CN108389363A - 一种基于足部压力分布的跌倒预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于足部压力分布的跌倒预警系统，其特征在于：包括设于智能可穿戴鞋垫上的用于检测、处理、传送足部压力信号和加速度信号的左脚检测模块和右脚检测模块，以及设于腰部的用于采集腰部加速度信号和分析处理来自左脚检测模块、右脚检测模块的足部压力信号、加速度信号的腰间检测模块；所述左脚检测模块、右脚检测模块分别与腰间检测模块通信连接。本发明提出一种基于足部压力分布的跌倒“事前预警”方案，实现老年人跌倒的预报，从而从根本上减少老年人因跌倒造成的伤害或死亡。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于足部压力分布的跌倒预警系统。
背景技术
现有的老人跌倒预警技术大多都是事后检测即跌倒发生后的检测、发现和报告，主要分为以下三类：
1.基于视频技术的跌倒检测。这种检测技术准确率高，但不能保护老人的隐私，并且安装不方便价格较贵，不能做到全程全方位，受环境光线影响较大，只能在室内和开阔区域布置摄像头。
2.基于声学的跌倒检测。这种检测技术受到检测地点的影响较大，而且摔倒后老年人不一定有能力发出满足要求的声音幅度和发音时长。基于视频技术的跌倒检测与基于声学的跌倒检测主要采用模式识别方法进行跌倒判别。
3.基于佩戴式传感器的跌倒检测系统。这种检测技术将微处理器以及微型传感器等嵌入到可穿戴的设备中，实时监测人体的各种活动状态，当人体的运动状态发生变化并引起相关运动参数发生改变时，微处理器通过跌倒检测算法判断是否发生了跌倒事件，其主要采用基于步态和阈值的判别方法。这种方法较前两种具有更大的优势。
这些技术本质上都是“事后预警”而不是“事前预警”，对老年人跌倒的伤害难以降低或者预防，社会现实意义非常局限。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种基于足部压力分布的跌倒预警系统；该系统提出一种基于足部压力分布的跌倒“事前预警”方案，实现老年人跌倒的预报，从而从根本上减少老年人因跌倒造成的伤害或死亡。
为了达到上述目的，本发明一种基于足部压力分布的跌倒预警系统，包括设于智能可穿戴鞋垫上的用于检测、处理、传送足部压力信号和加速度信号的左脚检测模块和右脚检测模块，以及设于腰部的用于采集腰部加速度信号和分析处理来自左脚检测模块、右脚检测模块的足部压力信号、加速度信号的腰间检测模块；所述左脚检测模块、右脚检测模块分别与腰间检测模块通信连接。
优选地，所述左脚检测模块和右脚检测模块上分别设有用于提供电源并进行电源节能管理的足部电池与电源管理模块，用于检测足部加速度信号的足部IMU传感器，用于检测足部压力信号的压力传感器，用于信号调节的信号调节模块，用于把信号发送到腰间检测模块的足部无线通信模块，以及足部微处理器；所述足部电池与电源管理模块、足部IMU传感器、压力传感器、信号调节模块、足部无线通信模块与足部微处理器电连接。
优选地，所述腰间检测模块上设有用于接收来自左脚检测模块和右脚检测模块信号的腰部无线通信模块，用于检测腰部加速度信号的腰部IMU传感器，用于提供电源并进行电源节能管理的腰部电池与电源管理模块，用于对数据进行存储的数据存储模块，用于对数据进行分析处理的腰部处理器，以及还包括报警模块、Bluetooth/Wifi模块和GSM模块；所述腰部无线通信模块、腰部IMU传感器、腰部电池与电源管理模块、数据存储模块、报警模块、Bluetooth/Wifi模块、GSM模块与腰部处理器电连接。
人体足底压力分布特征是揭示步态规律的重要指标之一，利用这些信息可以对人体生理疾病做出合理的预测和解释。足底压力的大小与分布反映了人体腿足部结构及功能等信息，通过对足底力学分布特征的分析可以揭示人体的步态规律，为研究足部的结构、功能和运动姿态控制提供有用的信息。通过合理的传感器布置和数据融合可以获取人体的步态的特征信息。由于人体跌倒前总是有一个渐变的过程，主要表现在步态不稳，严重的会出现明显的跌跌撞撞。这种步态不稳反映在信号上就是足部压力信号的急剧变化。
左脚检测模块和右脚检测模块主要用来检测双脚足部压力和加速度（IMU）信号，并将数据上传至腰间检测模块。腰间检测模块除了采集腰部的加速度信号外，一个重要的功能就是分析左脚检测模块和右脚检测模块发送过来的足部压力信号和加速度信号，通过信号处理方法，绘制出对应的足部压力图，从而根据足部压力图的变化来做出跌倒“事前预警”的判断。
本发明提出一种基于足部压力分布的跌倒“事前预警”方案，实现老年人跌倒的预报，从而从根本上减少老年人因跌倒造成的伤害或死亡。
附图说明
图1位本发明的结构原理框图。
其中，1为左脚检测模块，11为足部电池与电源管理模块，12为足部IMU传感器，13为压力传感器，14为信号调节模块，15为足部无线通信模块，16为足部微处理器，2为右脚检测模块，21为足部电池与电源管理模块，22为足部IMU传感器，23为压力传感器，24为信号调节模块，25为足部无线通信模块，26为足部微处理器，3为腰间检测模块，31为腰部无线通信模块，32为腰部IMU传感器，33为腰部电池与电源管理模块，34为数据存储模块，35为报警模块，36为Bluetooth/Wifi模块，37为GSM模块，38为腰部处理器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
参照图1，本发明实施例一种基于足部压力分布的跌倒预警系统，包括设于智能可穿戴鞋垫上的用于检测、处理、传送足部压力信号和加速度信号的左脚检测模块1和右脚检测模块2，以及设于腰部的用于采集腰部加速度信号和分析处理来自左脚检测模块1、右脚检测模块2的足部压力信号、加速度信号的腰间检测模块3；所述左脚检测模块1、右脚检测模块分别2与腰间检测模块3通信连接。
