CN111833568B - 基于压电信号监控的摔倒分级示警装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于压电信号监控的摔倒分级示警装置及其工作方法，包括检测模块、处理模块以及报警模块；检测模块用于采集人体摔倒过程中产生的瞬时压强信号；处理模块设有分级标准阈值，将采集到的压强值与分级标准阈值进行对比分析，识别摔倒类型及程度，并传输分级信号至报警模块；报警模块在接收到分级信号时进行分级报警；本发明利用人体摔倒时对压电传感器产生的瞬时压强冲击可实现在人员摔倒时及时进行有效示警，并可根据摔倒信号差异对摔倒类型及程度加以区别示警，能够消除监控盲区摔跤隐患，当人员在该类区间发生摔倒意外时，可及时向监护人员提供不同模式及程度的示警，使监护人员能够及时给予摔伤人员相应的具体帮助和救治。

Description

基于压电信号监控的摔倒分级示警装置及其工作方法

技术领域

本发明属于护理监护领域，具体涉及一种基于压电信号监控的分级摔倒示警装置及其工作方法。

背景技术

摔倒是最为常见发生的意外伤害行为，尤其会对患者或者老年人群造成不良后果。在医院、敬老院或部分家庭，当患者、老人等行动不便人员在小型淋浴室或厕所等监控盲区活动时，该类人员易摔倒发生意外，如不及时进行发现采取抢救措施，容易造成生命危险或其它严重后果。

相关技术中，针对摔倒已出现较为成熟的陀螺仪穿戴式摔倒示警装置，但该装置受到穿戴条件的约束，在洗浴、换衣间或个别不可进行佩戴的区间等盲区，存在摔倒失查的隐患。同时，也无法及时给予摔倒者严重性评估，无法快快速具体应对。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于压电信号监控的分级摔倒示警装置及其工作方法，以解决现有技术中的摔倒示警装置不方便佩戴以致患者、老人等行动不便人员摔倒时得不到及时救助的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种基于压电信号监控的分级摔倒示警装置，包括：检测模块、处理模块以及报警模块，检测模块、报警模块分别与处理模块连接；

