CN111436943B - 一种非接触式浴室跌倒检测监护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非接触式浴室跌倒检测监护系统及方法，包括服务端及若干个用于安装在浴室的检测终端；所述检测终端包括检测件，所述检测件与处理器连接，所述处理器通过网络模块与服务端连接；检测件能够将检测信号传输给处理器，处理器能够根据接收的信号判断是否处于跌倒状态；所述服务端被配置为：网络检测线程、初始化设置线程、数据接收线程、数据分析存储线程，本发明的检测监护系统采用非接触式检测，且系统稳定性、可靠性高。

Description

一种非接触式浴室跌倒检测监护系统及方法

技术领域

本发明涉及跌倒检测技术领域，具体涉及一种非接触式浴室跌倒 检测监护系统及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现 有技术。

随着社会老龄化的不断发展，预期到2030年空巢老年人家庭的 比例将达到90％，届时我国老年人家庭将空巢化。据统计，在65岁 以上的孤寡、独居老年人群中，每年有超过1/3的人都有跌倒经历， 2/3老年人意外死亡都是由跌倒引起的，而在75岁以上老人中这个比 例更是高达70％。而跌倒最常发生的地点就是熟悉的家中客厅、卧室 及浴室，尤其在沐浴时经常由于地面湿滑而摔倒，而孤寡、独居老人 在摔倒后无法及时求助，从而造成更大程度的伤害。

目前跌倒检测技术主要分为三类：基于视频图像的跌倒检测，发 明人发现，该方法不足之处在于它不能保证用户的隐私安全；基于声 学信号的跌倒检测，发明人发现，该方式安装复杂且前期投入比较大， 易受外界干扰准确率不高；基于穿戴式装置的跌倒检测，发明人发现， 此种方式需要用户实时贴身佩戴，对人体自由活动有一定的影响，有 时用户可能忘记携带导致无法检测，尤其在沐浴时，用户佩戴不方便。 综上所述，上述三种检测方式都不适合在浴室跌倒检测中推广应用。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种非接触式浴室 跌倒检测监护系统，能够快速识别孤寡、独居老人浴室跌倒状态并及 时发出预警信息，它具有易用、安全、使用舒适等优点，适用于家庭、 机构、社区等养老模式，提升老年人生活的安全性和健康性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种非接触式浴室跌倒检测监 护系统，包括服务端及若干个用于安装在浴室的检测终端；

所述检测终端包括检测件，所述检测件与处理器连接，所述处理 器通过网络模块与服务端连接；检测件能够将检测信号传输给处理 器，处理器能够根据接收的信号判断使用人员是否处于跌倒状态；

所述服务端被配置为：

网络检测线程：用于实时检测与服务端连接的检测终端，获取终 端标识符，建立在线连接列表；

初始化设置线程：用于一次性加载配置文件，完成参数初始化、 检测终端配置任务；

数据接收线程：用于通过两个缓冲区交替接收若干检测终端上传 的数据帧；

数据分析存储线程：用于解析缓冲区数据，分段截取出若干检测 终端上传的数据帧并在单个数据帧中提取出检测终端的检测信息；

第二方面，本发明的实施例提供了一种非接触式浴室跌倒检测监 护系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：检测终端与服务端建立无线通信连接；

步骤2：服务端利用网络检测线程获取与服务端建立连接的检测 终端标识符，建立在线连接列表；

步骤3：服务端遍历在线连接列表中检测终端信息，一次性加载 配置文件，完成参数初始化、检测终端配置；

步骤4：全部检测终端配置完成后，服务端利用数据接收线程通 过两个缓冲区交替接收若干检测终端的处理器上传的数据帧；

步骤5：当缓冲区接收的数据长度达到设定长度后，服务端利用 数据分析存储线程将缓冲区数据分段截取出若干单个检测终端的数 据帧并在单个数据帧中提取字段信息并存储；

若检测终端连续两次发送给服务端处于跌倒状态的信号，则自动 匹配该检测终端绑定的初始化参数信息启动浴室跌倒报警，否则不进 行浴室跌倒报警。

本发明的有益效果：

1.本发明的检测监护系统，采用非接触进行，对人体自由活动无 影响，无需采集图像，能够保护用户的隐私安全，且仅具有服务端和 检测终端，检测终端只需要处理器、检测件及网络模块，系统使用的 元件简单，安装方便，能够快速识别孤寡、独居老人浴室跌倒状态并 及时发出预警信息，它具有易用、安全、使用舒适等优点，适用于家 庭、机构、社区等养老模式，提升老年人生活的安全性和健康性。

