CN104282115B - 基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫及报警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫及报警方法,所述鞋垫包括:由主鞋垫单片机、第一倾角传感器组、第一无线充电接收电路及电源管理芯片组、多路信号选择器、SIM卡通信模块、第一短距无线通信模块、GPS定位模块组成的主鞋垫和由副鞋垫单片机、第二倾角传感器组和第二无线充电接收电路及电源管理芯片、第二短距无线通信模块组成的副鞋垫构成。将倾角传感器模块添加到鞋垫当中,在行走过程中检测足底倾角变化,在确认使用者摔倒后,激活GPS定位模块和SIM卡通信模块,对其进行定位,并将其位置信息以短信的形式通知家属进行救援。采用无线充电和全密封设计,解决携带不便和易于丢失和遗忘的缺点,也确保鞋垫的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及能够检测人体摔倒信号的鞋垫,尤其涉及一种基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫及报警方法。
背景技术
国内外市场中有很多投入实际使用的检测设备都具备检测人体是否摔倒的功能,而其中的绝大多数产品均采用可穿戴设备的设计,例如手机、手表、腕带、腰带等。对于老年人群来说,此类可穿戴式设备设计的缺陷十分明显,通常都不是出门的必需品,而且佩戴起来也繁琐、不舒适。以具有摔倒检测功能的智能手表为例,与老年人平常佩戴的普通手表相比,其设置时间等方面的繁杂程度并不适用于老年人使用,而且现有的智能手表无论是体积还是重量,均比普通手表大很多,这在一定程度上也就降低了佩戴的舒适度。而诸如此类问题在智能手机、腕带、腰带等产品上也有不同程度的体现。
除此之外,还有类似于按钮报警器等设置更加简单的设备,尽管携带方便,但最大的缺点在于在突发情况下,如患有心血管、脑血管疾病,或摔倒时头部触地等原因,摔倒的老人处于意识模糊的状态,不可能主动按响报警器通知家人,因此按钮报警器也就不能发挥应有的功用。
如现有技术中,公开号为103561144A,名称为一种基于智能手机的摔倒检测方法的发明专利,该方法首先利用智能手机的三轴加速度传感器获取三轴加速度,并由三轴加速度获取第一合加速度,若第一合加速度小于第一预设阈值,则获取第二合加速度,若第二合加速度大于第二预设阈值,则获取第三三轴加速度和第四三轴加速度,若两者之间的变化值小于第三预设阈值,则获取第五三轴加速度,计算第五三轴加速度和第一三轴加速度和矢量变化合,若矢量变化合大于第四预设阈值,则确定携带智能手机的用户处于摔倒状态。该方法仅采用智能手机运行本方法的摔倒检测程序,即可实时的检测用户是否摔倒,不必用户携带智能手机之外的检测设备,解决了用户不方便携带检测设备的问题。但是对于老年人来说智能手机并不属于日常出门的必需品,随时都携带并不现实。
有如公开号为202838609U,名称为一种老人摔倒检测与自动远程报警系统的发明专利,其特征为包括老人摔倒检测子系统与远程报警子系统两个部分;其中,所述的老人摔倒检测子系统包括老人摔倒测定器、手动报警按键、控制器、声音报警器件、无线传输模块;所述的远程报警子系统为Android智能手机;其中,控制器分别与老人摔倒测定器、手动报警按键、声音报警器件和无线传输模块相连;无线传输模块通过无线信号与Android智能手机相连。该报警系统需要手动按报警按键,在无法主动按键报警的突发情况下将无法保障老年人的人身安全。
还如公开号为301699449S,名称为无线定位报警终端(腕带式)的外观设计专利,该报警终端用于对使用者进行体温及心率等生命体征的监测,完成摔倒检测、无线定位及报警。但是该报警装置也需要在日常生活中时刻佩戴,不具有便捷性。