所述检测模块用于采集人体摔倒时产生的瞬时压强信号；

所述处理模块中设有人体摔倒模式的分级标准阈值；

所述处理模块用于将压强值与分级标准阈值进行对比分析，识别摔倒类型及程度，根据压强值与分级标准阈值，传输分级信号至报警模块；

所述报警模块用于在接收到分级信号后根据分级信号进行对应的分级示警。

进一步的，所述人体摔倒模式包括：晕倒和滑倒；

根据人体摔倒模式，构建物理模型，所述物理模型包括晕倒模型和滑倒模型；其中，所述物理模型包括人体高度h、人体质量m、人体站立及摔倒时的接触面积分别为S₁，S₂；

根据晕倒模型计算晕倒时头部着地的压强P₂、手肘着地压强P₃、膝盖着地压强P₄；

获取瞬时压强值P_瞬，当P_瞬＞P₄且P_瞬＜P₃时，为膝盖着地，当P_瞬＞P₃且P_瞬＜P₂时，为肩膀、手肘或者臀部着地，当P_瞬＞P₂时，为头部着地；

根据滑到模型计算滑倒时头部着地的压强为P₅、手肘着地压强P₆、膝盖着地压强P₇，

当P_瞬＞P₇且P_瞬＜P₆时，为膝盖着地；当P_瞬＞P₆且P_瞬＜P₅时，为肩膀、手肘或者臀部着地；当P_瞬＞P₅时，为头部着地。

进一步的，所述检测模块包括：

压电传感器组，用于采集人体压强信号；

所述压电传感器组与所述处理模块连接。

进一步的，所述处理模块包括：

所述处理模块包括：

多通道模拟信号采集电路，用于采集所述压电传感器组采集的压强信号；

信号调理电路，用于对所述压强信号进行滤波、放大；

处理器，用于将所述压强信号与分级标准阈值进行对比分析；

脉冲触发器，用于向所述报警模块提供脉冲触发信号；

所述多通道模拟信号采集电路、信号调理电路、处理器、脉冲触发器依次连接。

进一步的，所述信号调整电路包括：

信号滤波器，用于对压强信号进行滤波；

信号放大器，用于将压电压强信号以正比例放大。

进一步的，所述报警模块包括：

指示灯，用于形成不同颜色的信号指示，当所述指示灯显示为绿色时表示为安全状态，当所述指示灯显示为黄色、橘黄色、红色时表示不同程度的危险状态；

蜂鸣器，用于蜂鸣报警；

信号转换电路，用于根据脉冲触发信号转换输出电压以控制指示灯的颜色变化。

进一步的，所述报警模块还包括：

手动报警装置，用于用户手动报警；

所述手动报警装置包括报警按键和解除报警按键。

进一步的，所述检测模块还包括：

保护板，所述压电传感器组设置在所述保护板内，所述保护板内还设有信号输出线，所述保护板外涂有防水防潮层，所述防水防潮层外采用带有颗粒结构的橡胶垫包裹。

本申请实施例提供一种基于压电信号监控的摔倒示警装置的工作方法，包括：

采集压强信号；

将所述压强信号转换为压强值并将所述压强值与所述分级标准阈值进行对比；

根据对比结果识别摔倒类型及程度，根据压强值与分级标准阈值，发出分级信号对应的报警信息。

进一步的，还包括：

构建物理模型，所述物理模型包括晕倒模型和滑倒模型；其中，所述物理模型包括人体高度h、人体质量m、人体站立及摔倒时的接触面积分别为S₁，S₂；

根据晕倒模型计算晕倒时头部着地的压强P₂、手肘着地压强P₃、膝盖着地压强P₄；

获取瞬时压强值P_瞬，当P_瞬＞P₄且P_瞬＜P₃时，为膝盖着地，当P_瞬＞P₃且P_瞬＜P₂时，为肩膀、手肘或者臀部着地，当P_瞬＞P₂时，为头部着地；

根据滑到模型计算滑倒时头部着地的压强为P₅、手肘着地压强P₆、膝盖着地压强P₇，

当P_瞬＞P₇且P_瞬＜P₆时，为膝盖着地；当P_瞬＞P₆且P_瞬＜P₅时，为肩膀、手肘或者臀部着地；当P_瞬＞P₅时，为头部着地。

本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：

本申请利用人体摔倒时对压电传感器产生的瞬时压强冲击作用可实现在人员摔倒及具体程度及时进行有效示警，本发明意在消除盲区摔跤隐患，当人员在该类区间发生摔倒意外时，可及时向监护人员提供分级示警，给予摔伤人员针对性帮助和救治。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于压电信号监控的摔倒示警装置的结构示意图；

图2为本发明基于压电信号监控的摔倒示警装置的另一种结构示意图；

图3为本发明基于压电信号监控的摔倒示警装置的工作方法的步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的基于压电信号监控的摔倒示警装置及其工作方法。

如图1所示，本申请实施例中提供的基于压电信号监控的摔倒示警装置包括，包括：检测模块101、处理模块102以及报警模块103，所述检测模块101、报警模块103分别与处理模块102连接；

所述检测模块101用于采集人体摔倒时产生的瞬时压强信号；

所述处理模块102中设有人体摔倒模式的分级标准阈值；

所述处理模块102还用于还用于将压强值与分级标准阈值进行对比分析，识别摔倒类型及程度，根据压强值与分级标准阈值，传输分级信号至报警模块103；

所述报警模块103用于在接收到分级信号后根据分级信号进行对应的分级示警。

基于压电信号监控的摔倒示警装置的工作原理为：本申请可以在浴室、洗漱间等私密空间安装铺设，当用户去浴室、洗漱间或者其他容易摔倒的地方时，可以将脚踏在本申请提供的基于压电信号监控的摔倒示警装置上。当人体开始进入时，首先根据自身体重选择合适的档位，档位可以设置为50Kg、75Kg、100Kg及150Kg四个非报警档位，选择后站到示警装置上，此时示警装置不会报警，之后人体在进行活动时，示警装置中的检测模块101采集受到的压强信号，处理模块102将压强信号转换为压强值，并与处理模块102中人体摔倒模式的分级标准阈值进行对比，根据识别摔倒类型及程度，当压强信号值超过某级别标准阈值，说明压强值不正常，也就是说人体出现摔倒情况，此时处理器1023发送报警信号至报警模块103，报警模块103进行报警以通知看护人员或是家庭成员。

本申请提供一种可以在浴室、洗漱间等私密空间安装铺设使用的，当人突然滑到可以发出警报提示的示警装置，以便医疗或家庭护理人员及时发现状况进而给予摔伤人员帮助和救治，本申请还可以设置在医院中，以帮助病患呼叫医护人员。