2.本发明的检测监护系统的工作方法，采用双缓冲区接收技术， 多线程处理技术，提升了对若干检测终端海量数据并行接收、处理的 效率，避免了传输过程中的数据堵塞、丢包问题，保证了系统稳定性、 可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步 理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对 本申请的限定。

图1为本发明实施例1的系统结构框图；

图2为本发明实施例1检测终端输出的浴室突然跌倒信号；

图3为本发明实施例1检测终端输出的浴室跌倒后静止不动信 号；

图4为本发明实施例1服务端配置文件示意图；

图5为本发明实施例1服务端接收的数据帧示意图；

图6为本发明实施例2监护系统工作流程图。

其中，1.检测终端，2.多普勒雷达，3.处理器，4.网络模块， 5.路由器，6.服务端，7.网络检测线程，8.初始化配置线程，9.数据 接收线程，10.数据分析存储线程，11.心跳检测线程。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一 步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本 申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式， 而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除 非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外， 还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括” 时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字 样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限 定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示 所指的设备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。

正如背景技术所介绍的，现有的防跌倒检测监护系统不适合在浴 室跌倒检测中推广应用，针对上述问题，本申请提出了一种非接触式 浴室跌倒检测监护系统。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1所示，一种非接 触式浴室跌倒检测监护系统，包括若干个检测终端1、一个服务端6；

所述检测终端1安装在浴室中，包括多普勒雷达2、处理器3、 网络模块4；

所述多普勒雷达2为K波段多普勒雷达，输出两路正交回波信 号；

如图2所示，所述处理器3采样K段多普勒雷达输出的回波信 号，做FFT变换后得到低频和高频信号；

所述处理器3提取的低频、高频信号与预先设定阈值比较，判断 出检测对象是否处于跌倒状态。

所述网络模块4用于连接服务端路由器5，通过网络实现数传功 能；所述网络模块4与服务端6网络为局域网时，网络模块4采用 WiFI模块；网络模块4与服务端6网络为广域网时，网络模块采用 GPRS模块。

在本实施例中，检测终端安装在浴室无淋浴头的一侧墙面上，安 装高度为距离地面2-3米；多普勒雷达采用24G波段多普勒传感器， 处理器采用STM32单片机，网络模块选用USR-C210系列WiFi模块， 其中，处理器通过自带的内部AD与多普勒传感器相连，WiFi模块通 过串口与处理器连接。

所述服务端6配置有网络检测线程7、初始化配置线程8、数据 接收线程9、数据分析存储线程10、心跳检测线程11。

所述网络检测线程7用于实时检测与服务端连接的检测终端，获 取终端标识符，建立在线连接列表。

所述初始化设置线程8用于一次性加载*txt配置文件，完成参数 初始化、检测终端配置任务。

所述数据接收线程9用于通过两个缓冲区交替接收若干检测终 端上传的数据帧。

所述数据分析存储线程10用于解析缓冲区数据，分段截取出若 干检测终端上传的数据帧并在单个数据帧中提取出检测终端的检测 信息。

所述心跳检测线程11实时监测在线连接列表中的检测终端在设 定时间内有无更新状态，若没有则判定检测终端已经宕机或者数据检 测传输异常，启动故障报警。

如图3所示，所述*.txt配置文件的每行字段信息以逗号为分隔 符，以回车换行为结束符，包含序号、检测终端ID、低频信号阈值、 高频信号阈值、老人姓名、年龄、性别、住址、监护人电话等字段信 息。

如图4所示，所述数据帧包含帧头、检测终端ID、浴室状态、 检测时间、帧尾。

本实施例的检测监护系统，采用非接触进行，对人体自由活动无 影响，无需采集图像，能够保护用户的隐私安全，且仅具有服务端和 检测终端，检测终端只需要处理器、检测件及网络模块，系统使用的 元件简单，安装方便，能够快速识别孤寡、独居老人浴室跌倒状态并 及时发出预警信息，它具有易用、安全、使用舒适等优点，适用于家 庭、机构、社区等养老模式，提升老年人生活的安全性和健康性。

实施例2:

本实施例公开了一种实施例1所述的非接触式浴室跌倒检测监 护系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：运行服务端，检测终端上电启动后，与服务端建立无线 通信连接，本实施例中，检测终端与服务端建立Socket连接。

