CN111311877A - 一种基于姿态角的摔倒检测定位方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于姿态角的摔倒检测定位方法和装置，包括分别嵌套在手腕、脚腕上的佩戴带，所述佩戴带上方固定有姿态角采集模块，所述姿态角采集模块设置有四个，所述姿态角采集模块与总控采集模块通过无线信号传输，所述总控采集模块与无线信号接收模块进行远程无线信号传输，所述无线信号接收模块与手机接收终端通过电性连接，所述总控采集模块采用两半式塑性壳体组成，所述塑性壳体后方设置有卡槽，所述卡槽嵌套在皮带上，准确重现人体摔倒轨迹，确保不会出现误判，采用多级判断，进一步确保不会出现误判，摔倒及时控制蜂鸣器、报警灯启动，方便路人进行及时救援，同时，远程通知其家属摔倒地址，确认人员生命安全。

Description

一种基于姿态角的摔倒检测定位方法和装置
技术领域
本发明涉及摔倒检测定位技术领域，具体是一种基于姿态角的摔倒检测定位方法和装置。
背景技术
老年人属于易摔倒人群，老年人摔倒具有很高的死亡率、住院率，为人民带来了巨大的经济及社会负担，研究表明，在我国65岁以上的老年人中，有相当一部分人曾经摔倒过，且摔倒的发生率随着年龄的增长而升高，因而及时地救助摔倒的老年人将大大降低伤残率和死亡率。
现有技术中，对于人体摔倒检测，从硬件上一般分为基于视觉和基于穿戴式传感器两种。其中，基于视觉进行人体摔倒检测的方法容易受到外界环境的影响而导致检测数据不准确，比如受到光照条件、遮挡物和摄像机质量等的影响，另外，由于摄像机监控区域有限，被监测的老人的活动范围有限，采用基于穿戴式传感器，往往发明设计不科学，实现短距离无线通信时，无法保证信号接收准确，大多采用单个传感器进行检测，容易造成误判，同时，无法准确重现人体摔倒轨迹，进一步提高误判，没有采用多级判断，进一步会出现误判，摔倒及时无法及时就近响应，不方便路人进行及时救援。
针对现有装置存在的弊端进行改进，现在提供一种基于姿态角的摔倒检测定位方法和装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于姿态角的摔倒检测定位方法和装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于姿态角的摔倒检测定位方法和装置，包括分别嵌套在手腕、脚腕上的佩戴带，所述佩戴带上方固定有姿态角采集模块，所述姿态角采集模块设置有四个，所述姿态角采集模块与总控采集模块通过无线信号传输，所述总控采集模块与无线信号接收模块进行远程无线信号传输，所述无线信号接收模块与手机接收终端通过电性连接。
作为本发明进一步的方案：所述总控采集模块采用两半式塑性壳体组成，所述塑性壳体后方设置有卡槽，所述卡槽嵌套在皮带上，所述塑性壳体前端面左右两侧分别安装有蜂鸣器、报警灯，所述塑性壳体内部固定有单片机A、ZigbeeA、加速度采集模块、存储器、惯量传感器A、稳压降压输出5V模块A、定位模块，所述塑性壳体左侧外壁通过螺钉连接有无线信号发射模块，所述塑性壳体右侧外壁通过螺钉固定有复位按钮。
作为本发明进一步的方案：所述单片机A分别与蜂鸣器、报警灯、ZigbeeA、无线信号发射模块、加速度采集模块、存储器、惯量传感器A、复位按钮，定位模块通过电性连接，所述稳压降压输出5V模块A分别与蜂鸣器、报警灯、单片机A、ZigbeeA、无线信号发射模块、加速度采集模块、存储器、惯量传感器A、复位按钮、定位模块通过电源线连接。
作为本发明进一步的方案：所述姿态角采集模块包括与ZigbeeA通过无线信号传输的ZigbeeB，所述ZigbeeB与单片机B通过电性连接，所述单片机B与惯量传感器B通过电性连接，所述稳压降压输出5V模块B分别与ZigbeeB、单片机B、惯量传感器B通过电源线连接。
作为本发明进一步的方案：所述无线信号发射模块与无线信号接收模块通过无线信号传输。
作为本发明进一步的方案：所述单片机A、单片机B均采用STC15F2K60S2。
