，所述锂电池用于为所述微控制主板供电。

5.根据权利要求4所述的跌倒数据采集分析平台，其特征在于，所述磁力计置于所述传感器转接板，所述MEMS惯性测量组件还包括传感数据寄存器，所述磁力计与所述MEMS惯性测量组件之间连接有I²C总线，所述磁感应强度信息通过所述I²C总线传输至所述传感数据寄存器。

6.根据权利要求4所述的跌倒数据采集分析平台，其特征在于，所述微控制主板包括第一微控制器最小系统以及连接于所述第一微控制器最小系统的第一射频模块，所述MEMS惯性测量组件连接于所述第一微控制器最小系统，所述微控制主板还包括第一天线匹配电路以及微型天线，所述第一射频模块通过所述第一天线匹配电路连接于所述微型天线；

所述第一微控制器最小系统用于控制整个微控制主板各个模块的工作，所述第一射频模块、第一天线匹配电路和微型天线用于实现所述微型节点与微型基站之间通信。

7.根据权利要求1所述的跌倒数据采集分析平台，其特征在于，所述微型基站包括第二微控制器最小系统以及分别连接于所述第二微控制器最小系统的第二射频模块和信号传输指示灯，所述微型基站还包括第二天线匹配电路和棒状天线，所述棒状天线通过所述第二天线匹配电路连接于所述第二射频模块；

所述第二微控制器最小系统用于控制所述微型基站各个模块的工作，所述第二射频模块、第二天线匹配电路和棒状天线用于实现所述微型基站与微型节点之间通信。

8.根据权利要求1所述的跌倒数据采集分析平台，其特征在于，所述监控模块包括波形显示区域、波形控制面板以及3D立体图显示区域，所述波形显示区域设有三个，所述三个波形显示区域分别用于显示接收到的加速度、角速度以及磁感应强度信息对应的波形，所述波形控制面板设有三个，所述三个波形控制面板分别用于控制所述三个波形显示区域对应的波形，所述3D立体图显示区域用于实时显示与所述微型节点所在待测量对象的姿态变化相对应的3D立体图。

9.根据权利要求8所述的跌倒数据采集分析平台，其特征在于，所述监控模块还包括9个波形缓冲区，所述监控模块将每次接收到的加速度、角速度以及磁感应强度信息包含的9个数据分别存入所述9个波形缓冲区，所述监控模块利用GDI函数根据所述9个波形缓冲区内的数据分别绘制出加速度、角速度以及磁感应强度信息对应的波形，所述监控模块采用滤波算法对9个波形缓冲区内的数据进行融合处理，绘制出3D立体图。

10.根据权利要求1、8或9所述的跌倒数据采集分析平台，其特征在于，所述监控模块与所述微型基站之间采用异步串行通信协议进行通信。

Images