CN108961676A - 一种摔倒检测、呼救及定位装置 - Google Patents

Abstract

一种摔倒检测、呼救及定位装置，包括：多功能拐杖以及压力检测鞋垫，其中，所述多功能拐杖包括加速度传感器以及高度传感器；所述压力检测鞋垫包括压力传感器。当所述加速度超过第一阈值、所述高度变化的速率超过第二阈值、所述压力小于所述第三阈值时，检测三者发生的最大时间间隔是否小于第四阈值；若小于第四阈值，则由所述拐杖发出呼救信息和定位信息。本发明的优点是，既可以手动报警，也可以在摔倒时自动触发报警，在自动触发报警过程中，通过根据多种传感器获得的数据对摔倒检测的结果进行判断，从而大大降低了误报警的概率。此外，本发明装置还包括，定位功能、语音功能、收音机功能、储物功能等多种功能，提高了其实用性。

Description

一种摔倒检测、呼救及定位装置

技术领域

本发明涉及智能辅助设备领域，特别是涉及了一种摔倒检测、呼救及定位装置，用于摔倒检测、呼救以及定位。

背景技术

目前，市场上智能拐杖主要有以下三类。第一类为定位拐杖，该产品提供了定位功能，这类产品虽然能及时提供老人所处位置，缺点是无法对意外情况状况进行检测，当发生意外时不能及时给出警报。第二类为多功能定位报警拐杖，这类产品提供了定位和报警功能，当老人感到身体不适时，可手动按下报警开关，通过GSM模块，将报警及定位信息发送给家属，其缺点是如果老人突然晕倒或意外发生时不具备按下紧急开关的能力时，报警功能便失去了作用。第三类为防跌倒智能拐杖，这类产品具有跌倒检测功能，当老人跌倒后，自动触发报警功能，弥补了第二类的产品的不足。然而这类产品中的摔倒检测是根据当人摔倒时拐杖加速度将产生变化的特征，配合加速度传感器、温度传感器和相应的算法，对老人是否跌倒做出判断，其缺点是将传感器都集中在拐杖上，由拐杖的状态来判断老人是否跌倒，容易产生误报警情况。这类产品的变型还包括一种跌倒检测方法，它是将高度传感器放置在腰间，配合拐杖使用，当老人跌倒时，高度降低，而仅当拐杖摔倒，人未摔倒时，高度信息保持不变，因此用高度传感器作为辅助判断依据。但是高度位置是相对变化，当老人在上下楼，或是进行跳跃活动时，也会引起位置的变化，带来误判的可能。鉴于此，本发明将提供了一种智能摔倒检测、呼救及定位装置及其摔倒监测方法，其对摔倒检测更加可靠，具有智能化、结构简单、实时检测运动状态等优点。

发明内容

针对上述内容，本发明公开了一种摔倒检测、呼救及定位装置，包括：多功能拐杖以及压力检测鞋垫，其中所述多功能拐杖包括加速度传感器以及高度传感器；所述压力检测鞋垫包括压力传感器；分别通过所述加速度传感器、所述高度传感器以及所述压力传感器对加速度、高度变化以及压力进行检测；当所述加速度超过第一阈值、所述高度变化的速率超过第二阈值、所述压力小于所述第三阈值时，检测三者发生的最大时间间隔是否小于第四阈值；若小于第四阈值，则检测为摔倒，并由所述拐杖发出呼救信息和定位信息；若大于等于第四阈值，则继续通过所述加速度传感器、所述高度传感器和所述压力传感器对其周围加速度、高度变换速率以及压力进行检测。

优选的，所述第一阈值为加速度向量模阈值、所述第二阈值为高度变化速率阈值、所述第三阈值为压力阈值以及所述第四阈值为时间阈值；所述高度变化速率根据所述高度传感器检测到的高度的变化及其变化的时间获得。

优选的，所述多功能拐杖还包括：控制模块、GPS定位模块、GSM通讯模块、第一蓝牙通讯模块、接近传感器、音响、紧急按钮/报警取消按钮、多功能按钮、指示灯以及第一电池模块，其中，控制模块分别与GPS定位模块、GSM通讯模块、第一蓝牙通讯模块、接近传感器、音响、紧急按钮/报警取消按钮、指示灯以及第一电池模块连接。