由此可见,在现有技术中缺乏一种既能够便于使用者尤其是老年人随时穿着、携带,不会影响使用舒适度,又能够在检测到使用者摔倒信号后自动报警的设备。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷,本发明所述基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫采用将倾角传感器模块添加到鞋垫当中,在行走过程中检测足底倾角变化,当其确认了使用者已经摔倒后,激活GPS模块和SIM卡模块,对使用者进行定位,并将其位置信息以短信的形式通知家属进行救援。本发明既克服了传统的可穿戴式设计的不足,而且鞋对老年人来说是日常生活的必需品,将该鞋垫置于鞋中对老年人本身没有任何使用要求,不需要另行携带。
本发明所述基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫通过以下技术方案予以实现:本发明所述基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫包括主鞋垫和副鞋垫,主鞋垫包括主鞋垫单片机、第一倾角传感器组、第一无线充电接收电路及电源管理芯片组、多路信号选择器、SIM卡通信模块、第一短距无线通信模块、GPS定位模块,所述副鞋垫包括副鞋垫单片机、第二倾角传感器组和第二无线充电接收电路及电源管理芯片、第二短距无线通信模块;所述第一倾角传感器组通过A/D信号转换引脚与主鞋垫单片机相连接,第一无线充电接收电路及电源管理芯片组与主鞋垫芯片供电端口连接,所述主鞋垫单片机的TX\RX串口引脚通过多路信号选择器与所述SIM卡通信模块、GPS定位模块和第一短距无线通信模块的RX\TX引脚相连,所述多路信号选择器数据选择引脚与主鞋垫单片机的IO口相连接;所述第二倾角传感器组通过A/D信号转换与副鞋垫单片机相连接,第二无线充电接收电路及电源管理芯片组与副鞋垫单片机通过无线连接,所述副鞋垫单片机的串口引脚与第二短距无线通信模块相连接;
进一步的,所述第一倾角传感器组由两个倾角传感器组成;
进一步的,所述第一、第二无线充电接收电路及电源管理芯片组由变压芯片、锂电池和无线充电模块组成,所述无线充电模块由电源配置器、无线充电发射模块、发射线圈与外壳组成;
所述第一、第二无线充电接收电路及电源管理芯片组为可充电电源,分别为所述主鞋垫单片机和副鞋垫单片机提供电源,用于在闲置时为主、副鞋垫中锂电池充电;
进一步的,所述倾角传感器能够为电容式倾角传感器。
进一步的,倾角传感器上设置有侧倾开关。
进一步的,所述SIM卡通信模块内设置有紧急电话薄,能够存储使用者多个家人或朋友的手机号码,方便发送救援信息。
本发明所述摔倒检测报警鞋垫采用倾角传感器,在行走过程中检测足底倾角变化,当其确认了使用者已经摔倒后,激活所述GPS定位模块和SIM卡通信模块,对使用者进行定位,并将其位置信息以短信的形式通知家属,进行救援。
本发明所述报警方法通过以下技术方案予以实现,整个摔倒检测和报警过程包含下述步骤:
步骤一、监测偏转角。
在所述第一倾角传感器的检测轴向发生旋转运动时,所述传感器会根据偏转的角度输出一个模拟电压量,将此模块的OUT引脚接入主鞋垫单片机的模拟量输入口,经过A/D信号转换和数学计算(a=asin(0.5Vout0.25Vdd))之后即可得到倾角值,以此来判断所述鞋垫的空间状态;若使用侧倾开关,在检测到系统偏转时会输出一个数字信号,可以得知系统偏转,此时无需进行运算操作。
步骤二、跌倒的判定。