步骤2：服务端启动网络检测线程，获取与服务端建立连接的检 测终端标识符，建立在线连接列表；

其具体步骤为：

步骤2.1：服务端实时监测与之连接的检测终端。

步骤2.2：服务端通过Socket套接字获取检测终端的IP地址，连 接序号等标识符信息，建立检测终端在线连接列表。

步骤2.3：当监测到检测终端与服务端连接断开时，服务端自动 删除在线连接列表中对应的检测终端信息。

步骤3：服务端遍历在线连接列表中检测终端信息，一次性加载 *.txt配置文件，完成参数初始化、检测终端配置，设定检测终端状态 更新时间为8秒；

步骤3.1：服务端遍历在线连接列表中检测终端信息，获取每个 检测终端的连接序号、IP地址；

步骤3.2：加载有固定格式的*.txt配置文件；

步骤3.3：从*.txt配置文件第k行中提取出序号、检测终端ID、 低频信号阈值、高频信号阈值、姓名、性别、年龄、住址、监护人电 话等字段信息，其中初始化k＝1；

步骤3.4：上述字段信息以序号为主键匹配在线连接列表中连接 序号为k的检测终端，添加更新该终端的其余字段内容；

步骤3.5：服务端发送连接序号为k的检测终端参数设置指令完 成检测终端ID、低频信号阈值、高频信号阈值参数配置；

步骤3.6：服务端发送连接序号为k的检测终端重置指令，检测 终端重新启动后返回参数配置结果；

步骤3.7：若结果为err则配置失败，则重复步骤3.5-步骤3.6； 若结果为ok配置成功，执行下一步；

步骤3.8：继续读取*.txt配置文件第k+1行内容，重复执行步骤 3.3-步骤3.7，直至读取到配置文件最后一行，循环结束，参数初始化 结束。

步骤4：全部连接终端配置完成后，服务端给在线连接列表中检 测终端同步发送数据采集指令，同时启动数据接收线程、心跳检测线 程、数据分析存储线程；

服务端利用数据接收线程通过两个缓冲区交替接收若干检测终 端上传的数据帧，直至缓冲区的数据字节长度达到设定长度，当接收 的数据字节达到设定长度后，服务端对缓冲区数据启动数据分析存储 线程；

其具体步骤为：

步骤4.1：定义数组Buf1，Buf2作为两个缓冲区用于存储检测 终端上传的数据帧，缓冲区字节长度为L，定义全局变量C，用于接 收的数据计数，初始化C＝0。

步骤4.2：数据接收线程判断检测终端上传数据的帧头、帧尾、 数据长度符合数据帧格式时，将该数据帧存入Buf1中，C变量累加 计数；当C>＝L时，将Buf1存入的数据开始数据分析存储线程工作， 全局变量C置0，缓冲区Buf2数据清空。

步骤4.3：数据接收线程判断检测终端上传数据帧的帧头、帧尾、 长度符合数据帧协议格式时，将该数据帧存入Buf2中，C变量累加 计数；当C>＝L时，将Buf2存入的数据开始数据分析存储线程工作， 全局变量C置0，缓冲区Buf2数据清空。

步骤4.4：重复步骤4.2-步骤4.3，若干个检测终端检测得到的数 据帧利用数据接收线程交替送入两个缓冲区中。

步骤5：当缓冲区接收的数据字节长度达到设定长度后，数据分 析存储线程将缓冲区数据分段截取出若干单个检测终端的数据帧并 在单个数据帧中提取出检测终端ID、浴室状态、检测时间等字段信 息并存储；

具体步骤为：

步骤5.1：在缓冲区Buf1或Buf2中从首字符位置开始查找结束 符“\r\n”，记录第i个结束符在缓冲区中的位置信息存储在数组Pose1[i] 中，直至查找到缓冲区最后字符，查找结束，其中初始化i＝0；

步骤5.2：依次分段截取Buf1[Pose1[i+1]]与Buf1[Pose1[i]]或 Buf2[Pose1[i+1]]与Buf2[Pose1[i]]之间的字符并赋值给单个检测终端 数据帧数组Data[i]；

步骤5.3：在数组Data[i]中从首字符位置查找分隔符”,”，记录 第j个分隔符在数据帧中的位置信息存储在数组Pose2[j]中，直至查 找到数据帧最后字符，查找结束，其中初始化j＝0；