更优选的，所述接近传感器根据其感应到接近物体时间的长短，控制所述摔倒检测、呼救及定位装置的开启或关闭。

更优选的，所述音响用于语音提示或作为收音机。

更优选的，所述紧急按钮/报警取消按钮通过其被按下时间的长短，发出报警呼救或取消报警。

更优选的，所述发出报警呼救或取消报警的方法包括：通过长按所述紧急按钮/报警取消按钮进行发出报警呼救；以及当发出报警呼救后再次按下所述紧急按钮/报警取消按钮进行取消报警。

优选的，所述压力检测鞋垫包括：多个压力传感器、第二蓝牙通讯模块以及第二电池模块，其中，所述第二电池模块分别与所述压力传感器以及所述第二蓝牙通讯模块相连，所述压力传感器与所述第二蓝牙通讯模块相互连接。

更优选的，所述多个压力传感器均匀的分布在所述压力检测鞋垫的受力处。

优选的，所述多功能拐杖还包括：小型储物盒以及防滑减震垫。

本发明的优点是，既可以手动报警，也可以在摔倒时自动触发报警，在自动触发报警过程中，利用足底压力变化情况辅助跌倒判断，弥补了仅由拐杖自身状态来判断老人状态的不足，降低了误警的概率；相比于单独使用高度变化的辅助判断，足底压力检测的辅助判断更加可靠，排除了上下楼等情况的干扰；将高度传感器放在拐杖把手上，作为辅助判断之一，弥补了仅仅利用加速度单一量判断拐杖状态的不足。此外，本发明装置还包括，定位功能、语音功能、收音机功能、储物功能等多种功能，提高了其实用性。

附图说明

通过阅读下文具体实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出具体实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明装置的多功能拐杖结构示意图。

图2为本发明装置的压力检测鞋垫结构示意图。

图3为本发明装置系统结构图。

图4为本发明装置的报警功能流程图。

图5为本发明装置的工作状态流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，为本发明装置的多功能拐杖结构示意图。其中，所述多功能拐杖包括，拐杖把手1、指示灯2、接近传感器3、紧急按钮/报警取消按钮/取消报警按钮4、高度传感器5、多功能按钮6、音响7、小型储物盒8、拐杖杆9、数据采集和处理电路10以及拐杖底部减震垫11。多功能拐杖中，所述指示灯为双色指示灯，可以通过颜色以及灯光的闪烁变化对所述多功能拐杖的工作状态、报警状态以及剩余电量等情况进行显示；所述接近传感器根据其感知到接近物质时间的长短控制所述多功能拐杖的开关；所述紧急按钮/报警取消按钮/取消报警按钮根据其按下时间的长短，控制发出紧急报警信息或取消报警，可选的，通过按下5s以上实现紧急报警功能，通过再次按下实现紧急报警的取消；所述多功能按钮的控制功能可以根据需要进行设定，如一键报时、收音机播放等；可选的，通过长按所述多功能按钮实现控制功能的切换，正常起按实现对应功能的开关；所述音响为多功能音响，即可以实现设定或下载音频的播放，也可以实现收音机功能，当其用于音频播放时，可选的，可以用于设定报警音频的播放，以用于求救；数据采集和处理电路为多功能拐杖的核心部分，其包括，控制模块以及与所述控制模块分别连接的GPS定位模块、GMS通讯模块，第一蓝牙通讯模块、三轴加速度传感器以及高度传感器，其中，所述第一蓝牙模块用于与压力检测鞋垫通信或其它蓝牙设备进行数据交换，可选的，通过蓝牙模块获取音频数据；所述控制模块可选的为MCU模块，本发明通过控制模块和与其相连或通信的其它模块共同实现数据的采集、处理以及报警信息的发送等多种操作或功能。