作为本发明进一步的方案：所述稳压降压输出5V模块A、稳压降压输出5V模块B均采用B10MC34063集成电路。
作为本发明进一步的方案：所述单片机A设置有虚拟现实构建系统软件，所述虚拟现实构建系统软件是基于MicrosoftStudio软件开发平台，使用VC++和OpenGL开发编写了一款动作捕捉系统的数据处理系统，实现了人体运动的捕获和重现功能，该数据处理装置基本实现了人体运动监控的功能。
作为本发明进一步的方案：首先人员佩戴好总控采集模块、姿态角采集模块，人员在摔倒过程中，加速度采集模块获取人体合加速度，并传输至单片机A中，并判断合加速度是否大于加速度设定值,若是，通过无线信号发射模块与无线信号接收模块通过无线信号传输，单片机A读取当前手腕、脚腕惯量传感器B中数据，并将腰部的惯量传感器A读取至单片机A中，通过虚拟现实构建系统软件实现当前的人体运动的捕获，判断是否跌倒，判断跌倒后，单片机A读取定位模块当前位置，并控制蜂鸣器、报警灯启动，方便路人进行及时救援，通过无线信号发射模块与无线信号接收模块的传输，将信号发送至手机终端上显示，通知其家属地点进行救援，老人在确认无碍后，可按下复位按钮，蜂鸣器、报警灯关闭。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：发明结构新颖，设计科学，采用ZigBee技术，实现短距离、低功耗的无线通信技术，保证信号接收准确，采用多个惯性传感器进行检测，所述虚拟现实构建系统软件是基于MicrosoftStudio软件开发平台，使用VC++和OpenGL开发编写了一款动作捕捉系统的数据处理系统，实现了人体运动的捕获和重现功能，该数据处理装置基本实现了人体运动监控的功能，准确重现人体摔倒轨迹，确保不会出现误判，采用多级判断，进一步确保不会出现误判，摔倒及时控制蜂鸣器、报警灯启动，方便路人进行及时救援，同时，远程通知其家属摔倒地址，确认人员生命安全。
附图说明
图1为现有技术的框架结构示意图。
图2为本发明的人体穿戴后结构示意图。
图3为本发明中人体加速度坐标系结构示意图。
图4为本发明的局部结构示意图。
图5为本发明中姿态角采集模块结构示意图。
其中：总控采集模块1、佩戴带2、姿态角采集模块3、无线信号接收模块4、手机接收终端5；
蜂鸣器101、报警灯102、单片机A103、ZigbeeA104、无线信号发射模块105、加速度采集模块106、存储器107、惯量传感器A108、稳压降压输出5V模块A109、复位按钮110、定位模块111；
ZigbeeB301、单片机B302、惯量传感器B303、稳压降压输出5V模块B304。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-5，本发明实施例中，一种基于姿态角的摔倒检测定位方法和装置，包括分别嵌套在手腕、脚腕上的佩戴带2，方便人员佩戴取下，不影响人员日常活动，所述佩戴带2上方固定有姿态角采集模块3，所述姿态角采集模块3设置有四个，对人体手腕、脚腕进行惯量采集，所述姿态角采集模块3与总控采集模块1通过无线信号传输，所述总控采集模块1用于加速度信号采集、惯量数据处理，位置信号采集、并进行逻辑判断，所述总控采集模块1与无线信号接收模块4进行远程无线信号传输，用于摔倒的信息远程通知其家属，所述无线信号接收模块4与手机接收终端5通过电性连接，人员家属通过手机接收终端5读取摔倒位置信息。
所述总控采集模块1采用两半式塑性壳体组成，所述塑性壳体后方设置有卡槽，所述卡槽嵌套在皮带上，方便人员佩戴拆卸，所述塑性壳体前端面左右两侧分别安装有蜂鸣器101、报警灯102，用于摔倒后，通知周围路人进行及时救援，所述塑性壳体内部固定有单片机A103、ZigbeeA104、加速度采集模块106、存储器107、惯量传感器A108、稳压降压输出5V模块A109、定位模块111，所述加速度采集模块106用于加速度的采集，所述惯量传感器A108用于人员腰部惯量采集，定位模块111用于定位当前位置信息，所述塑性壳体左侧外壁通过螺钉连接有无线信号发射模块105，所述塑性壳体右侧外壁通过螺钉固定有复位按钮110，老人在确认无碍后，可按下复位按钮110，蜂鸣器101、报警灯102关闭。
