CN105520736A - 基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，所述判断装置包括：压力采集模块，用于监测足底的压力值信息；基于微处理器的数据处理模块，用于对压力采集模块的压力值信息进行处理，获得的压力数据信息；无线通信模块，用于将经过基于微处理器的数据处理模块获得的压力数据信息实时地无线传输到后台；后台，用于依据所述压力数据信息判断用户是否跌倒。本发明将主要的模块设置于用户的鞋垫上，克服了用于忘记穿戴的缺点。通过检测并分析研究脚底压力在正常行走和跌倒状态下的变化，可以实现跌倒事件的实时检测，在此基础上，提出基于支持向量机的步态跌倒识别方法。本发明的判断装置具有较高的可靠性和准确性，结构简单，容易制造。

Description

基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置

技术领域

本发明涉及一种穿戴式的检测装置，特别是涉及一种基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置。

背景技术

随着老年人年龄的增长和身体功能的下降，跌倒等危害老人健康的紧急事故时有发生。据估计，每年约有1/3的65岁以上的老人发生过跌倒。跌倒是成为危害中老年人健康的非致命伤害主要因素。同时跌倒也对老年产生相当的心理影响。而尽早的检测出跌倒事件可以使他们得到有效及时的帮助，减少医疗费用。因此，紧急事故的判断以及及时发送求救信息是解决上述问题的关键。

目前，针对跌倒检测主要有三类基本的方法。

第一类是基于视频图像的分析。对象的实时运动由摄像头监测，其随着老年人年龄的增长和身体功能的下降，跌倒等不足之在于不能保证用户的隐私安全，而且视频图像分析受光线、环境等影响非常大，很难保证其通用性。

第二类是基于声频信号的分析。跌倒事件由分析冲击导致振动的频率部分判断，但其安装比较复杂，资金投入也比较大。

第三类是基于穿戴式的装置检测。穿戴式的装置可以跟随用户去各种环境，可以克服基于视频图像分析或声频信号分析装置只能限定在一定范围的问题。考虑用户的隐私权和尽可能减少干扰用户生活方式，穿戴式的装置是目前最适合的一种检测装置。

加速度传感器和倾斜计传感器是目前最常见的用于跌倒检测的穿戴式装置。但主要存在的问题是在发生侧倒或最后不是平躺在地面时的情况判断不太理想。而且穿戴部位往往是头部，颈部，腰部，背部等腰部以上，作为附加装置戴在体外。用户往往需要记住佩戴这些装置。

针对以上问题，本发明提供了一种基于压力传感器的跌倒检测装置。该装置的穿戴式部分设计成鞋垫放置于用户的鞋里，解决了用户容易忘记佩戴该装置的问题。而且继承了穿戴式跌倒检测装置不受地域限制的优点。经该装置仅仅通过采集的压力值便可以判断出跌倒事件。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，用于解决现有技术中用户容易忘记佩戴判断装置的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，所述判断装置包括：

压力采集模块、基于微处理器的数据处理模块、无线通信模块及后台，其中：

所述压力采集模块用于监测足底的压力值信息；

所述基于微处理器的数据处理模块用于对压力采集模块的压力值信息进行处理，获得的压力数据信息；

所述无线通信模块用于将经过基于微处理器的数据处理模块获得的压力数据信息实时地无线传输到后台；

所述后台用于依据所述压力数据信息判断用户是否跌倒。

作为本发明的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置的一种优选方案，所述压力采集模块设置于鞋垫朝向足部的一面。

优选地，所述压力采集模块包括两个压敏电阻，分别设置于鞋垫的前脚掌中部与后脚跟中部。

优选地，所述压力采集模块包括还包括分压器，用于测量所述压敏电阻器的阻值变化，以获取压敏电阻器的压力值与电压之间的关系。

优选地，所述压力值信息为模拟电压信息。

作为本发明的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置的一种优选方案，所述基于微处理器的数据处理模块集成于鞋子上，并通过线路于所述压力采集模块连接。

作为本发明的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置的一种优选方案，所述基于微处理器的数据处理模块包括微处理器、外围元件、以及电源。