当所述主鞋垫单片机检测到倾角数据超出正常范围(一般与水平方向倾角±55°范围内)或侧倾开关被触发且持续一定时间(为了防止误报,同时能够在事故发生时第一时间响应,此持续检测时间的合适范围为5s~10s)后,会认为其处于跌倒状态,所述主鞋垫处于跌倒状态时会激活所述第一短距无线通信模块,监听来自所述副鞋垫单片机的无线信号;所述副鞋垫处于跌倒状态时,会激活所述第二短距无线通信模块发出信号脉冲(正常时无线通信模块均不工作);当所述主、副鞋垫均处于跌倒状态时,所述主鞋垫单片机可以检测到来自所述副鞋垫单片机的无线信号,确认用户跌倒。
步骤三、定位。
与所述主鞋垫单片机相连接的GPS定位模块启动,进行搜索和定位。所述主鞋垫单片机通过串口检测GPS定位模块的状态。定位成功时,主鞋垫单片机从来自GPS定位模块的信息中提取出经纬度信息;若尝试一段时间之后仍无法定位(如信号弱、环境干扰等等),则跳过GPS定位。由于本发明所述鞋垫是在用户意外摔倒,且无法通过自身能力重新站起时,通过发送消息来通知家属,因此重复GPS定位尝试的持续时间不宜过长,以免延误救治时机,发生危险。
步骤四、SMS短信求助。
与所述主鞋垫单片机相连接的SIM卡通信模块启动。若在上一步中获得了经纬度信息,则直接将含有经纬度信息的短信发送给预先设置的接收者的手机中,通知用户摔倒的位置信息。若没有成功获得经纬度信息,则将进行主鞋垫SIM卡通信模块GPRS基站定位,之后将含有位置信息的短信发送给预先设置的接收者的手机中。
本发明所述基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫及报警方法的优越效果在于:设计新颖、实用便利、效果显著。本发明采用将倾角传感器模块添加到鞋垫当中,在行走过程中检测足底倾角变化,当确认使用者已经摔倒后,激活GPS模块和SIM卡模块,对使用者进行定位,通过采用新颖的鞋垫设计,利用全密封和无线充电等设计,使其对老人的正常日常生活的影响降至最低,对于老人本身来说穿上鞋垫对正常的生活并不会发生什么变化,出门可以不戴表,但不可能不穿鞋;全密封化的设计,也确保了此产品的使用寿命。此外,采用无线充电的设计,更方便了老年人随时随正常使用,不存在没电的风险,也省去了充电的麻烦。同时本发明所述鞋垫在检测使用者是否摔倒,并在确认其摔倒后对使用者进行卫星定位,之后将使用者摔倒的位置以短信的方式告知其家属或相关人员,从而使其可以迅速赶到现场对其进行救治,对于保障使用者的安全起到有效的保护。
附图说明
图1为本发明所述基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫的结构示意图;
图2为本发明所述鞋垫的电子线路示意图;
具体实施方式
如图1-2所示,本发明所述基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫包括主鞋垫和副鞋垫,主鞋垫包括主鞋垫单片机、第一倾角传感器组、第一无线充电接收电路及电源管理芯片组、多路信号选择器、SIM卡通信模块、第一短距无线通信模块、GPS定位模块,所述副鞋垫包括副鞋垫单片机、第二倾角传感器组和第二无线充电接收电路及电源管理芯片组、第二短距无线通信模块;所述第一倾角传感器组通过A/D信号转换引脚与主鞋垫单片机相连接,第一无线充电接收电路及电源管理芯片组与主鞋垫芯片通过供电端口连接,所述主鞋垫单片机的TX\RX串口引脚通过多路信号选择器与所述SIM卡通信模块、GPS定位模块和第一短距无线通信模块的RX\TX引脚相连,所述多路信号选择器数据选择引脚与主鞋垫单片机的IO口相连接;所述第二倾角传感器组通过A/D信号转换与副鞋垫单片机相连接,第二无线充电接收电路及电源管理芯片组与副鞋垫单片机通过无线连接,所述副鞋垫单片机的串口引脚与第二短距无线通信模块相连接;
所述第一、第二无线充电接收电路及电源管理芯片组由变压芯片(图中未示)、锂电池(图中未示)和无线充电模块(图中未示)组成,所述无线充电模块由电源配置器(图中未示)、无线充电发射模块(图中未示)、发射线圈(图中未示)与外壳(图中未示)组成。所述第一、第二无线充电接收电路及电源管理芯片组为可充电电源,分别为所述主鞋垫和副鞋垫提供电源,用于在闲置时为鞋垫中锂电池充电。
