CN104837246A - 跌倒时可报警的小夜灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种跌倒时可报警的小夜灯，所述小夜灯包括遥控器及照明系统，其中：所述遥控器为包括惯性传感器的可穿戴设备，用于判断用户是否跌倒；所述照明系统为用户在起夜时提供照明，及在用户跌倒时报警。本发明具有跌倒报警功能，节能环保且使用方便。

Description

跌倒时可报警的小夜灯

技术领域

本发明涉及一种跌倒时可报警的小夜灯。

背景技术

我国人口老龄化日趋严峻，老年人起夜所带来的安全问题尤其需要关注。一般情况下，老年人起夜所用的小夜灯都是在小夜灯本身的结构或者小夜灯的开、关上进行一些设计和发明。这种小夜灯虽然可以很好地迎合市场需求，但是其关注点只是小夜灯本身，根本没有考虑到使用小夜灯的人群。

从现有的与小夜灯相关的专利/专利申请来看，绝大部分都是关于小夜灯的壳体、灯罩的结构以及外观的设计上，然后加入一些辅助功能。比如，能够显示时间的小夜灯(CN201310162179.6)，带相架的小夜灯(CN201310216394.X)，既能够显示时间又能够显示温度的小夜灯(CN201420340164.4)。但上述小夜灯均不具备通信和跌倒报警的功能，而老年人起夜，若不小心很容易意外跌倒，目前需要专用的设备才能够检测跌倒报警，比如通过视频监控检测，通过地板的压力传感器检测等，但是该类设备具有结构复杂、成本高、安装不方便等缺点，

总之，目前还没出现一种将跌倒检测和小夜灯相结合的跌倒时可报警的小夜灯。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种跌倒时可报警的小夜灯。

本发明提供一种跌倒时可报警的小夜灯，所述小夜灯包括遥控器及照明系统，其中：所述遥控器为包括惯性传感器的可穿戴设备，用于判断用户是否跌倒；所述照明系统为用户在起夜时提供照明，及在用户跌倒时报警。

优选地，所述遥控器包括依次电性连接的USB充电接口、充电管理模块、电池、开关、稳压模块、处理模块，以及分别与所述处理模块连接的惯性传感器、蓝牙模块、状态指示灯、按钮。

优选地，所述惯性传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计，分别采集所述遥控器的三轴角速度、三轴加速度、三轴地磁场数据。

优选地，所述处理模块通过IIC总线与所述惯性传感器连接，根据所述惯性传感器采集的数据进行计算以判断是否跌倒。

优选地，所述状态指示灯用于指示遥控器的工作状态。

优选地，所述按钮与所述处理模块的外部中断引脚连接，用于解除跌倒报警、一键求助及控制照明系统中LED灯的亮灭。

优选地，所述照明系统包括：依次电性连接的灯座、LED灯、交流电源、直流稳压电源、微处理器、光电隔离器、继电器，同时与所述微处理器及所述灯座连接的调光模块，分别与所述微处理器连接的语音模块、蓝牙模块，所述继电器与所述LED灯连接。

优选地，所述微处理器根据所述照明系统的蓝牙模块传递的数据，计算得到用户距离LED灯的远近，将调光指令传递给调光模块，及在遥控器检测到用户跌倒时通知语音模块报警。

优选地，所述调光模块根据微处理器的调光指令采用直流电源PWM脉冲对所述LED灯调光。

优选地，所述调光是指当用户靠近LED灯时，调光模块降低LED灯的亮度；当用户远离LED灯时，调光模块增加LED灯的亮度。

本发明提供一种跌倒时可报警的小夜灯，其基于惯性传感技术，且使用方便，不仅可以预防老年人因跌倒造成的一系列问题，同时灯具本身充分节省电能。

附图说明

图1为本发明跌倒时可报警的小夜灯一实施例的整体结构示意图；

图2为遥控器一实施例的结构示意图；

图3为照明系统一实施例的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

参阅图1所示，是本发明跌倒时可报警的小夜灯的结构示意图。

所述跌倒时可报警的小夜灯由遥控器1及照明系统2组成。其中：

所述遥控器1为可穿戴设备。人体的手臂、腕部和腿部等位置在日常生活行为中动作随机性非常大，活动也比较频繁，而颈部以下，腰部以上区域的部位在日常生活行为中活动不频繁，在跌倒过程中加速度和角速度会发现剧烈的变化，而且人体的重心位置也集中在这一部分区域。本发明一实施例中将所述遥控器1通过腰带佩戴在腰部中间的位置更利于跌倒检测，因为该位置上的惯性传感器数据的变化可以更好的反映整个人体躯干的运动状态和姿态的变化。

