CN104224182B - 一种监测人体跌倒的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种监测人体跌倒的方法及装置，所述方法包括：利用布置于人体上的由三轴加速度传感器模块、超声测距模块和脚底压力传感器模块共同组成的传感器模块获取人体的各种姿态信息；根据人体的姿态信息判断人体是否跌倒；将人体跌倒的信息通过网络向外部发送。本发明能够精确判断人体跌倒信息，避免误判，并且向外界发送跌倒位置信息，使跌倒者获得及时救助，能够克服现有技术中存在的各种缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及电子监测技术领域，具体涉及一种监测人体跌倒的方法及装置。
背景技术
随着社会的进步和科学技术的发展，人类平均寿命的延长导致老年人人口日 益增加，人口老龄化已成为世界性的问题。老年人健康和照护问题受到人们的广 泛关注，特别是老年人跌倒后的报警和及时救护问题自然就凸现出来。
目前在人体跌倒的监测和报警技术方面，主要有：
1.基于视频图像监测技术，特点是：对象的实时运动由摄像头监测，运用图 像处理技术，能够准确有效地区分行走、下蹲、跌倒等人体姿态。缺点是：不能 保证用户的隐私安全，适用范围有限，只能在室内，或者是小范围内使用，受光 线影响大，误判率高。
2.基于声学监测技术，特点是：应用检测人体周围声音的大小来判断是否是 人体跌倒，此方法涉及得到的相关技术比较简单；可以随身携带，适用范围没有 太大限制。缺点是：误判率的大小受周围外界声音的影响很大，干扰很严重，导 致误判率升高，而且，相对上一种技术来说，很难判断人体相对姿势。
3.基于室内人体红外监测技术，特点是：不需要用户使用穿戴式设备，相对 技术1，不涉及用户隐私，而且能在黑暗环境中工作，灵敏度高。缺点是：用户 必须在红外传感器所能探测到的环境下活动，系统才能对其进行跌倒检测，同样 是适用范围有限，不能随身携带，只能在安装了此设备的小范围内使用或者监测； 而且，基于红外线的技术，很难区分被监测对象的身份，受其他人体或者是动物 红外源的影响，误判率居高不下。
4.基于可穿戴式单一传感器检测技术，特点是：受佩戴环境影响较小。缺点 是：单一传感器采集的人体数据信息比较单一，不能全面的反应人体的姿态信息， 比较片面，导致误判率高。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明提供一种监测人体跌倒的方法及装置。所述方 法及装置能够精确判断人体跌倒信息，避免误判，并且向外界发送跌倒位置信息， 使跌倒者获得及时救助，能够克服现有技术中存在的各种缺陷。
下面阐述本发明的技术方案。
一种监测人体跌倒的方法，所述方法包括：利用布置于人体上的传感器模块 获取人体的各种姿态信息；根据人体的姿态信息判断人体是否跌倒；将人体跌倒 的信息通过网络向外部发送。
所述传感器模块可以是三轴加速度传感器模块、超声测距模块或脚底压力传 感器模块。
所述传感器模块可以由三轴加速度传感器模块、超声测距模块和脚底压力传 感器模块等三种模块中的任意两种组成。
所述传感器模块也可以由三轴加速度传感器模块、超声测距模块和脚底压力 传感器模块共同组成。
本发明所述方法还包括：通过蓝牙装置启动手机的定位功能，通过网络发送 人体跌倒的位置信息，以及设置用于自助报警、取消跌倒误判和校对的按键模块。
判断人体是否跌倒的步骤包括：
（1）利用三轴加速度传感器模块的输出信息求取姿态角；
（2）检测人体前后的俯仰角是否超过设定值，若超过设定值，则进入下一步骤；
（3）检测人体左右侧偏角是否超过设定值，若超过设定值，则进入下一步骤；
（4）利用脚底压力传感器模块的输出信息，监测人体的足底压力值是否骤然减少，如果骤然减少，则进入下一步骤；
（5）检测超声测距模块的输出信息，如果低于设定值，则判断人体跌倒。
附图说明
图1是本发明中判断人体跌倒的逻辑步骤框图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面通过实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明主要包括：传感器采集部分、控制部分、数据传输部分和数据中心部 分，分别布置于上身部件和脚底部件中。
传感器采集部分又包括：三轴加速度传感器模块、超声测距模块、脚底压力 传感器模块、信号放大滤波模块和模数转换。三轴加速度传感器模块用于采集人 体三个轴向加速度以电压的形式变化的信息，并且发送加速度信息给信号处理模 块。超声测距模块用于采集人体设备携带部位相对地面的距离来判断人体姿态， 并且发送相对距离信息给信号处理模块。脚底压力传感器模块用于采集人体脚底 压力的大小以判断人体的姿态信息，并且发送人体脚底压力信息给信号处理模 块。多种传感器模块实时采集数据，并且对信号经过放大滤波处理之后，进行模 数转化，最后把信号送入控制部分。
三轴加速度传感器模块和超声测距模块布置于上身部件中，脚底压力传感器 模块布置于脚底部件中，上身部件和脚底部件采用无线通讯。
为了降低误判率，本发明应用多传感器融合技术，由三轴加速度传感器、脚 底压力传感器和超声测距传感器融合监测人体姿态信息，进行综合分析，以反应 人体的实时姿态信息。同时，当监测到跌倒时，会重复再采集三次（或更多次） 数据进行多次重复判断，以提高判断的正确率，判断步骤如附图1所示。