本发明所述各组件可以采用市场上的现有产品,所述主、副鞋垫单片机选用PIC16F877A单片机,所述GPS定位模块选用BS-280集成GPS模块,SIM卡通信模块选用SIM900A模块,所述第一、第二电容式倾角传感器组选用SCA60C N1000060单轴电容式倾角传感器,所述多路信号选择器选用74LS153多路数据选择芯片,所述短距无线通信模块选用2.4G短距无线通信模块。
所述第一、第二倾角传感器组均由两个相互垂直,水平放置的SCA60C N1000060单轴电容式倾角传感器组成,其out端都与主、副鞋垫单片机的两个模拟量输入引脚相连接,使主、副鞋垫单片机能够获取其输出数据并进行计算。
在主鞋垫中,主鞋垫单片机的TX\RX串口引脚通过74LS153多路数据选择芯片与SIM900A模块、BS-280集成GPS模块和2.4G无线模块的RX\TX引脚相连接,74LS153多路数据选择芯片的数据选择引脚与主鞋垫单片机的IO口相连接,使用时主鞋垫单片机通过调节数据选择引脚来改变与其串口相连的模块,进行相应的控制操作。副鞋垫中没有设置SIM900A模块与BS-280集成GPS模块,副鞋垫单片机的串口引脚直接连接2.4G短距无线通信模块。
所述SCA60C N1000060单轴电容式倾角传感器上设置有侧倾开关(图中未示)。
本发明所述检测报警鞋垫能够根据使用者的实际穿着习惯,将主鞋垫和副鞋垫分别垫于使用者的左、右脚鞋中。
本发明所述报警方法,对摔倒的检测和报警全过程包含以下步骤:
步骤一、监测偏转角。
在主鞋垫中SCA60C N1000060单轴电容式倾角传感器的检测轴向发生旋转运动时,所述传感器会根据偏转的角度输出一个模拟电压量,将此模块的OUT引脚接入主鞋垫PIC16F877A单片机的模拟量输入口,经过AD转换和数学计算(a=asin(0.5Vout-0.25Vdd))之后即可得到倾角值,以此来判断所述主鞋垫的空间状态;也可以使用侧倾开关,在检测到系统偏转时会输出一个数字信号,可以得知系统偏转,此时无需进行运算操作。
步骤二、跌倒的判定。
当所述主鞋垫检测到倾角数据超出正常范围(一般与水平方向倾角±55°范围内))或侧倾开关被触发且持续一定时间(为了防止误报,同时能够在事故发生时第一时间响应,此持续检测时间的合适范围为5s~10s)后,会认为其处于跌倒状态,所述主鞋垫的处于跌倒状态时会激活所述第一短距无线通信模块,监听来自所述副鞋垫单片机的无线信号;所述副鞋垫处于跌倒状态时,会激活所述第二短距无线通信模块发出信号脉冲(正常时无线通信模块均不工作);当所述主、副鞋垫均处于跌倒状态时,所述主鞋垫中PIC16F877A单片机可以检测到来自所述副鞋垫中PIC16F877A单片机的无线信号,确认用户跌倒。
步骤三、定位。
与所述主鞋垫中PIC16F877A单片机相连接的BS-280集成GPS模块定位启动,进行搜索和定位。主鞋垫中PIC16F877A单片机通过串口检测BS-280集成GPS模块的定位状态。定位成功时,所述主鞋垫中PIC16F877A单片机从来自BS-280集成GPS模块的信息中提取出经纬度信息;若尝试一段时间之后仍无法定位,则跳过GPS定位。
步骤四、SMS短信求助。