所述照明系统2用于为用户在起夜时提供照明，本发明一实施例中所述照明系统2安装在床和洗手间之间的过道墙壁上，位置大致在中间距离，在安装时最好保证所述照明系统2能够照射到床和卫生间之间的绝大部分区域。

参阅图2所示，是遥控器1的结构示意图。

所述遥控器1包括：依次连接的USB充电接口101、充电管理模块102、电池103、开关104、稳压模块105、处理模块107，以及分别与所述处理模块107连接的惯性传感器106、蓝牙模块108、状态指示灯109、按钮110。其中：

所述USB充电接口101为所述电池103提供充电时的接口，本实施例通过mini USB接口进行充电。所述充电管理模块102用于在所述电池103充电时进行充电管理。所述电池103在本实施例中为3.7V标准锂电池。所述开关104在本实施例中为波动开关，用于打开、关闭遥控器1的电源，在打开所述开关104后，所述遥控器1开始上电并进行初始化。所述稳压模块105用于稳定电压。

所述惯性传感器106包括三轴陀螺仪1061、三轴加速度计1062、三轴磁力计1063，分别采集遥控器1的三轴角速度、三轴加速度、三轴地磁场数据，为人体运动和姿态的识别提供丰富的原始运动数据来源。

所述处理模块107提供了高速浮点运算功能，保证了算法能够快速可靠的执行，在本实施例中为高性能DSP芯片(Digital Signal Process，数字信号处理)，通过IIC总线与所述惯性传感器106连接，所述处理模块107根据所述惯性传感器106采集的数据进行计算，以判断是否跌倒。

所述蓝牙模块108在本实施例中为蓝牙4.0模块，采用蓝牙4.0BLE协议与照明系统2进行双向无线通信。

所述状态指示灯109用于指示遥控器1的工作状态，所述工作状态包括：休眠模式、工作模式、数据无线收发模式。

所述按钮110在本实施例中为一个自弹式按钮，与所述处理模块107的外部中断引脚连接，用于解除跌倒报警、一键求助及照明系统2中LED灯的亮灭。

参阅图3所示，是照明系统2的整体结构示意图。

照明系统2包括：LED灯201、灯座202、交流电源203、直流稳压电源204、继电器205、光电隔离器206、调光模块207、微处理器208、语音模块209及蓝牙模块210。其中：

所述LED灯201安装于所述灯座202内，所述交流电源203作为照明系统2的电源来源，在本实施例中，所述交流电源203采用220V交流电。经直流稳压电源204后，向微处理器208供电。所述直流稳压电源204在本实施例中为3.3V直流稳压电源。所述LED灯201通过所述继电器205、光电隔离器206与微处理器208连接。所述微处理器208分别与所述调光模块207、语音模块209及蓝牙模块210连接。

所述LED灯201采用照明度比较高的LED灯，根据用户走路过程中距离所述LED灯201的远近智能的调节其亮度，从而起到节能的效果。本实施例选用照明度比较高的LED灯，考虑到老年人视力比较差，识别能力弱，采用传统的LED低光照节能小夜灯不能起到有效的照明效果，尤其是床和洗手间距离比较远的情况，用户在朦胧的低光环境下容易碰到家具甚至绊倒，而高强度LED灯太刺眼引起眼睛不适并且很耗能。

所述光电隔离器206在所述微处理器208与所述继电器205之间，用于提高照明系统2中所述微处理器208的电绝缘能力和共模抗干扰能力，通过所述继电器205的开关可以控制所述LED灯201的亮和灭。所述继电器205在本实施例中采用3.3V继电器。