如图2所示，为本发明装置的压力检测鞋垫结构示意图。其中，所述压力检测鞋垫包括，压力检测鞋垫主体12、压力传感器13、第二蓝牙通讯模块14以及第二电池模块15，其中，所述第二电池模块分别与所述压力传感器以及所述第二蓝牙通讯模块相连，所述压力传感器与所述第二蓝牙通讯模块相互连接。所述第二蓝牙模块用于同所述第一蓝牙模块进行通信，从而将所述压力传感器采集到的压力信号发送给多功能拐杖的控制模块；所述多个压力传感器根据脚部的受力情况进行排布，每个压力传感器均与第二蓝牙模块相连，并将其采集的到的压力信号通过第二蓝牙模块进行发送。

如图3所示，为本发明装置系统结构图。本发明装置由两大部分组成，包括，多功能拐杖以及压力检测鞋垫。所述所功能拐杖中，GPS定位模块、GSM通讯模块、第一蓝牙通讯模块、接近传感器、音响、紧急按钮/报警取消按钮、多功能按钮、指示灯以及第一电池模块分别与所述控制模块相连，所述压力检测鞋垫与所述多功能拐杖以蓝牙的方式进行通信。其中，所述控制模块、所述加速度传感器、高度传感器、第一蓝牙模块、GPS定位模块以及GSM通信模块共同组成数据采集和处理电路。上述硬件中，定位模块为GPS定位模块，其用于周期性获取拐杖所在位置信息，当本发明装置无报警产生时，该模块周期性的获取多种能拐杖所在位置信息，并按设定周期，通过GSM通信模块进行发送；当本发明装置产生报警信息后，定位模块则立即或取此时的位置信息，并同报警信息一起发送到远程终端或云端。同时，拐杖手柄上的音响发出求救录音，用于引起附近人群注意。可选的，定位模块可以选用SIM868模块，其可以实现GPS、GLONASSS、BEIDOU三种方式定位，并且其还集成了GSM模块，当在屋内或是GPS信号较弱时，也可采取基站定位方式，弥补室内GPS定位缓慢的不足，从而使得本发明装置的环境适应能力更强。优选的，对于室内外的定位也可以采用GPS与Zigbee模块结合使用。

上述即为本发明的硬件组成及其连接关系，下面将对本发明的摔倒检测方法进行说明。

本发明还公开了一种基于上述装置的摔倒检测方法，包括：设定加速度向量模阈值，压力阈值、高度变化速率阈值以及时间阈值；分别通过所述加速度传感器、所述高度传感器以及所述压力传感器对加速度、高度变化以及压力进行检测；当所述加速度、所述高度变化的速率皆超过所述加速度向量模阈值、所述高度变化速率阈值和所述压力小于所述压力阈值时，检测三者发生的最大时间间隔是否小于所述时间阈值；若小于，则通过GSM通讯模块发出摔倒报警信息和定位信息；若大于等于，则继续通过所述加速度传感器、所述高度传感器和所述压力传感器对其周围加速度、高度变换速率以及压力进行检测。通过分别位于多功能拐杖以及压力检测鞋垫两处的三轴加速度传感器、高度传感器以及多个压力传感器的配合使用，使得本发明对摔倒情况具有更好的检测准确度，并大大避免了误报警情况的发生。

具体的，如图4所示，为本发明装置的报警功能流程图。设定加速度向量模阈值为Q1、压力阈值为Q2、高度变化速率阈值为Q3。如此，达到自动报警条件有四个，条件一为：三轴加速度采集的加速度向量模大于阈值Q1；条件二为：连续5s内压力传感器的压力值小于阈值Q2；条件三：高度传感器测到拐杖把手处在1s内降低高度超过所设阈值H；条件四：条件1、条件2、条件3发生的最大时间间隔在时间阈值T内。其中，条件1、3用于判断拐杖的状态，条件2用于判断老人的运动状态，条件4用于判断拐杖和老人状态改变的时机是否符合跌倒特征。只有当这四个条件均满足时，才会触发自动报警功能。当老人正常行走过程中，多功能拐杖中的加速度传感器实时获取拐杖三轴方向运动加速度数据信息，生成实时加速度向量模，同时鞋垫底部的压力传感器采集底部的压力信息，并通过蓝牙将数据发送给位于多种能拐杖中的控制模块MCU。MCU对收到的信息进行暂存并根据所获得的加速度数据、压力数据以及高度数据进行分析判断是否需要发出报警。此外，本发明装置还可通过紧急按钮/报警取消按钮进行手动报警，从而用于针对它不良状况的呼救支持，可选的，通过长时间(如3s以上)按下，从而发出报警呼救信息，此时按钮作为紧急按钮使用；通过再次按下该按钮，执行报警取消操作，此时该按钮作为报警取消按钮使用。需说明的是，上述条件一、条件二以及条件三的发生并无先后关系，图4中所示的条件判断顺序仅为说明报警功能发生的过程，实际上只需要所述条件一、条件二以及条件三发生，且三者发生的最大时间间隔满足所述条件4即可触发报警动作。

