CN104680753A - 一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其组成信号采集模块、无线传输模块、人机交互模块，利用无线传感器网络技术，使用频率工作于2.4GHz免费频段，网络节点最大传输速率250kbps。针对居家养老的老年人，利用加速度计构成检测装置，通过信号处理和模式识别技术识别人体跌倒，利用无线传输技术将人体跌倒信号传送到接收器，实现跌倒报警。同时利用GPS定位，将定位信息和报警信息通过无线模块传送到管理中心，或者通过GSM模块发送到家人或者急救中心的手机上。

Description

一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统

技术领域

本发明涉及的是一种人体行为检测系统，特别涉及的是一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统。

背景技术

近些年，有许多大学和研究机构在政府和社会的支持下开展了人性化的、以改善老人的生活品质为目标的各种技术的研究工作。其中，可以探测老人跌倒并能够及时将这一危险状况报告到医疗监护中心的跌倒检测技术也越来越得到各大研究机构的重视。目前跌倒检测技术的方法很多，从信号采集的渠道进行分类，将跌倒检测技术分为三类：基于视频的跌倒检测系统，基于声学的跌倒检测系统，基于穿戴式传感器的跌倒检测系统。

基于视频的跌倒检测系统是通过一个或几个视频摄像头捕捉人体运动的画面，经过特别设计的图像处理的算法，确定是否存在具有跌倒的一些图像特征。如南京大学谢靖设计的基于头部运动轨迹和3D视觉的跌倒检测系统，采用了3D摄像头Kinect。通过Kinect可以同时获取的彩色图像和深度图像。对输入的深度图像前景分割获得人的轮廓并定位头部附近区域，通过对彩色图像肤色识别获得肤色区域，两者结合完成对头部的定位。将头部运动速度作为判断跌倒的依据。

声学检测系统通过对跌倒时的音频信号的检测作为跌倒的判据，在一般情况下，这种方法不能得到一个良好的精度。通常声学检测系统辅助其他检测方法对跌倒进行判断。

基于穿戴式传感器的跌倒检测系统是指嵌入了微型传感器和控制器的可穿戴的设备，包括衣服，帽子，鞋，首饰等。这种检测系统通过实时监测人体的活动采集人体运动数据，建立人体运动模型。通过检测人体的运动数据是否符合跌倒运动模型，来判断是否发生了跌倒。

纵观三种检测方法，基于视频的检测系统，容易暴露使用者的隐私，同时使用成本高算法复杂不易推广。基于声学的系统误判率太高不适合单独使用。而穿戴式的系统的优点在于易于携带，成本低，但是检测精度需要进一步提高。

发明内容

本发明针对居家养老的老年人，利用加速度计构成检测装置，通过信号处理和模式识别技术识别人体跌倒，利用无线传输技术将人体跌倒信号传送到接收器，实现跌倒报警。同时利用GPS定位，将定位信息和报警信息通过无线模块传送到管理中心，或者通过GSM模块发送到家人或者急救中心的手机上。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其组成信号采集模块、无线传输模块、人机交互模块，利用无线传感器网络技术，使用频率工作于2.4GHz免费频段，网络节点最大传输速率250kbps。

所述的一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其特征在于硬件电路系统部分主要由:锂电池、电源管理电路、加速度传感器电路、GPS电路、GSM电路、人机接口电路和无线通信和微控制器电路构成。

所述的一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其特征在于采集部分包括加速度信号采集和GPS信号采集，主要完成加速度传感器的配置和数据读取。

所述的一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其特征在于线传输部分包括GSM模块和ZigBee模块。

所述的一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其特征在于所述的两个上位机，一个是测试终端用于实时分析三轴加速度信号，分析各种处理方式的效果；另一个是实时监视跌倒状态，发生跌倒事件时，对下位机发回来的GPS信号处理，在地图上显示出来。

利用无线传感器网络技术，使用频率工作于2.4GHz免费频段，网络节点最大传输速率250kbps。硬件电路系统部分主要由:锂电池、电源管理电路、加速度传感器电路、GPS电路、GSM电路、人机接口电路和无线通信和微控制器电路构成。锂电池和电源电路为系统中其他所有有源器件提供电能;加速度传感器电路检测设备当前在X、Y、Z三个方向上的加速度;人机接口电路实现手动报警和解除报警的功能;无线通信和微控制器电路负责整个系统的协调和数据处理并通过无线的方式与监控中心通信。