与所述主鞋垫中PIC16F877A单片机相连接的SIM900A模块启动。若在上一步中获得了经纬度信息,则直接将含有经纬度信息的短信发送给预先设置的接收者的手机,通知用户摔倒的位置信息。若没有成功获得经纬度信息,则将进行主鞋垫SIM900A模块GPRS基站定位,之后将含有位置信息的短信发送给预先设置的接收者的手机。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内,能够轻易想到的相似功能模块和方法的变化或替换,都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫的报警方法,所述鞋垫包括主鞋垫和副鞋垫,所述主鞋垫包括主鞋垫单片机、第一倾角传感器组、第一无线充电接收电路及电源管理芯片组、多路信号选择器、SIM卡通信模块、第一短距无线通信模块、GPS定位模块,所述副鞋垫包括副鞋垫单片机、第二倾角传感器组和第二无线充电接收电路及电源管理芯片组、第二短距无线通信模块,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、监测偏转角;
所述第一倾角传感器组通过A/D信号转换引脚与主鞋垫单片机相连接,第一无线充电接收电路及电源管理芯片组与主鞋垫单片机通过供电端口连接,所述第二倾角传感器组通过A/D信号转换与副鞋垫单片机相连接,第二无线充电接收电路及电源管理芯片组与副鞋垫单片机通过供电端口连接,所述第一、第二无线充电接收电路及电源管理芯片组都由变压芯片、锂电池和无线充电模块组成,所述无线充电模块由电源配置器、无线充电发射模块、发射线圈和外壳组成;在所述第一倾角传感器的检测轴向发生旋转运动时,所述传感器会根据偏转的角度输出一个模拟电压量,将其OUT引脚接入主鞋垫单片机的模拟量输入口,经过A/D信号转换和数学计算之后即可得到倾角值,以此判断所述鞋垫的空间状态;所述第一倾角传感器组、第二倾角传感器组都由两个倾角传感器组成;所述倾角传感器上设置侧倾开关,若使用侧倾开关,在检测到鞋垫偏转时会输出一个数字信号,可以得知鞋垫偏转,此时无需进行运算操作;
步骤二、跌倒的判定;
所述主鞋垫单片机的TX\RX串口引脚通过多路信号选择器与所述SIM卡通信模块、GPS定位模块和第一短距无线通信模块的RX\TX引脚相连,所述多路信号选择器数据选择引脚与主鞋垫单片机的IO口相连接,当所述主鞋垫单片机检测到倾角数据超出正常范围后,会认为其处于跌倒状态,所述主鞋垫处于跌倒状态时会激活所述第一短距无线通信模块,监听来自所述副鞋垫单片机的无线信号;所述副鞋垫单片机的串口引脚与第二短距无线通信模块相连接,所述副鞋垫处于跌倒状态时,会激活所述第二短距无线通信模块发出信号脉冲,当所述主、副鞋垫均处于跌倒状态时,所述主鞋垫单片机可以检测到来自所述副鞋垫单片机的无线信号,确认用户跌倒;
步骤三、定位;
与所述主鞋垫单片机相连接的GPS定位模块启动,进行搜索和定位,所述主鞋垫单片机通过串口检测GPS定位模块的状态,定位成功时,主鞋垫单片机从来自GPS定位模块的信息中提取出经纬度信息;若尝试一段时间之后仍无法定位,则跳过GPS定位;
步骤四、SMS短信求助;
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2.根据权利要求1所述基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫的报警方法,其特征在于:步骤一中经过A/D信号转换和数学计算得出倾角值,其计算公式为:a=asin(0.5Vout-0.25Vdd),其中a为倾角值,Vout为传感器的OUT引脚,Vdd为模拟电压量。
3.根据权利要求1所述基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫的报警方法,其特征在于:步骤二中所述主鞋垫单片机检测到倾角数据超出正常范围后,会认为其处于跌倒状态,所述正常范围为与水平方向倾角±55°内。
4.根据权利要求1所述基于倾角传感器的摔倒检测报警鞋垫的报警方法,其特征在于:步骤二中侧倾开关被触发且持续一定时间,其持续检测时间的正常范围为5s~10s。
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