步骤5.4：依次提取出Data[Pose2[j+1]]与Data[Pose2[j]]之间的数 值，一一对应该检测终端数据帧的帧头、检测终端ID、浴室状态、 检测时间、帧尾等帧字段内容；

步骤5.5：将该检测终端ID、浴室状态、检测时间以及步骤(3) 所述的该检测终端在线连接列表中的相关字段数值进行存储。

若服务端连续两次接收到某检测终端的数据帧中显示检测人员 在浴室状态为跌倒，则自动匹配该终端绑定的初始化参数信息启动浴 室跌倒报警；

步骤6：监护人收到报警信息并确认后，服务端解除相应检测终 端的报警状态。

心跳检测线程工作中，遍历在线连接列表中检测终端状态，若在 设定的时间内没有更新数据状态，则判定检测终端已经宕机或者数据 传输异常，启动故障报警。

本实施例的检测监护方法，采用双缓冲区接收技术、多线程处理 技术提升了对若干检测终端海量数据并行接收、处理的效率，避免了 传输过程中的数据堵塞、丢包问题，保证了系统稳定性、可靠性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非 对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的 技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出 的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种非接触式浴室跌倒检测监护系统，包括服务端及若干个用于安装在浴室的检测终端；

所述检测终端包括检测件，所述检测件与处理器连接，所述处理器通过网络模块与服务端连接；检测件能够将检测信号传输给处理器，处理器能够根据接收的信号判断是否处于跌倒状态；

其中，检测件采用K波段多普勒雷达，能够输出两路正交回波信号并传输给处理器，处理器能够采样K波段多普勒雷达输出的回波信号，做FFT变换后得到低频和高频信号；将提取的低频、高频信号与预先设定阈值比较，判断出检测对象是否处于跌倒状态；

所述服务端被配置为：

网络检测线程：用于实时检测与服务端连接的检测终端，获取终端标识符，建立在线连接列表；

初始化设置线程：用于一次性加载*.txt配置文件，完成参数初始化、检测终端配置任务；所述*.txt配置文件的每行字段信息以逗号为分隔符，以回车换行为结束符，包含序号、检测终端ID、低频信号阈值、高频信号阈值、老人姓名、年龄、性别、住址、监护人电话字段信息；

数据接收线程：用于通过两个缓冲区交替接收若干检测终端上传的数据帧；其中，数据帧包含帧头、检测终端ID、浴室状态、检测时间、帧尾；

其中，所述两个缓冲区交替接收若干检测终端上传的数据帧，具体包括：步骤4.1：定义第一数组Buf1和第二数组Buf2作为两个缓冲区，用于存储检测终端上传的数据帧，定义全局变量C，用于接收的数据计数，初始化C＝0；步骤4.2：第一数组接收检测终端上层的数据帧，全局变量C累加计数，当C达到设定的缓冲区字节长度时，第一数组开始进行数据分析存储线程，全局变量置0，第二数组数据清空；步骤4.3：第二数组接收检测终端上层的数据帧，全局变量C累加计数，当C达到设定的缓冲区字节长度时，第二数组开始进行数据分析存储线程，全局变量置0，第一数组数据清空；步骤4.4：重复进行步骤4.2-4.3；

数据分析存储线程：用于解析缓冲区数据，分段截取出若干检测终端上传的数据帧并在单个数据帧中提取出检测终端的检测信息；

所述服务端还配置有心跳检测线程，所述心跳检测线程用于实时监测在线连接列表中的检测终端在设定时间内有无更新状态，若没有则判定检测终端已经宕机或者数据检测传输异常，启动故障报警；

全部连接终端配置完成后，服务端给在线连接列表中检测终端同步发送数据采集指令，同时启动数据接收线程、心跳检测线程、数据分析存储线程；采用双缓冲区接收技术，多线程处理技术，提升了对若干检测终端海量数据并行接收、处理的效率，避免了传输过程中的数据堵塞、丢包问题，保证了系统稳定性、可靠性。

2.如权利要求1所述的一种非接触式浴室跌倒检测监护系统，其特征在于，所述网络模块连接处理器和服务端的路由器。

3.如权利要求2所述的一种非接触式浴室跌倒检测监护系统，其特征在于，所述网络模块与服务端网络为局域网时，网络模块采用WiFI模块；网络模块与服务端网络为广域网时，网络模块采用GPRS模块。