所述调光模块207与所述灯座202连接，采用直流电源PWM脉冲对所述LED灯201调光，通过精准控制电流脉冲频率和占空比实现PWM无极调光，达到所述LED灯201合理照明度。

所述微处理器208根据蓝牙模块210传递的数据，计算得到用户距离LED灯201的远近，将调光指令传递给调光模块207；及在检测到跌倒时通知语音模块209报警。

所述语音模块209用于在检测到跌倒及紧急情况下报警，通知监护人及时采取防护措施。

所述蓝牙模块210在本实施例中为蓝牙4.0模块，采用蓝牙4.0BLE协议与遥控器1进行双向无线通信。

为了降低复杂性和提高检测精度，在本实施例中，如下表所示，遥控器1的处理模块107内置的运动和姿态识别算法将用户的动作和对应的照明系统2的LED灯201状态简化为以下几种模式。

表1.用户动作模式和LED灯201状态

表2.用户长按按钮110在不同动作模式下的紧急报警触发情况

表3.用户短按按钮110在不同动作模式下的LED灯201控制情况

表4.不同报警类型的LED灯201状态和语音播报内容

为了更清楚的公开本发明，以下实施例对本发明的使用步骤进行描述：

用户入睡前，将遥控器1佩戴在腰部，躺下后打开遥控器1的开关104，遥控器1初始化完毕后，与照明系统2通过各自的蓝牙模块建立通信，此时遥控器1的处理模块107识别老年人是否处在“睡眠”模式，如果5S后用户还是“睡眠”模式，整个小夜灯系统开始进入低功耗休眠模式。

当用户起床时，惯性传感器106感知到加速度的变化，立即通过外部中断触发处理模块107，处理模块107立刻启动人体运动和姿态实时识别算法，识别为“起床”模式，调用蓝牙模块108的发送函数将“开灯”命令通过无线发送出去，照明系统2通过其蓝牙模块210收到命令后通过继电器205来打开LED灯201。

当用户起身走路，系统识别为“走路”模式，照明系统2的微处理器208根据遥控器1和照明系统2之间的蓝牙4.0的RSSI信号和人体的姿态角数据推算出用户与LED灯201的距离和方位，当靠近LED灯201时，微处理器208通过调光模块207降低LED灯201的亮度，当远离LED灯201时，则增加LED灯201的亮度。

当上洗手间回来躺在床上睡觉，系统识别为“睡觉”模式，此时遥控器1通过蓝牙模块108发出“熄灯”命令，整个小夜灯系统重新进入的低功耗休眠模式。

当用户在走路过程中，一旦检测到跌倒，遥控器1立刻通过蓝牙模块108发送跌倒报警信号到照明系统2，照明系统2的LED灯201以4HZ的频率闪烁，语音模块209反复播放“注意！跌倒检测到”，如果出现误报或者跌倒对用户没有造成伤害，在跌倒模式下，那么用户可以通过短按遥控器1上的按钮110解除报警。

考虑到用户起床后可能有各种不适，比如腿抽筋、头晕，如表2所示，此时可以长按2S按钮，小夜灯系统会启动紧急报警，此时照明系统2使LED灯201以2HZ的频率闪烁，语音模块会反复播放“注意！您的家人有紧急情况求助”。

考虑到用户运动模式的复杂性，不能100％保证遥控器1能够准确的识别每一种模式并根据模式对小夜灯进行相应的控制，此时遥控器1仍然支持手动控制LED灯201的开启和关闭，如表3所示，除了在跌倒模式下，无论小夜灯系统检测的用户的运动状态处在哪一种模式，短按按钮都可以有效触发LED灯201反转(也就是说，之前是开，按一次就变为灭，再按一次又变为开)，手动控制LED灯201情况下，LED灯201不能调光，默认为亮度最大。