所述单片机A103分别与蜂鸣器101、报警灯102、ZigbeeA104、无线信号发射模块105、加速度采集模块106、存储器107、惯量传感器A108、复位按钮110，定位模块111通过电性连接，所述稳压降压输出5V模块A109分别与蜂鸣器101、报警灯102、单片机A103、ZigbeeA104、无线信号发射模块105、加速度采集模块106、存储器107、惯量传感器A108、复位按钮110、定位模块111通过电源线连接。
所述姿态角采集模块3包括与ZigbeeA104通过无线信号传输的ZigbeeB301，所述ZigbeeB301与单片机B302通过电性连接，所述单片机B302与惯量传感器B303通过电性连接，所述惯量传感器B303读取人员手腕、脚腕的惯量信息，所述稳压降压输出5V模块B304分别与ZigbeeB301、单片机B302、惯量传感器B303通过电源线连接。
所述无线信号发射模块105与无线信号接收模块4通过无线信号传输，将摔倒及摔倒地点信息发送至手机终端5。
所述单片机A103、单片机B302均采用STC15F2K60S2。
所述稳压降压输出5V模块A109、稳压降压输出5V模块B304均采用B10MC34063集成电路。
实施例2
所述单片机A103设置有虚拟现实构建系统软件，所述虚拟现实构建系统软件是基于MicrosoftStudio软件开发平台，使用VC++和OpenGL开发编写了一款动作捕捉系统的数据处理系统，实现了人体运动的捕获和重现功能，该数据处理装置基本实现了人体运动监控的功能。
首先人员佩戴好总控采集模块1、姿态角采集模块3，人员在摔倒过程中，加速度采集模块106获取人体合加速度，并传输至单片机A103中，并判断合加速度是否大于加速度设定值,若是，通过无线信号发射模块105与无线信号接收模块4通过无线信号传输，单片机A103读取当前手腕、脚腕惯量传感器B303中数据，并将腰部的惯量传感器A108读取至单片机A103中，通过虚拟现实构建系统软件实现当前的人体运动的捕获，判断是否跌倒，判断跌倒后，单片机A103读取定位模块111当前位置，并控制蜂鸣器101、报警灯102启动，方便路人进行及时救援，通过无线信号发射模块105与无线信号接收模块4的传输，将信号发送至手机终端5上显示，通知其家属地点进行救援，老人在确认无碍后，可按下复位按钮110，蜂鸣器101、报警灯102关闭。
本发明的工作原理是：首先人员佩戴好总控采集模块1、姿态角采集模块3，人员在摔倒过程中，加速度采集模块106获取人体合加速度，并传输至单片机A103中，并判断合加速度是否大于加速度设定值,若是，通过无线信号发射模块105与无线信号接收模块4通过无线信号传输，单片机A103读取当前手腕、脚腕惯量传感器B303中数据，并将腰部的惯量传感器A108读取至单片机A103中，通过虚拟现实构建系统软件实现当前的人体运动的捕获，判断是否跌倒，判断跌倒后，单片机A103读取定位模块111当前位置，并控制蜂鸣器101、报警灯102启动，方便路人进行及时救援，通过无线信号发射模块105与无线信号接收模块4的传输，将信号发送至手机终端5上显示，通知其家属地点进行救援，老人在确认无碍后，可按下复位按钮110，蜂鸣器101、报警灯102关闭。