4.一种权利要求1-3任一项所述的非接触式浴室跌倒检测监护系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：检测终端与服务端建立无线通信连接；

步骤2：服务端利用网络检测线程获取与服务端建立连接的检测终端标识符，建立在线连接列表；

步骤3：服务端遍历在线连接列表中检测终端信息，一次性加载配置文件，完成参数初始化、检测终端配置；

步骤4：全部检测终端配置完成后，服务端利用数据接收线程通过两个缓冲区交替接收若干检测终端的处理器上传的数据帧；

步骤5：当缓冲区接收的数据长度达到设定长度后，服务端利用数据分析存储线程将缓冲区数据分段截取出若干单个检测终端的数据帧并在单个数据帧中提取字段信息并存储；

若检测终端连续两次发送给服务端处于跌倒状态的信号，则自动匹配该检测终端绑定的初始化参数信息启动浴室跌倒报警，否则不进行浴室跌倒报警。

5.如权利要求4所述的非接触式浴室跌倒检测监护系统的工作方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤为：

步骤2.1：服务端实时监测与之连接的检测终端；

步骤2.2：服务端获取检测终端的标识符信息，建立检测终端的在线连接列表；

步骤2.3：当监测到检测终端与服务端连接断开时，服务端自动删除在线连接列表中对应的检测终端信息。

6.如权利要求4所述的非接触式浴室跌倒检测监护系统的工作方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为：

步骤3.1：服务端遍历在线连接列表中检测终端信息，获取每个检测终端的连接序号、IP地址；

步骤3.2：加载固定格式的配置文件；

步骤3.3：从配置文件第k行中提取出多个设定的字段信息，其中初始化k＝1；

步骤3.4：在步骤3.3中提取的多个设定的字段信息中选取一个设定的字段信息为主键，匹配在线连接列表中连接序号为k的检测终端，添加更新连接序号为k的检测终端的其余字段内容；

步骤3.5：服务端发送连接序号为k的检测终端参数设置指令完成检测终端参数配置；

步骤3.6：服务端发送连接序号为k的检测终端重置指令，检测终端重新启动后返回参数配置结果；

步骤3.7：若检测终端参数配置失败，重复步骤3.5-3.6直至配置成功；

步骤3.8：继续读取配置文件第k+1行内容，重复执行步骤3.3-3.7，直至读取到配置文件最后一行，循环结束，参数初始化结束。

7.如权利要求4所述的非接触式浴室跌倒检测监护系统的工作方法，其特征在于，所述步骤4的具体步骤为：

步骤4.1：定义第一数组Buf1和第二数组Buf2作为两个缓冲区，用于存储检测终端上传的数据帧，定义全局变量C，用于接收的数据计数，初始化C＝0；

步骤4.2：第一数组接收检测终端上层的数据帧，全局变量C累加计数，当C达到设定的缓冲区字节长度时，第一数组开始进行数据分析存储线程，全局变量置0，第二数组数据清空；

步骤4.3：第二数组接收检测终端上层的数据帧，全局变量C累加计数，当C达到设定的缓冲区字节长度时，第二数组开始进行数据分析存储线程，全局变量置0，第一数组数据清空；

步骤4.4：重复进行步骤4.2-4.3。

8.如权利要求4所述的非接触式浴室跌倒检测监护系统的工作方法，其特征在于，所述步骤5的具体步骤为：

步骤5.1：在缓冲区Buf1或Buf2中从首字符位置开始查找结束符，记录第i个结束符在缓冲区中的位置信息并存储在数组Pose1[i]中，直至查找到缓冲区最后字符，查找结束，其中初始化i＝0；

步骤5.2：依次分段截取Buf1[Pose1[i+1]]与Buf1[Pose1[i]]或Buf2[Pose1[i+1]]与Buf2[Pose1[i]]之间的字符并赋值给单个检测终端数据帧数组Data[i]；

步骤5.3：在数组Data[i]中从首字符位置查找分隔符，记录第j个分隔符在数据帧中的位置信息存储在数组Pose2[j]中，直至查找到数据帧最后字符，查找结束，其中初始化j＝0；

步骤5.4：依次提取出Data[Pose2[j+1]]与Data[Pose2[j]]之间的数值，对应检测终端数据帧的字段内容；

步骤5.5：将步骤5.4提取出的检测终端数据帧的字段内容和步骤3中字段内容进行存储。

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