控制部分包括：微处理器模块、按键模块、报警模块和显示模块组成，微处 理器对传感器采集得到的数据进行处理分析，判断人体是否跌倒，从而来控制报 警电路的工作与否，而且让显示模块实时显示相关参数。按键模块，主要是人机 交互的输入端，用来自助报警和取消误判。最后，控制部分传送数据到无线模块。
数据传输部分包括：zigbee无线收发模块、协调器节点到数据中心部分和 远程数据传输部分，zigbee发送模块把控制部分传送的数据通过无线的形式， 传送给zigbee无线接收模块，也就是协调器节点。协调器节点接收到数据之后， 根据工作模式的不同，会把数据用UART转USB的形式发送给电脑数据中心，或者用蓝牙的形式发送给手机数据中心。远程传输部分主要就是完成在远程访问数 据中心时，提供实时监测和查询的数据传输。
数据中心部分，包括PC机数据中心和手机数据中心，PC机数据中心接收到 客户终端传输来的数据，主要是对数据进行处理、分析、显示和存储，以方便远 程实时监测、查询，手机数据中心接收到客户端传输来的数据，同样是对数据进 行处理、分析、显示和存储，当监测到人体有意外情况发生跌倒，手机通过蓝牙 自动启动手机内部的GPS功能，获取装置佩戴者的具体位置信息，并且把位置信 息通过消息推送的形式或者是短信的形式发送给监护人。
本系统开始运行，三轴加速度传感器开始采集人体的三个轴向上的数据信 息，计算出X、Y、Z轴的轴向加速度，再通过计算人体加速度向量幅值SVMg表征人体运动的剧烈程度）和微分加速度向量幅值的绝对平均值MADS（表征人体运动状态变化的剧烈程度判断是否超出设定值，如果超出设定值，则进入脚底压力传感器采集。人体的体重是一定的，自然给予较低的压力也是一定的，在一定的时间范围内，脚底的压力骤然减少，则进入下一步骤，也就是超声测距。如果本系统在人体腰间佩戴，那正常情况相对地面的距离是被测者身高的1/2（也可以根据实际情况设定一个 值），如果超声测距的结果低于设定值，则判断人体跌倒，并且启动报警和数据上传等功能。
Claims (1)
1.一种能精确监测人体跌倒的系统，包括：传感器采集部件、控制部件、数据传输部件和数据中心部件，其特征是：
所述传感器采集部件包括：三轴加速度传感器模块、超声测距模块、脚底压力传感器模块、信号放大滤波模块和模数转换；其中，三轴加速度传感器模块用于采集人体三个轴向加速度以电压的形式变化的信息，并且发送加速度信息给信号放大滤波模块；超声测距模块用于采集人体设备携带部位相对地面的距离来判断人体姿态，并且发送相对距离信息给信号放大滤波模块；脚底压力传感器模块用于采集人体脚底压力的大小以判断人体的姿态信息，并且发送人体脚底压力信息给信号放大滤波模块；多种传感器模块实时采集数据，并且对信号经过放大滤波处理之后，进行模数转化，最后把信号送入控制部件；
三轴加速度传感器模块和超声测距模块布置于上身部件中，脚底压力传感器模块布置于脚底部件中，上身部件和脚底部件采用无线通讯；
所述控制部件包括：微处理器模块、按键模块、报警模块和显示模块，微处理器对传感器采集部件采集得到的数据进行处理分析，判断人体是否跌倒，从而来控制报警模块的工作与否，而且让显示模块实时显示相关参数；按键模块，可作为人机交互的输入端，用来自助报警和取消误判；最后，控制部件传送数据到无线模块；
所述数据传输部件包括：zigbee无线发送模块、zigbee无线接收模块、协调器；zigbee无线发送模块把数据通过无线的形式传送给协调器；协调器接收到数据之后，根据工作模式的不同，会把数据用UART转USB的形式发送给电脑数据中心，或者用蓝牙的形式发送给手机数据中心；远程数据传输部分可在远程访问数据中心时，提供实时监测和查询的数据传输；
所述数据中心部件，包括电脑数据中心和手机数据中心，电脑数据中心接收到客户终端传输来的数据，可实现对数据进行处理、分析、显示和存储，以方便远程实时监测、查询，手机数据中心接收到客户端传输来的数据，同样是对数据进行处理、分析、显示和存储，当监测到人体有意外情况发生跌倒，手机通过蓝牙自动启动手机内部的GPS功能，获取装置佩戴者的具体位置信息，并且把位置信息通过消息推送的形式或者是短信的形式发送给监护人；
其工作过程如下：
系统开始运行，三轴加速度传感器模块开始采集人体的三个轴向上的数据信息，计算出X、Y、Z轴的轴向加速度αx,αy,αz，再通过下述公式计算人体加速度向量幅值：表征人体运动的剧烈程度和微分加速度向量幅值的绝对平均值MADS:表征人体运动状态变化的剧烈程度，T表示信号采集的时间，判断MADS是否超出MADS设定值，如果超出MADS设定值，则进入脚底压力传感器采集；人体的体重是一定的，自然给予较低的压力也是一定的，在一定的时间范围内，脚底的压力骤然减少，则进入下一步骤，也就是超声测距；如果本系统在人体腰间佩戴，那正常情况相对地面的距离是被测者身高的1/2或者根据实际情况设定一个值，如果超声测距的结果低于所述被测者身高的1/2或者根据实际情况设定的一个值，则判断人体跌倒，并且启动报警和数据上传功能。
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