作为本发明的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置的一种优选方案，所述无线通信模块包括无线电发射器及接收器，所述无线电发射器与所述基于微处理器的数据处理模块相连，所述接收器与所述后台相连。

作为本发明的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置的一种优选方案，所述后台采用基于支持向量机的跌倒检测方法，以实时地分析步态信息，并判定用户是否跌倒。

作为本发明的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置的一种优选方案，所述后台还连接有警报装置。

如上所述，本发明提供一种基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，所述判断装置包括：压力采集模块、基于微处理器的数据处理模块、无线通信模块及后台，其中：所述压力采集模块用于监测足底的压力值信息；所述基于微处理器的数据处理模块用于对压力采集模块的压力值信息进行处理，获得的压力数据信息；所述无线通信模块用于将经过基于微处理器的数据处理模块获得的压力数据信息实时地无线传输到后台；所述后台用于依据所述压力数据信息判断用户是否跌倒。本发明将主要的模块设置于用户的鞋垫上，克服了用于忘记穿戴的缺点。并且，通过检测并分析研究脚底压力在正常行走和跌倒状态下的变化，可以实现跌倒事件的实时检测，在此基础上，提出基于支持向量机的步态跌倒识别方法。本发明的判断装置的判别具有较高的可靠性和准确性，而且结构简单，容易制造。

附图说明

图1显示为本发明的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置示意图。

图2显示为本发明的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置中的压力采集模块的设置结构示意图。

元件标号说明

10压力采集模块

101鞋垫

102压敏电阻

20基于微处理器的数据处理模块

30无线通信模块

40后台

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1～图2所示，本实施例提供一种基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，所述判断装置包括：

压力采集模块10、基于微处理器的数据处理模块20、无线通信模块30及后台40，其中：

所述压力采集模块10用于监测足底的压力值信息；

所述基于微处理器的数据处理模块20用于对压力采集模块10的压力值信息进行处理，获得的压力数据信息；

所述无线通信模块30用于将经过基于微处理器的数据处理模块20获得的压力数据信息实时地无线传输到后台40；

所述后台40用于依据所述压力数据信息判断用户是否跌倒。

如图2所示，所述压力采集模块10设置于鞋垫101上，并放入鞋子内，由于鞋垫101由较薄的塑胶材料制成，因此，在本实施例中，将所述压力采集模块10设置于朝向足部的一面。所述压力采集模块10包括两个压敏电阻102，分别设置于鞋垫101的前脚掌中部与后脚跟中部。压敏电阻102器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，当电路中压力增大时，其电阻值减小，多用于电路浪涌和瞬变防护电路。所述压力采集模块10包括还包括分压器，用于测量所述压敏电阻102器的阻值变化，以获取压敏电阻102器的压力值与电压之间的关系。作为示例，所述压敏电阻102器的压力值信息为模拟电压信息。

所述基于微处理器的数据处理模块20由一个基于微处理器的电路板组成，包含一个低功率、高性能的8位AVR微处理器、外围元件(电阻、电容等)和电源。采用具有10位分辨率的多个ADC输入通道，将压敏电阻102器产生的模拟电压信息转换为数字数据信息。所述微处理器的时钟频率为8MHz。所有电路的工作电压为5V，由LM78L05分压器和一个7.4V锂电池提供。由于该基于微处理器的数据处理模块20非常简洁轻便，因此，在本实施例中，所述基于微处理器的数据处理模块20可以容易地集成于鞋子上，并通过线路与压力采集鞋垫101模块连接。

所述无线通信模块30包括无线电发射器及接收器，所述无线电发射器与所述基于微处理器的数据处理模块20相连，所述接收器与所述后台40相连。

以往鞋内数据采集系统有两种主要的转换方法：一种是在快闪随机存器中重组原始信息并在步态测试后利用并行端口下载到PC中进行深入研究；另一种方法是将数据通过RS232串行端口直接传输出去。以上两种方法均具有低传输误差，使得研究结果可靠。但上述两种方法均有一定的局限性：第一，不能实时地监测并将脚底的压力反馈给患者；第二，数据采集系统与机间的有线连接使得其在宽敞空间中的步态测试较为困难。