一些实施例中，所述将所述压强信号转换为压强值，所述人体摔倒模式包括：晕倒和滑倒；

根据人体摔倒模型，构建物理模型，所述物理模型包括晕倒模型和滑倒模型；其中，所述物理模型包括人体高度h、人体质量m、人体站立及摔倒时的接触面积分别为S₁，S₂；

当人正常站立时，预设人体站立时占地面积S1为0.05m²；

正常站立产生压强为P₁＝F₁/S₁＝mg/0.05＝20mg；

对于晕倒模型：

可将人体晕倒视为以脚下为轴的质量分布均匀的细直杆定轴转动，即初始角速度为0刚体的定轴转动。转动惯量为J＝1/3mh²。晕倒时只有重力作功，重力势能为E_p＝1/2mgh，摔倒接触地面前，转动动能为E_k＝1/2Jω²，根据机械能守恒，Ep＝Ek，推导出摔倒触地前时的角速度

人体在与地面发生接触瞬时冲击压强为P，则触地前的力矩为M_F＝PS₂·h，由体重实现的转动力矩为M_G＝1/2mg·h，

根据角动量定理：M_合＝d(Jω)/dt，M_G-M_F＝0-Jω；

推导出冲击压强

令摔倒着地瞬间时间为t＝0.1s，着地面积S₂为头部约为0.02m²，重力加速度g＝10N/kg

则

可以理解的是，晕倒模型的晕倒时头部着地，为最晕倒最为严重的模式，本申请中，定义手肘着地压强为模型晕倒时头部着地压强的2/3，即近似

膝盖压力着地为该模型晕倒时头部着地压强的1/3，即近似

当瞬时压力P_瞬＞P₄而P_瞬＜P₃时，视为膝盖着地，当P_瞬＞P₃而P_瞬＜P₂时，视为肩膀、手肘或者臀部着地，当P_瞬＞P₂时，视为头部着地。

对于，滑倒模型：

物理模型视人体摔倒为以人体重心为质点的自由落体运动，令摔倒着地瞬间时间为t＝0.1s，着地面积S₂为头部约为0.02m²，重力加速度g＝10N/kg；根据重力势能公式E_p＝1/2mgh和动能公式E_k＝1/2mv²，此时重力势能完全转化为动能，得摔倒时冲击力加速度

摔倒瞬时压强

滑倒模型为滑倒时头部着地，为滑倒最为严重的模式，滑倒模型的晕倒时头部着地的压强

定义手肘着地压强为模型的2/3，即近似

膝盖压力着地为该模型的1/3，即近似

当瞬时压力P_瞬＞P₇而P_瞬＜P₆时，视为膝盖着地，当P_瞬＞P₆而P_瞬＜P₅时，视为肩膀、手肘或者臀部着地，当P_瞬＞P₅时，视为头部着地。

其中，S₁表示人体站立时的占地面积，F₁表示人体站立时的重力，P₁表示人体站立时的压强，m表示人体体重，g表示重力，t表示摔倒时着地时间，h表示人体高度，v表示摔倒时瞬时着地速度，S₂表示人体摔倒时头部或肩部的着地面积，F₂表示人体摔倒时对底面的冲击力，P₂、P₃、P₄分别表示晕倒模型的人体摔倒时头部、手肘、膝盖着地的压强，P₅、P₆、P₇分别表示滑倒模型的人体摔倒时头部、手肘、膝盖着地的压强，P_瞬为摔倒时瞬时压强。

具体的，四个档位可以设置为50Kg、75Kg、100Kg及150Kg四个非报警档位，用户还可以输入或选择身高，此时，人体正常站立压强为P₁＝F₁/S₁＝mg/0.05＝20mg，取自由落体加速度g＝10m/s，可得正常承受压强为10000Pa,15000Pa,20000Pa及30000Pa，当人体踏上正常活动时，视为安全信号。当人体发生摔倒时，物理模型视为视人体分为晕倒及滑到两种模式，且摔倒部位分级为膝盖、手肘及头部。

设人体体重在50Kg-150Kg范围内变化，身高在1.5m-2.0m范围内变化，即人体落地瞬时压强约为68500Pa—237170Pa；具体举例说明，假设人体体重为50Kg，身高为1.6m，则在晕倒模型中头部着地的压强为18333Pa，手肘着地压强为12222Pa，膝盖着地的压强为6111Pa；在滑倒模型中头部着地的压强为100000Pa，手肘着地压强为66666Pa，膝盖着地的压强为33333Pa；那么根据此人在摔倒时产生的瞬间压强与上述压强值进行对比，可以判断出此人是晕倒还是滑倒，以及判断出是头部、手肘还是膝盖着地，从而可判断摔倒和摔伤的程序。