所述左脚检测模块1和右脚检测模块2上分别设有用于提供电源并进行电源节能管理的足部电池与电源管理模块，用于检测足部加速度信号的足部IMU传感器，用于检测足部压力信号的压力传感器，用于信号调节的信号调节模块，用于把信号发送到腰间检测模块的足部无线通信模块，以及足部微处理器；所述足部电池与电源管理模块、足部IMU传感器、压力传感器、信号调节模块、足部无线通信模块与足部微处理器电连接。具体为左脚检测模块1上设有足部电池与电源管理模块11，足部IMU传感器12，压力传感器13，信号调节模块14，足部无线通信模块15，足部微处理器16；右脚检测模块2上设有足部电池与电源管理模块21，足部IMU传感器22，压力传感器23，信号调节模块24，足部无线通信模块25，足部微处理器26。
所述腰间检测模块3上设有用于接收来自左脚检测模块1和右脚检测模块2信号的腰部无线通信模块31，用于检测腰部加速度信号的腰部IMU传感器32，用于提供电源并进行电源节能管理的腰部电池与电源管理模块33，用于对数据进行存储的数据存储模块34，用于对数据进行分析处理的腰部处理器38，以及还包括报警模块35、Bluetooth/Wifi模块36和GSM模块37；所述腰部无线通信模块31、腰部IMU传感器32、腰部电池与电源管理模块33、数据存储模块34、报警模块35、Bluetooth/Wifi模块36、GSM模块37与腰部处理器38电连接。
左脚检测模块1和右脚检测模块2主要用来检测双脚足部压力和加速度（IMU）信号，并将数据上传至腰间检测模块3。腰间检测模块3除了采集腰部的加速度信号外，一个重要的功能就是分析左脚检测模块1和右脚检测模块2发送过来的足部压力信号和加速度信号，通过信号处理方法，绘制出对应的足部压力图，从而根据足部压力图的变化来做出跌倒“事前预警”的判断。
左脚检测模块1和右脚检测模块2主要是完成数据的采集以及数据的处理，其中压力传感器是用来检测老人行走时对鞋底的压力值，信号调节模块是对压力值进行信号处理，IMU传感器主要是用来检测和测量加速度信号，足部微处理器是对压力值数据和加速度信号进行一个处理，而无足部线通信模块的作用是用来与腰间检测模块3做一个无线传输，将测量的数据传入到腰间检测模块做最后的数据分析与识别。
腰间检测模块3的主要功能是完成数据的最后分析与识别，并完成反馈。其中的腰部无线通信模块是与左脚检测模块1、右脚检测模块2进行通信，接收它们发过来的数据，GSM模块主要功能是通过移动互联网络进行远程数据传输，Bluetooth/wifi模块是接收打包好的数据，数据存储模块的作用是将所有数据进行一个保存，以便可以对所有的数据进行分析，报警模块的作用是当后台分析发现数据异常后，可以开启报警以提示老人有跌倒的可能。
本实施例根据跌倒检测算法的要求和功耗的取舍，首选用NRF52832低功耗处理器芯片，其自带DSP引擎可以为多种算法移植提供基础；并且采用电源节能管理，解决当MCU进入低功耗，外设耗电问题。
本发明提出一种基于足部压力分布的跌倒“事前预警”方案，实现老年人跌倒的预报，从而从根本上减少老年人因跌倒造成的伤害或死亡。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于足部压力分布的跌倒预警系统，其特征在于：包括设于智能可穿戴鞋垫上的用于检测、处理、传送足部压力信号和加速度信号的左脚检测模块和右脚检测模块，以及设于腰部的用于采集腰部加速度信号和分析处理来自左脚检测模块、右脚检测模块的足部压力信号、加速度信号的腰间检测模块；所述左脚检测模块、右脚检测模块分别与腰间检测模块通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于足部压力分布的跌倒预警系统，其特征在于：所述左脚检测模块和右脚检测模块上分别设有用于提供电源并进行电源节能管理的足部电池与电源管理模块，用于检测足部加速度信号的足部IMU传感器，用于检测足部压力信号的压力传感器，用于信号调节的信号调节模块，用于把信号发送到腰间检测模块的足部无线通信模块，以及足部微处理器；所述足部电池与电源管理模块、足部IMU传感器、压力传感器、信号调节模块、足部无线通信模块与足部微处理器电连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于足部压力分布的跌倒预警系统，其特征在于：所述腰间检测模块上设有用于接收来自左脚检测模块和右脚检测模块信号的腰部无线通信模块，用于检测腰部加速度信号的腰部IMU传感器，用于提供电源并进行电源节能管理的腰部电池与电源管理模块，用于对数据进行存储的数据存储模块，用于对数据进行分析处理的腰部处理器，以及还包括报警模块、Bluetooth/Wifi模块和GSM模块；所述腰部无线通信模块、腰部IMU传感器、腰部电池与电源管理模块、数据存储模块、报警模块、Bluetooth/Wifi模块、GSM模块与腰部处理器电连接。
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Publications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110363959A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-10-22 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于足底压力和三轴加速度传感器的摔倒判定方法 |
| CN111938654A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-11-17 | 华南师范大学 | 足态测试方法、系统、可穿戴设备及存储介质 |
| CN114271578A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-05 | 杭州电子科技大学 | 一种可检测脚步混乱的智能鞋及检测方法 |
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