CN110047248A - 一种基于可穿戴的老人跌倒检测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可穿戴的跌倒检测方法及装置，包括以下步骤：1.通过三轴加速度传感器检测人体运动状态信息，判断老人是否处于非跌倒行为；2.通过气压计来判断人体的高度变化，结合加速度计判断人体是否有类跌倒行为；3.通过九轴传感器检测的姿态角结合气压计检测的人体高度差来判断是否有跌到行为。所述的可穿戴的跌到检测装置包括传感器模块、控制器、定位模块、报警模块、无线通信模块。本发明通过传感器模块检测老人的状态，出现异常情况可以定位，报警通知监护人，使老人可以得到及时的救治，避免其他二次伤害。

Description

一种基于可穿戴的老人跌倒检测方法及设备

技术领域

本发明涉及养老领域和电子设备领域，具体涉及一种基于可穿戴的老人跌倒检测报警的方法及设备。

背景技术

世界各国，尤其是发展中的国家，都面临一个共同的课题：人口老龄化。截至2018年底，我国60周岁及以上人口为2.49亿人，占总人口的17.9％，其中65周岁及以上人口约为1.67亿人，占总人口的11.9％。一般认为60岁及以上老年人口数占人口总数达到10％，即意味着进入老龄化社会。我国从1999年进入老龄化社会到2018年，老年人口净增长近2亿。近三年来平均每年新增老年人口900万人，其中2017年新增老年人口首次超过1000万，说明我国老龄化程度仍在快速提升。我国已进入人口快速老龄化时期。

在我国传统的养老方式主要为两种，家庭养老方式和机构养老方式。由于我国执行的计划生育政策，从那时起大部分家庭的孩子都是独生子女，经过几十年的发展，该政策导致我国大部分家庭结构发生了变化。一种“4-2-1”的新型家庭模式已经成为我国主流的家庭模式。“4-2-1”家庭模式指一个家庭，有4位老人，一对夫妻和一个孩子，夫妻二人需要同时照顾四位老人和一个孩子，压力非常大。我国的养老机构水平参差不齐，高端养老机构管理水平较高，设备先进，但是收费较高，大部分工薪家庭无法承担高端养老院的费用。而一般的养老院管理水平相对较低，看护人员数量少、水平有限，使得老人无法享受到优质的看护服务，家人对一般养老院的非常不放心，无法知道老人是否得到了应有的照顾，大部分人对于普通养老院的认同度低，大部分的家庭还是处于家庭养老。由于社会迅速的发展和城市化的快速推进，大部分的年轻人都选择去大城市发展，同时年轻人因为工作原因无法时时刻刻的陪伴在老人身边，出现了许多独居老人，这样使得家人非常不放心老人在独居时的安全问题。

跌倒是指任何原因引起的非故意、不自主的体位突然改变而倒在地上或其他更低平面上的意外事件。我国每年至少有2000万老年人发生2500万次跌倒，直接医疗费用在50亿元人民币以上，社会代价为160—800亿元人民币。老人跌倒风险作为一个公共健康问题已成为老年人独立生活的一个严重障碍，跌倒是老年人伤害死亡的重要因素。WHO统计，80岁以上的老年人中跌倒比列高达48％，在65岁以上老年人急诊病例中10％-18％都是源于跌倒。跌倒也是老年人意外伤害的主要原因，老年人意外伤害导致骨折，跌倒致骨折后的并发症将危及生命，70％跌倒与老年人的死亡相关。老人在跌倒后会造成身体和精神双重伤害，造成生活质量下降，失去了独立生活能力甚至死亡，同时老人发生跌倒引起的伤害对个人、家庭和社会都带来了极大的负担。在信息技术与社会各领域深度融合的今天，随着以网络化、物联化、智能化为特征的新一代信息技术的迅速发展，利用现有的技术来预防老人因发生跌倒而导致的危险，所以设计一种基于可穿戴的老人跌倒检测识别报警设备可以一定程度的避免老人因跌倒引起的二次伤害，提升老人的生活质量。

发明内容

当前我国独居老人数量增加明显，独居老人发生跌倒后可能会发生严重的危险情况，为了解决独立生活的老人发生跌倒后可能会发生危险的情况，本发明设计提出了一种基于老人日常行为分类的跌倒检测设备，可以在老人发生跌倒危险后及时的通知监护人得到救治。

本发明的技术方案：为了实现上述目的，本次发明提出了一种用于老人跌倒检测设备，包括微控制器，九轴运动传感器模块，气压计模块，无线通信模块，报警模块，定位模块，和后台PC端上位机软件。所述的九轴运动传感器模块、数字气压传感器模块、报警模块、无线通信模块和定位模块与微控制器相连接；所述的九轴运动传感器模块包括3轴加速度计、3轴陀螺仪和3轴磁力计，用来检测老人的运动状态，通过SPI将运动状态发送到微微控制器上；所述的数字气压传感器模块用来采集气压数据，通过SPI将采集到的气压数据发送到微控制器上，微控制器将被采集的气压数据进行转换，用于检测人体的高度；所述的定位模块采用的是GPS定位，通过UART与微控制器连接，用来采集老人的地理位置信息；所述的无线通信模块用来将老人的地理位置信息以短信的形式发送到监护人的手机上，