本实施例用户动作模式的识别过程如下：

经实验表明，人体跌倒瞬间，与地面之间会产生一个很大的加速度，因此采用加速度信息来检测跌倒，相比单轴加速度信息，合加速度更能反映出人体跌倒的冲击过程大小，合加速度的计算公式为：

$\mathrm{ACC}\left(i\right)=\sqrt{\mathrm{ACC}\_X{\left(i\right)}^2+\mathrm{ACC}\_Y{\left(i\right)}^2+\mathrm{ACC}\_Z{\left(i\right)}^2}$

其中，ACC_X、ACC_Y、ACC_Z代表X、Y、Z轴的加速度信号。

人体跌倒过程中，除了反映在人体与低势物体的碰撞，还反映在人体姿态的变化。如果单纯利用合加速度来判别跌倒，会造成失误率的增加。为了降低人体由于跑、跳等大幅度动作造成的误判和为跌倒后是否启动自动报警信号提供依据。本实施例引入了姿态角作为跌倒判断的辅助条件，首先通过处理模块107实时采集惯性传感器106的三轴角速度、三轴加速度、三轴地磁场这些基本的运动参数，采用卡尔曼滤波算法对所述传感器数据融合，采用四元数方式计算出人体的三个姿态角(俯仰、横滚、航向)，然后利用三个姿态角信息和合加速度，根据识别算法来识别用户的基本动作(睡觉、走路、上洗手间、跌倒)。

综上所述，遥控器1采用的是基于惯性传感技术的方式来检测跌倒行为，基于“合加速度判断为主，倾角判断为辅”的监测原理，不需要外界辅助设备，克服了摄像头或者地板振动方式的成本高、检测区域受限、安装不灵活、系统算法复杂等缺点。

虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种跌倒时可报警的小夜灯，其特征在于，所述小夜灯包括遥控器及照明系统，其中：

所述遥控器为包括惯性传感器的可穿戴设备，用于判断用户是否跌倒；

所述照明系统为用户在起夜时提供照明，及在用户跌倒时报警。

2.如权利要求1所述的跌倒时可报警的小夜灯，其特征在于，所述遥控器包括依次电性连接的USB充电接口、充电管理模块、电池、开关、稳压模块、处理模块，以及分别与所述处理模块连接的惯性传感器、蓝牙模块、状态指示灯、按钮。

3.如权利要求2所述的跌倒时可报警的小夜灯，其特征在于，所述惯性传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计，分别采集所述遥控器的三轴角速度、三轴加速度、三轴地磁场数据。

4.如权利要求3所述的跌倒时可报警的小夜灯，其特征在于，所述处理模块通过IIC总线与所述惯性传感器连接，根据所述惯性传感器采集的数据进行计算以判断是否跌倒。

5.如权利要求4所述的跌倒时可报警的小夜灯，其特征在于，所述状态指示灯用于指示遥控器的工作状态。

6.如权利要求4所述的跌倒时可报警的小夜灯，其特征在于，所述按钮与所述处理模块的外部中断引脚连接，用于解除跌倒报警、一键求助及控制照明系统中LED灯的亮灭。

7.如权利要求1所述的跌倒时可报警的小夜灯，其特征在于，所述照明系统包括：依次电性连接的灯座、LED灯、交流电源、直流稳压电源、微处理器、光电隔离器、继电器，同时与所述微处理器及所述灯座连接的调光模块，分别与所述微处理器连接的语音模块、蓝牙模块，所述继电器与所述LED灯连接。

8.如权利要求7所述的跌倒时可报警的小夜灯，其特征在于，所述微处理器根据所述照明系统的蓝牙模块传递的数据，计算得到用户距离LED灯的远近，将调光指令传递给调光模块，及在遥控器检测到用户跌倒时通知语音模块报警。

9.如权利要求8所述的跌倒时可报警的小夜灯，其特征在于，所述调光模块根据微处理器的调光指令采用直流电源PWM脉冲对所述LED灯调光。

10.如权利要求9所述的跌倒时可报警的小夜灯，其特征在于，所述调光是指当用户靠近LED灯时，调光模块降低LED灯的亮度；当用户远离LED灯时，调光模块增加LED灯的亮度。