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种基于姿态角的摔倒检测定位装置，包括分别嵌套在手腕、脚腕上的佩戴带(2)，其特征在于，所述佩戴带(2)上方固定有姿态角采集模块(3)，所述姿态角采集模块(3)设置有四个，所述姿态角采集模块(3)与总控采集模块(1)通过无线信号传输，所述总控采集模块(1)与无线信号接收模块(4)进行远程无线信号传输，所述无线信号接收模块(4)与手机接收终端(5)通过电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于姿态角的摔倒检测定位装置，其特征在于，所述总控采集模块(1)采用两半式塑性壳体组成，所述塑性壳体后方设置有卡槽，所述卡槽嵌套在皮带上，所述塑性壳体前端面左右两侧分别安装有蜂鸣器(101)、报警灯(102)，所述塑性壳体内部固定有单片机A(103)、ZigbeeA(104)、加速度采集模块(106)、存储器(107)、惯量传感器A(108)、稳压降压输出5V模块A(109)、定位模块(111)，所述塑性壳体左侧外壁通过螺钉连接有无线信号发射模块(105)，所述塑性壳体右侧外壁通过螺钉固定有复位按钮(110)。
3.根据权利要求2所述的基于姿态角的摔倒检测定位装置，其特征在于，所述单片机A(103)分别与蜂鸣器(101)、报警灯(102)、ZigbeeA(104)、无线信号发射模块(105)、加速度采集模块(106)、存储器(107)、惯量传感器A(108)、复位按钮(110)，定位模块(111)通过电性连接，所述稳压降压输出5V模块A(109)分别与蜂鸣器(101)、报警灯(102)、单片机A(103)、ZigbeeA(104)、无线信号发射模块(105)、加速度采集模块(106)、存储器(107)、惯量传感器A(108)、复位按钮(110)、定位模块(111)通过电源线连接。
4.根据权利要求1所述的基于姿态角的摔倒检测定位装置，其特征在于，所述姿态角采集模块(3)包括与ZigbeeA(104)通过无线信号传输的ZigbeeB(301)，所述ZigbeeB(301)与单片机B(302)通过电性连接，所述单片机B(302)与惯量传感器B(303)通过电性连接，所述稳压降压输出5V模块B(304)分别与ZigbeeB(301)、单片机B(302)、惯量传感器B(303)通过电源线连接。
5.根据权利要求2所述的基于姿态角的摔倒检测定位装置，其特征在于，所述无线信号发射模块(105)与无线信号接收模块(4)通过无线信号传输。
6.根据权利要求1所述的基于姿态角的摔倒检测定位装置，其特征在于，所述单片机A(103)、单片机B(302)均采用STC15F2K60S2。
7.根据权利要求2所述的基于姿态角的摔倒检测定位装置，其特征在于，所述稳压降压输出5V模块A(109)、稳压降压输出5V模块B(304)均采用B10MC34063集成电路。
8.根据权利要求2所述的基于姿态角的摔倒检测定位装置，其特征在于，所述单片机A(103)设置有虚拟现实构建系统软件，所述虚拟现实构建系统软件是基于MicrosoftStudio软件开发平台，使用VC++和OpenGL开发编写了一款动作捕捉系统的数据处理系统，实现了人体运动的捕获和重现功能，该数据处理装置基本实现了人体运动监控的功能。
9.一种权利要求1所述的基于姿态角的摔倒检测定位装置的检测定位方法，其特征在于，首先人员佩戴好总控采集模块(1)、姿态角采集模块(3)，人员在摔倒过程中，加速度采集模块(106)获取人体合加速度，并传输至单片机A(103)中，并判断合加速度是否大于加速度设定值,若是，通过无线信号发射模块(105)与无线信号接收模块(4)通过无线信号传输，单片机A(103)读取当前手腕、脚腕惯量传感器B(303)中数据，并将腰部的惯量传感器A(108)读取至单片机A(103)中，通过虚拟现实构建系统软件实现当前的人体运动的捕获，判断是否跌倒，判断跌倒后，单片机A(103)读取定位模块(111)当前位置，并控制蜂鸣器(101)、报警灯(102)启动，方便路人进行及时救援，通过无线信号发射模块(105)与无线信号接收模块(4)的传输，将信号发送至手机终端(5)上显示，通知其家属地点进行救援，老人在确认无碍后，可按下复位按钮(110)，蜂鸣器(101)、报警灯(102)关闭。
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