当微控制器检测到有跌倒行为时，将GPS检测到的地理位置信息通过短信发送到监护人的手机上；所述报警模块通过SPI与微控制器连接，当微控制器检测出老人发生跌倒状态时，立刻进行蜂鸣器报警功能；所述微控制器采用的是意法半导体的STM32系列，通过SPI总线协议接口与九轴运动传感器模块、数字气压传感器模块、定位模块相连，同时微控制器通过UART接口与定位模块和无线通信模块相连；微控制器从传感器中获取运动数据、气压值、温度值以及其他补偿数据，当微控制器判断老人发生跌倒后触发报警模块进行蜂鸣器报警，同时将定位模块采集的地理位置信息通过无线通信模块发送到监护人的手机上，及时的通知家人进行救护。

所述的一种用于老人跌倒检测设备，将老人的日常行为分为三类：非跌倒行为、类跌倒行为和跌倒行为。所述的非跌倒行为包括：慢速行走，站立不动，正常行走。所述的类跌倒行为包括：蹲下，坐下，起立，弯腰，慢跑，上楼梯，下楼梯。所述的跌倒行为包括有前倾跌倒，后倾跌倒，后仰跌倒。

所述的一种基于可穿戴的老人跌倒检测的方法，包括如下步骤：

非跌倒行为判断步骤：九轴运动传感器对老人的运动状态进行检测，利用九轴运动传感器内部的三轴加速度计检测出来人体的运动加速度的变化来进行判断。三轴加速度计检测的加速度分别为X轴上的加速度为a_x,Y轴上的加速度为a_y，Z轴上的加速度a_z，则合加速度为可以得到人体运动速度v＝∫acc，通过对老人日常的非跌倒行为速度进行训练可以得到非跌倒行为速度的最大值,所以如果检测的加速度低于设定的阈值，判断老人处于非跌倒状态；

所述[0008]中加速度计检测的加速度如果大于设定的阈值，则进行类跌倒行为判断；

所述的类跌倒行为判断步骤：九轴传感器检测到的加速度值大于设定的阈值时，数字气压传感器模块将实时的气压数据P_H发送到微控制器，和上一次T₀时刻监测的气压值P₀进行对比,得到的气压差值为ΔP。通过标准气压下高度的计算公式可以得到高度差值ΔH。得出的差值与设定的高度差阈值进行对比判断，判断老人是否处于类跌倒行为状态；

如果高度差值大于设定的高度差阈值，老人可能会发生跌倒危险，进行跌到行为判断；

所述的跌倒行为判断步骤：当高度差值高于设定的阈值则进行陀螺仪欧拉角的转换计算，欧拉角值低于设定的阈值则判断返回所述[0008]重新检测加速度值；如果欧拉角值高于设定阈值则再次检测高度差，如果高度差高于设定阈值则判断发生跌倒行为，立即报警对发生跌倒行为的老人进行救助；

有益效果：本发明是一种基于老人日常行为分类的跌倒检测设备，包括微控制器、九轴运动传感器、数字气压计、报警器，无线通信模块，定位模块，当老人发生跌倒状态时可以及时的触发蜂鸣器报警，提醒周围的人进行及时的救治帮助，同时还可以将发生跌倒的老人位置信息通过短信发送到监护人的移动设备上，通知监护人及时的来救助老人，避免了老人因跌倒发生的二次伤害。同时本发明具有低功耗、低成本、方便佩戴的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明

图1所示的是一种用于老人跌倒检测的可穿戴设备的结构示意图，本发明的跌倒检测可穿戴设备包括控制器模块、九轴运动传感器模块、气压计模块、报警模块、无线通信模块，定位模块，和后台PC端上位机软件。所述九轴传感器模块包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计，通过SPI与微控制器连接，用来采集老人的运动状态；所述数字气压计模块通过SPI与微控制器连接，微控制器将数字气压计采集检测到的气压数据转换成高度，用来检测人体高度值；所述报警模块通过SPI与微控制器连接，当检测出老人发生跌倒状态时，立刻激活报警模块启动蜂鸣器报警，提醒周围的人老人发生跌倒需要救助，防止老人受到其他伤害；所述的定位模块用于采集老人的地理位置信息；所述的无线通信定位模块用于老人发生跌倒后，将定位模块检测到老人的地理位置信息通过短信发送到监护人的手机上。

本发明的一种用于老人跌倒检测的可穿戴设备属于一种可穿戴设备，老人可以随身穿戴。九轴运动传感器和数字气压计将检测到的信号数据传递到微控制器，当微控制器识别判断老人发生跌倒行为后，触发报警模块进行蜂鸣器报警，提醒周围的人老人需要帮助，对老人进行及时的救助，同时微控制器将定位模块采集的老人地理位置信息通过无线通信模块以短信的形式发送到监护人的手机上，使家人第一时间获知老人跌倒的位置信息，可以及时救助老人，避免老人发生其他二次伤害。

