CN105769210A - 一种可穿戴式家居人体姿态检测物联终端 - Google Patents

一种可穿戴式家居人体姿态检测物联终端 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可穿戴式家居人体姿态检测物联终端，其特征在于：包括用于采集并发送人体姿态数据信息的姿态检测节点，姿态检测节点与上位机之间通过ZigBee无线串口通信，上位机通过互联网与远程云端服务平台双向通讯，所述姿态检测节点内设置可穿戴在人体各个身体部位上的多个传感器信号采集模块。本发明采用了三轴加速度传感器、三轴角速度传感器和陀螺仪，通过这些传感器采集到的信息，进行数据预处理、时域分析、频域分析，实现对人体家居姿态即走路、站立、坐姿的检测；依托上位机将采集信息传送到远程云端服务平台，通过云服务器支持大数据管理，实现对数据进行检测分析反馈，达到对人体姿态的一种干预并给出改善意见。

Description

一种可穿戴式家居人体姿态检测物联终端
技术领域
本发明涉及人体居家运动姿态信息检测技术领域，尤其是一种可穿戴式家居人体姿态检测物联终端。
背景技术
随着社会的发展，人们的生活水平不断提高，人们越来越注重自身的身体健康，尤其是青少年的体质健康问题。现在的青少年，由于不正确的坐姿、走路姿态导致脊柱、肩椎等多处发生病变。
目前，人体家居姿态检测的手段主要有视频识别即图像分析和加速度分析等，其中，视频识别的成本较高，且图片分析的算法复杂，系统庞杂，实时性差；加速度分析算法相对简便，系统小，实时性好。现在国内对利用加速度信号研究人体姿态识别和分类的相关理论研究较多，但这些理论大多仅仅是检测姿态，并没有构成一个物联网，对姿态实行干预和建议。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实时获取人体居家运动姿态信息，经过远程云服务平台处理，推送健康姿态调整建议并对人体姿态行为进行干预的可穿戴式家居人体姿态检测物联终端。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种可穿戴式家居人体姿态检测物联终端，包括用于采集并发送人体姿态数据信息的姿态检测节点，姿态检测节点与上位机之间通过ZigBee无线串口通信，上位机通过互联网与远程云端服务平台双向通讯，所述姿态检测节点内设置可穿戴在人体各个身体部位上的多个传感器信号采集模块。
所述姿态检测节点包括传感器信号采集模块、微处理器、ZigBee通信模块和声光预警模块，传感器信号采集模块的输出端与微处理器的输入端相连，微处理器通过ZigBee通信模块与上位机双向通讯，微处理器的输出端与声光预警模块的输入端相连。
所述传感器信号采集模块由三轴加速度传感器、三轴角速度传感器和陀螺仪组成，三者的输出端均与微处理器的输入端相连。
所述姿态检测节点穿戴在人体的手臂、腰部和腿部上，其个数为5个。
由上述技术方案可知，本发明采用了三轴加速度传感器、三轴角速度传感器和陀螺仪，通过这些传感器采集到的信息，进行数据预处理、时域分析、频域分析，实现对人体家居姿态即走路、站立、坐姿的检测；依托上位机将采集信息传送到远程云端服务平台，通过云服务器支持大数据管理，实现对数据进行检测分析反馈，达到对人体姿态的一种干预并给出改善意见；可以对人体姿态进行初步识别，结合上位机对数据阈值的分析识别出人体是否处于跌倒状态，再通过声光预警模块实现预警功能。
附图说明
图1是本发明的系统组成框图；
图2是本发明的传感器信号采集模块布置示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种可穿戴式家居人体姿态检测物联终端，包括用于采集并发送人体姿态数据信息的姿态检测节点1，姿态检测节点1与上位机2之间通过ZigBee无线串口通信，上位机2通过互联网与远程云端服务平台3双向通讯，所述姿态检测节点1内设置可穿戴在人体各个身体部位上的多个传感器信号采集模块。
如图1所示，所述姿态检测节点1包括传感器信号采集模块、微处理器、ZigBee通信模块和声光预警模块，传感器信号采集模块的输出端与微处理器的输入端相连，微处理器通过ZigBee通信模块与上位机2双向通讯，微处理器的输出端与声光预警模块的输入端相连。所述传感器信号采集模块由三轴加速度传感器、三轴角速度传感器和陀螺仪组成，三者的输出端均与微处理器的输入端相连。三轴加速度传感器和三轴角速度传感器用来检测人体部位静止和运动时的倾斜度和加速度的变化，通过多轴向加速度输出变化确定动作幅度和角度变化，从而确定人体静止和运动时的倾斜度和加速度的变化，并以数字信号的方式输出；声光预警模块可以对人体姿态进行提醒纠正，也识别出老人跌倒发出语音提醒。