图5为本发明装置的工作状态流程图。本发明装置通过采用接近传感器实现自动开关机操作。其自动开启过程为，位于拐杖手柄处的接近感应器实时检测是否有物体靠近拐杖把手处，当未使用拐杖时，由于未检测到有手掌的靠近，多功能拐杖继续保持睡眠状态，状态指示灯熄灭。当老人用手握住拐杖手柄时，接近感应器检测到手掌靠近，状态指示灯点亮。当接近传感器检测物体接近时间持续5s及以上时(时间可视情况而设定)，数据采集电路和控制电路被激活进入工作模式，状态指示灯由持续点亮切换到周期性亮灭，提示系统处于正常运行状态；若接近传感器检测物体接近持续时间小于5s是，则表明此时不是正常使用拐杖，因此，此时数据采集电路和控制电路将不会运行。其自动关闭过程为，当接近传感器持续30s未检测到有物体靠近，且未发生报警行为时，则系统自动进入睡眠关闭状态。上述对本发明的装置及方法进行了阐述，下面将通过实施例对本发明的优点及工作过程进行说明。

根据本发明有以下几点需要说明：

1、所述压力检测鞋垫中的压力传感器与所述多功能拐杖的连接也可以采用其他无线方式进行通信，如WiFi模块以及上述中提到的Zigbee模块等。

2、所述压力检测鞋垫的主要部分为其信号采集、控制与发送硬件模块，其不限于置于鞋垫内，应理解为可用于配合多功能拐杖、实现摔倒检测的任意位置。

3.数据采集和控制系统中，除了所述加速度传感器可以通过增加陀螺仪进行辅摔倒检测，用以达到更好的检测效果。

实施例一、正常步行

当正常步行时，通过加速度传感器检测到的加速度向量模不会超过预先阈值Q1，压力传感器受到足底周期性的压力，且其压力值大于阈值Q2，因此不会自动报警。

实施例二、摔倒过程

当老人摔倒时，拐杖随之处于倒落状态，实时加速度向量模超过阈值Q1，高度变化速率超过阈值Q3，足底压力检测值趋于零，小于阈值Q2，此时上述三个过程的最大时间间隔小于阈值时间T，从而达到跌倒报警条件，触发模块自动报警功能。

实施例三、多功能拐杖脱手摔倒

当仅有多功能拐杖脱手摔倒时，实时加速度向量模超过阈值Q1，高度变化速率超过阈值Q3，但由于老人仍处于站立或步行状态，足底压力传感器检测到压力值大于Q2，因此不能达到跌倒报警条件。

实施例四、坐下休息

当老人坐下双脚悬空时，足底压力传感器检测到压力值接近0，小于阈值Q2，但实时加速度向量模和高度变化速率均为超过其设定阈值，因此也不会触发报警。

实施例五、坐车

当老人坐车时，在汽车启动瞬间加速度向量模可能会超过阈值Q1、足底压力阈值小于Q2但高度变化速率阈值小于Q3，因此，此时将不会产生报警。

实施例六、突发情况

当老人遇见突发情况，如心脏病复发时，其可以通过长按位于多功能拐杖手柄处的紧急按钮/报警取消按钮进行发送报警信息和位置信息，并通过多功能拐杖中的音响发出求救语音，如通过求救语音告知路人位于多功能拐杖储物盒中的药物信息以及服用剂量信息等。