在本实施例中，由于数字信息量小，可以采用高采样率的无线传输方式。因此，本实施例选取低功耗的无线电通信模块。无线电发射器和接收器分别与基于微处理器的数据处理模块20和后台40相连。通信模块的前向纠错处理实现了低误差率，使得整个传输机制可靠。

通过基于压力传感器的步态识别和跌倒判断的硬件装置得到的压力数据无法直接用于判断跌倒，需要进一步的分析处理。数据通过无线通信模块30传到后台40主机之后，后台40主机判断是否跌倒实际上是模式识别的二分类问题。支持向量机、神经网络均可用于模式识别，但与神经网络相比，支持向量机具有更坚实的数学理论基础，可以有效地解决有限样本条件下的高维数据模型构建问题，并具有泛化能力强、收敛到全局最优、维数不敏感等优点。经过后台40基于支持向量机的跌倒检测方法，实时地分析步态信息，判定是否跌倒。因此，在本实施例中，所述后台40采用基于支持向量机的跌倒检测方法，以实时地分析步态信息，并判定用户是否跌倒。

作为示例，所述后台40还连接有警报装置。所述警报装置可以采用多种方式发出警报，包括如警报铃声，警报闪光，警报信息等。

如上所述，本发明提供一种基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，所述判断装置包括：压力采集模块10、基于微处理器的数据处理模块20、无线通信模块30及后台40，其中：所述压力采集模块10用于监测足底的压力值信息；所述基于微处理器的数据处理模块20用于对压力采集模块10的压力值信息进行处理，获得的压力数据信息；所述无线通信模块30用于将经过基于微处理器的数据处理模块20获得的压力数据信息实时地无线传输到后台40；所述后台40用于依据所述压力数据信息判断用户是否跌倒。本发明将主要的模块设置于用户的鞋垫101上，克服了用于忘记穿戴的缺点。并且，通过检测并分析研究脚底压力在正常行走和跌倒状态下的变化，可以实现跌倒事件的实时检测，在此基础上，提出基于支持向量机的步态跌倒识别方法。本发明的判断装置的判别具有较高的可靠性和准确性，而且结构简单，容易制造。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，其特征在于，所述判断装置包括：

压力采集模块、基于微处理器的数据处理模块、无线通信模块及后台，其中：

所述压力采集模块用于监测足底的压力值信息；

所述基于微处理器的数据处理模块用于对压力采集模块的压力值信息进行处理，获得的压力数据信息；

所述无线通信模块用于将经过基于微处理器的数据处理模块获得的压力数据信息实时地无线传输到后台；

所述后台用于依据所述压力数据信息判断用户是否跌倒。

2.根据权利要求1所述的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，其特征在于：所述压力采集模块设置于鞋垫朝向足部的一面。

3.根据权利要求2所述的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，其特征在于：所述压力采集模块包括两个压敏电阻，分别设置于鞋垫的前脚掌中部与后脚跟中部。

4.根据权利要求3所述的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，其特征在于：所述压力采集模块包括还包括分压器，用于测量所述压敏电阻器的阻值变化，以获取压敏电阻器的压力值与电压之间的关系。

5.根据权利要求4所述的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，其特征在于：所述压力值信息为模拟电压信息。

6.根据权利要求1所述的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，其特征在于：所述基于微处理器的数据处理模块集成于鞋子上，并通过线路于所述压力采集模块连接。

7.根据权利要求1所述的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，其特征在于：所述基于微处理器的数据处理模块包括微处理器、外围元件、以及电源。

8.根据权利要求1所述的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，其特征在于：所述无线通信模块包括无线电发射器及接收器，所述无线电发射器与所述基于微处理器的数据处理模块相连，所述接收器与所述后台相连。

9.根据权利要求1所述的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，其特征在于：所述后台采用基于支持向量机的跌倒检测方法，以实时地分析步态信息，并判定用户是否跌倒。

10.根据权利要求1所述的基于微动传感的步态识别和跌倒判断装置，其特征在于：所述后台还连接有警报装置。