如图2所示，所述姿态检测节点1穿戴在人体的手臂、腰部和腿部上，其个数为5个，每个节点都包含传感器信号采集模块、微处理器、ZigBee通信模块和声光预警模块，将5个检测节点装置分别放置于人体左右上臂、腰部、左右大腿、左右小腿位置来跟踪人体姿态，构成一个比较完整的躯干姿态跟踪系统。传感器信号采集模块可以设计轻薄柔软的帮带，将传感器节点安装在各帮带与人体接触的外层中。
现今医院有大量脊柱侧弯的患者，他们在步态周期上的反应表明：髓关节、膝关节、跺关节的运动遵循正常的生理模式，但躯干在横截面内旋转运动出现了明显的不对称现象，地面反作用力在垂直轴的分力也显现出了不平衡,最大的失平衡是躯干上部在额状面内的失平衡,而且在骨盆处也出现了代偿性的不平衡旋转。针对以上研究，不难看出，脊柱侧凸患者在行走步态上必然存在明显不对称性，这一点有助于我们从步态特征上对存在脊柱侧凸趋势的青少年人群进行筛查并及时干预，因此建立一个具有实时的人体家居姿态检测系统既可以检测人体姿态是否正确健康，也可以给出相应的建议。此外，随着人口老龄化程度不断加深，老年人居家安全问题也成为人们关注的焦点。可穿戴式的人体姿态检测可以实现老年人跌倒预警功能，有助于家人及时发现并给予老人及时的帮助。
本发明依托上位机2将采集信息传送到远程云服务平台，通过云服务器支持大数据管理，对数据进行检测分析反馈，达到对人体姿态的一种干预。这种人体姿态检测物联终端不仅可以检测青少年坐姿、站姿、行走姿态是否对骨骼发育有影响并通过云平台及时给青少年相关建议，还可以实现家人跌倒预警，尤其是针对老年人。云端服务器运行大型数据库，通过开放接口供网络用户使用，得到云平台反馈给用户的建议和运动处方。
传感器信号采集模块将采集的信息传送到上位机2时，上位机2编程软件可以设置人体姿态在不同状态下的提醒阈值；姿态检测节点1中的微处理器也可以通过编程对数据进行预处理。
三轴加速度传感器、三轴角速度传感器共同检测肢体姿态，获取运动数据，发送给微处理器，微处理器对信号进行滤波、放大后，通过串口发送到上位机2，上位机2运行一套模型算法，对接收到的多个节点数据进行整合分析，得出当前运动姿态等级，当出现摔倒风险等级时通过声光预警模块进行提示。远程云端服务平台3作为远程数据中心，一方面提供数据库接口供上位机2连接，实现用户数据的管理，另一方面可大量储存运动数据，对个人姿态信息进行长期跟踪，通过身体姿态的监测，分析健康状况以及相关慢病的趋势。
本系统姿态检测分别在身体的五个部分安装姿态检测节点1：左右小臂、左右膝关节，腰部，每个姿态检测节点1均封装于小型电路屏蔽盒内，整体尺寸不大于8cm*6cm*4cm。屏蔽盒通过绑带形式固定于身体，实现可穿戴。帮带采用柔软面料轻薄舒适不会妨碍人体正常运动。小臂绑带长12-25cm（可调节），宽3cm，腰部帮带长65-100cm(可调节)，宽4cm；大腿部位帮带,25-40cm(可调节)，宽3cm，帮带材质要求防水、柔软、舒适。
综上所述，本发明采用了三轴加速度传感器、三轴角速度传感器和陀螺仪，通过这些传感器采集到的信息，进行数据预处理、时域分析、频域分析，实现对人体家居姿态即走路、站立、坐姿的检测；依托上位机2将采集信息传送到远程云端服务平台3，通过云服务器支持大数据管理，实现对数据进行检测分析反馈，达到对人体姿态的一种干预并给出改善意见；可以对人体姿态进行初步识别，结合上位机2对数据阈值的分析识别出人体是否处于跌倒状态，再通过声光预警模块实现预警功能。

Claims (4)

1.一种可穿戴式家居人体姿态检测物联终端，其特征在于：包括用于采集并发送人体姿态数据信息的姿态检测节点（1），姿态检测节点（1）与上位机（2）之间通过ZigBee无线串口通信，上位机（2）通过互联网与远程云端服务平台（3）双向通讯，所述姿态检测节点（1）内设置可穿戴在人体各个身体部位上的多个传感器信号采集模块。
2.根据权利要求1所述的可穿戴式家居人体姿态检测物联终端，其特征在于：所述姿态检测节点（1）包括传感器信号采集模块、微处理器、ZigBee通信模块和声光预警模块，传感器信号采集模块的输出端与微处理器的输入端相连，微处理器通过ZigBee通信模块与上位机（2）双向通讯，微处理器的输出端与声光预警模块的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的可穿戴式家居人体姿态检测物联终端，其特征在于：所述传感器信号采集模块由三轴加速度传感器、三轴角速度传感器和陀螺仪组成，三者的输出端均与微处理器的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的可穿戴式家居人体姿态检测物联终端，其特征在于：所述姿态检测节点（1）穿戴在人体的手臂、腰部和腿部上，其个数为5个。
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