实施例七

在上述发明装置的基础上，可选的，所述多功能拐杖手柄处的接近传感器也可以替换为压力传感器，通过对压力的感知，实现所述控制电路的睡眠或工作的切换；优选的，所述多功能拐杖手柄处的接近传感器也可以替换为心率传感器，通过对心率的感知，实现所述控制电路的睡眠或工作的切换，并且可以通过所述GSM模块将所述心率传感器感知到的心率发送给远程终端。用于实现对老人的健康监测。此外，还可以在多功能拐杖手柄处增加温度传感器，用于实时感知使用者的体温，并将体温信息通过GSM模块发送给远程终端，实现对使用者体温的监测。

实施例八

所述高度传感器可以为气压传感器、超声波传感器或红外传感器等，分别通过对气压或距离的检测、实现对高度的判断。

实施例九

所述多功能拐杖中还可以加入硬件如照明灯，加入控制功能如吃药提醒等，用于增加其使用性和实用性。

以上，仅为本发明示例性的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种摔倒检测、呼救及定位装置，其特征在于，包括：多功能拐杖以及压力检测鞋垫，其中所述多功能拐杖包括加速度传感器以及高度传感器；所述压力检测鞋垫包括压力传感器；

分别通过所述加速度传感器、所述高度传感器以及所述压力传感器对加速度、高度变化以及压力进行检测；

当所述加速度超过第一阈值、所述高度变化的速率超过第二阈值、所述压力小于所述第三阈值时，检测三者发生的最大时间间隔是否小于第四阈值；

若小于第四阈值，则检测为摔倒，并由所述拐杖发出呼救信息和定位信息；

若大于等于第四阈值，则继续通过所述加速度传感器、所述高度传感器和所述压力传感器对其周围加速度、高度变换速率以及压力进行检测。

2.根据权利要求1所述的摔倒检测、呼救及定位装置、其特征在于，所述第一阈值为加速度向量模阈值、所述第二阈值为高度变化速率阈值、所述第三阈值为压力阈值以及所述第四阈值为时间阈值；所述高度变化速率根据所述高度传感器检测到的高度的变化及其变化的时间获得。

3.根据权利要求1所述的摔倒检测、呼救及定位装置、其特征在于，所述多功能拐杖还包括：控制模块、GPS定位模块、GSM通讯模块、第一蓝牙通讯模块、接近传感器、音响、紧急按钮/报警取消按钮、多功能按钮、指示灯以及第一电池模块，其中，控制模块分别与GPS定位模块、GSM通讯模块、第一蓝牙通讯模块、接近传感器、音响、紧急按钮/报警取消按钮、指示灯以及第一电池模块连接。

4.根据权利要求3所述的摔倒检测、呼救及定位装置、其特征在于，所述接近传感器根据其感应到接近物体时间的长短，控制所述摔倒检测、呼救及定位装置的开启或关闭。

5.根据权利要求3所述的摔倒检测、呼救及定位装置、其特征在于，所述音响用于语音提示或作为收音机。

6.根据权利要求3所述的摔倒检测、呼救及定位装置、其特征在于，所述紧急按钮/报警取消按钮通过其被按下时间的长短，发出报警呼救或取消报警。

7.根据权利要求6所述的摔倒检测、呼救及定位装置、其特征在于，所述发出报警呼救或取消报警的方法包括：

通过长按所述紧急按钮/报警取消按钮进行发出报警呼救；以及

当发出报警呼救后再次按下所述紧急按钮/报警取消按钮进行取消报警。

8.根据权利要求1所述的摔倒检测、呼救及定位装置、其特征在于，所述压力检测鞋垫包括：多个压力传感器、第二蓝牙通讯模块以及第二电池模块，其中，所述第二电池模块分别与所述压力传感器以及所述第二蓝牙通讯模块相连，所述压力传感器与所述第二蓝牙通讯模块相互连接。

9.根据权利要求8所述的摔倒检测、呼救及定位装置、其特征在于，所述多个压力传感器均匀的分布在所述压力检测鞋垫的受力处。

10.根据权利要求1所述的摔倒检测、呼救及定位装置、其特征在于，所述多功能拐杖还包括：小型储物盒以及防滑减震垫。