Claims (6)

1.一种基于可穿戴的老人跌倒检测方法及设备，其中包括微控制器、九轴运动传感器模块、气压计模块、报警模块、定位模块、无线通信模块和后台PC端上位机软件；其特征在于：所述的九轴运动传感器模块、数字气压传感器模块、报警模块与控制器相连接；

所述的九轴运动传感器模块包括3轴加速度计、3轴陀螺仪和3轴磁力计，用来采集老人的运动状态，通过SPI将运动状态发送到微控制器上；

所述数字气压传感器模块用来采集气压数据，通过SPI将采集到的气压数据发送到微控制器上，微控制器将被采集的气压数据进行转换，用于检测人体的高度；

所述的定位模块采用的是GPS模块，用来采集老人的地理位置信息；

所述的无线通信模块用于将地理位置信息以短信的形式发送到监护人的手机上，及时通知家人进行救护；

所述报警模块通过SPI与微控制器连接，当微控制器检测出老人发生跌倒状态时，蜂鸣器立刻产生报警声进行报警功能，提醒周围的人老人发生跌倒，使跌倒的老人可以得到及时的救护，避免老人发生二次伤害或者因救助不及时而导致的危险；

所述微控制器采用的是意法半导体的STM32系列，微控制器通过SPI总线协议接口与九轴运动传感器模块、数字气压传感器模块和报警模块相连，微控制器通过UART接口与定位模块和无线通信模块相连，从传感器中获取运动数据、气压值、温度值以及其他补偿数据，微控制器判断老人发生跌倒后触发报警模块进行蜂鸣器报警，同时将定位模块采集的地理位置信息通过无线通信模块发送到监护人的手机上，及时通知家人进行救护。

2.如权利要求1所述的一种基于可穿戴的老人跌到检测方法及设备，其特征是根据老人的日常行为分类进行检测判断是否有跌倒行为发生。

3.如权利要求2所述的日常行为分类，其特征在于将老人的日常行为分为三类，分别是非跌倒行为、类跌倒行为和跌倒行为；非跌倒行为主要包括慢速行走、站立不动、正常行走等行为；类跌倒行为主要包括蹲下、坐下、起立、弯腰、慢跑、上楼梯、下楼梯等行为；跌到行为主要包括前倾跌倒、后倾跌倒、后仰跌倒、侧向跌倒等行为。

4.所述一种基于可穿戴的老人跌倒检测方法，包括如下步骤：

如权利要求1所述的一种老人跌倒检测设备，该设备应该放置在老人的腰间；

步骤一：老人将装置放置腰间，权利要求1所述的设备通过九轴传感器实时对老人的运动状态进行检测，三轴加速度计检测的加速度分别为X轴上的加速度为a_x,Y轴上的加速度为a_y，Z轴上的加速度a_z，则合加速度为人体运动速度可以得到v＝∫acc，通过对老人日常的非跌倒行为速度进行训练可以得到非跌倒行为速度的最大值v_max,所以如果检测的加速度低于设定的阈值，判断老人处于非跌倒状态；

步骤二：如果步骤一检测的加速度高于设定的阈值，数字气压传感器模块将实时的气压数据P_H发送到微控制器，和上一次T₀时刻监测的气压值P₀进行对比,得到的气压差值为ΔP；通过标准气压下高度的计算公式可以得到高度差值ΔH，得出的差值与设定的高度差阈值进行对比判断，判断老人是否处于类跌倒行为状态；

步骤三：如步骤二所述如果高度差值低于设定的阈值，则老人处于类跌倒行为状态；

步骤四：如步骤二所述如果高度差值高于设定的阈值，判断可能发生跌倒危险，进行欧拉角的检测判断；

步骤四：如步骤三所述检测判断处于类跌倒行为时，将三轴磁力计检测的磁场向量和三轴陀螺仪检测的角速度进行四元数姿态解析求出欧拉角的值，所述的欧拉角包括横滚角、俯仰角和自转角；如果欧拉角低于设定的阈值则返回重新开始步骤一的检测；

步骤五：如步骤三所述检测的欧拉角值高于设定的阈值则判断老人发生跌倒行为；

步骤六：如步骤五所述判断老人发生跌到行为后，蜂鸣器立即报警对发生跌倒行为的老人进行救助；

步骤七：如步骤五所述判断老人发生跌到行为后，微控制器将定位模块检测到的地理位置信息通过短信发送到监护人的手机上。

5.如权利要求4所述的老人日常行为分类的跌倒检测方法，其特征在于：设定的加速度阈值、高度差阈值根据实验数据样本训练所得。

6.如权利要求1所述的后台PC端上位机软件，其特征在于对老人日常行为的数据检测数据进行训练，设置合理的阈值。