本发明还包括：

采集部分包括加速度信号采集和GPS信号采集，主要完成加速度传感器的配置和数据读取；对GPS模块进行配置和输出信号的采集。

无线传输部分包括GSM模块和ZigBee模块。GSM模块选用的是西门子公司推出的TC35-OEM模块，主要在室外使用而且使用者走出了ZigBee网络，发生跌倒事件时发送短信。ZigBee模块基于TI的CC2530，主要在室内使用，发生跌倒事件时将数据发送到上位机。

开发了两个上位机，一个是测试终端用于实时分析三轴加速度信号，分析各种处理方式的效果；另一个是实时监视跌倒状态，发生跌倒事件时，对下位机发回来的GPS信号处理，在地图上显示出来。

本发明的优点：

本发明可以让使用者得到及时的救助，减小心理负担，同时为解决独居老人发生危险性跌倒后无法得到及时救助的社会问题提供了可行的解决思路；

采用无线传感技术，使得整个设备小型化的同时提高了系统的使用范围，方便解决老人摔倒的问题，为老人提供必要的保护。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

图2为跌倒检测算法程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其组成信号采集模块、无线传输模块、人机交互模块，利用无线传感器网络技术，使用频率工作于2.4GHz免费频段，网络节点最大传输速率250kbps。

其特征在于硬件电路系统部分主要由:锂电池、电源管理电路、加速度传感器电路、GPS电路、GSM电路、人机接口电路和无线通信和微控制器电路构成。

其特征在于采集部分包括加速度信号采集和GPS信号采集，主要完成加速度传感器的配置和数据读取。

其特征在于线传输部分包括GSM模块和ZigBee模块。

其特征在于所述的两个上位机，一个是测试终端用于实时分析三轴加速度信号，分析各种处理方式的效果；另一个是实时监视跌倒状态，发生跌倒事件时，对下位机发回来的GPS信号处理，在地图上显示出来。

结合图1，图1为本发明的系统结构图。整个系统分为三个部分：信号采集部分、无线传输部分、人机交互部分。利用无线传感器网络技术，使用频率工作于2.4GHz免费频段，网络节点最大传输速率250kbps。硬件电路系统部分主要由:锂电池、电源管理电路、加速度传感器电路、GPS电路、GSM电路、人机接口电路和无线通信和微控制器电路构成。锂电池和电源电路为系统中其他所有有源器件提供电能;加速度传感器电路检测设备当前在X、Y、Z三个方向上的加速度;人机接口电路实现手动报警和解除报警的功能;无线通信和微控制器电路负责整个系统的协调和数据处理并通过无线的方式与监控中心通信。采集部分包括加速度信号采集和GPS信号采集，主要完成加速度传感器的配置和数据读取；对GPS模块进行配置和输出信号的采集。无线传输部分包括GSM模块和ZigBee模块。GSM模块选用的是西门子公司推出的TC35-OEM模块，主要在室外使用而且使用者走出了ZigBee网络，发生跌倒事件时发送短信。ZigBee模块基于TI的CC2530，主要在室内使用，发生跌倒事件时将数据发送到上位机。本发明中开发了两个上位机，一个是测试终端用于实时分析三轴加速度信号，分析各种处理方式的效果；另一个是实时监视跌倒状态，发生跌倒事件时，对下位机发回来的GPS信号处理，在地图上显示出来。

结合图2，图2为跌倒检测算法程序流程图。首先将记录5s的加速度数据，将数据存储在TF卡中，同时分析姿态的变化，当检测到姿态属于跌倒姿态（包括向前跌倒、向后跌倒、向左侧跌倒、向右侧跌倒），则判定跌倒。加速度超过阈值可能是单一的某个轴加速度超过阈值，也有可能是SVM超过阈值。如果加速度未超过阈值，则重新检测；超过阈值开始保存加速度数据，然后进行姿态分析，如果判断是属于跌倒姿态，则进入报警状态。

Claims (5)

1.一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其组成信号采集模块、无线传输模块、人机交互模块，利用无线传感器网络技术，使用频率工作于2.4GHz免费频段，网络节点最大传输速率250kbps。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其特征在于硬件电路系统部分主要由:锂电池、电源管理电路、加速度传感器电路、GPS电路、GSM电路、人机接口电路和无线通信和微控制器电路构成。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其特征在于采集部分包括加速度信号采集和GPS信号采集，主要完成加速度传感器的配置和数据读取。

4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其特征在于线传输部分包括GSM模块和ZigBee模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于无线传感技术的人体跌倒检测系统，其特征在于所述的两个上位机，一个是测试终端用于实时分析三轴加速度信号，分析各种处理方式的效果；另一个是实时监视跌倒状态，发生跌倒事件时，对下位机发回来的GPS信号处理，在地图上显示出来。