一些实施例中，如图2所示，所述检测模块101包括：

压电传感器组，用于采集人体压强信号；

所述压电传感器组与所述处理模块102连接。

具体的，压电传感器组包括多个压电传感器，保证采集压强信号的准确性。多个压电传感器均匀布置，压电传感器之间的间隔为0.2m。

优选的，所述处理模块102包括：

多通道模拟信号采集电路1021，用于采集集所述压电传感器组采集的压强信号；

信号调理电路1022，用于对所述压强信号进行滤波、放大；

处理器1023，用于将所述压强信号与分级标准阈值进行对比分析；

脉冲触发器1024，用于向所述报警模块提供脉冲触发信号；

所述多通道模拟信号采集电路1021、信号调理电路1022、处理器1023、脉冲触发器1024依次连接。

多通道模拟信号采集电路1021采集多个所述压电传感器采集的压强信号，信号调理电路1022对所述压强信号进行调理，处理器1023将所述压强信号转换为压强值并将压强值与分级标准阈值进行对比分析，脉冲触发器1024根据信号比较电路1024的对比结果输出脉冲触发信号。

优选的，所述信号调整电路包括：

信号放大器(图中未示出)，用于将压强信号放大；

信号滤波器(图中未示出)，用于对压强信号进行滤波。

优选的，所述报警模块103包括：

指示灯1031，当所述指示灯1031显示为绿色时表示为安全状态，当所述指示灯1031显示为红色时表示为危险状态；

蜂鸣器1032，用于蜂鸣报警；

信号转换电路1033，用于根据脉冲触发信号转换输出电压以控制指示灯1031的颜色变化。

具体的，指示灯1031可表示是否安全，打开示警装置时，指示灯1031显示为绿色时，说明示警装置正常工作，若指示灯1031显示为红色，说明示警装置有异常情况，需要修理；具体的，指示灯1031可根据不同模型判据形成不同颜色的信号指示，当所述指示灯1031显示为绿色时表示为安全状态，当所述指示灯1031显示为黄色、橘黄色、红色时表示为不同程度的危险状态，如晕倒均以黄色示警，手肘以下滑倒采用橘黄色示警，头部滑倒采用红色示警。同时在有人摔倒时，蜂鸣器1032会发出报警声提醒看护人员或家庭其他成员进行救治。信号转换电路1033根据脉冲触发信号转换输出电压以控制指示灯1031的颜色变化，以及控制蜂鸣器1032发出声音进行报警。

优选的，所述报警模块103还包括：

手动报警装置(图中未示出)，用于用户手动报警；

所述手动报警装置包括报警按键和解除报警按键。

当用户摔倒时，如果看护人员或者家庭成员没有及时发现，用户还可以按下报警按键进行手动报警以通知其他人，如果有人应答则按下解除报警按键进行解除。

一些实施例中，所述检测模块101还包括：

保护板，所述压电传感器组设置在所述保护板内，所述保护板内还设有信号输出线，所述保护板外涂有防水防潮层，所述防水防潮层外采用带有颗粒结构的橡胶垫包裹。

具体的，检测模块101可以采用脚垫类装置，当人员位于淋浴间、厕所或其它小型隐私易滑倒空间从事活动时，需踏于该脚垫上进行。脚垫特征在于由三层结构组成，芯层由压电传感器、信号输出线、电源线路及附属支撑线路保护板构成，其外部既次外层采用防水防潮材料包裹，避免与水或水汽形成直接接触。防水材料外层既最外层再由橡胶或其他韧性防滑材料构成，如带有颗粒结构的橡胶垫状，用于人员在上面从事洗浴或其他正常活动。该脚垫尺寸应覆盖人员在空间的主要活动区域范围。例如：医院单人病房浴室，面积为8m²，则可以在地面铺设8m²的脚垫。

如图3所示，本申请实施例提供一种基于压电信号监控的摔倒示警装置的工作方法，包括：

S301，采集压强信号；

S302，将所述压强信号转换为压强值并将所述压强值与所述分级标准阈值进行对比；

S303，根据对比结果识别摔倒类型及程度，根据压强值与分级标准阈值，发出分级信号对应的报警信息。

本申请提供的基于压电信号监控的摔倒示警装置的工作方法的工作原理是，人体在进行活动时，示警装置中的检测模块101采集受到的压强信号，处理模块102将压强信号转换为压强值，并与处理模块102中预设的分级标准阈值进行对比，如果发现压强值位于分级标准阈值之间，也就是说人体出现摔倒情况，此时处理器1023发送报警信号至报警模块103，报警模块103进行报警以通知看护人员或是家庭成员。

优选的，所述人体摔倒模式包括：晕倒和滑倒；

根据人体摔倒模型，构建物理模型，所述物理模型包括晕倒模型和滑倒模型；其中，所述物理模型包括人体高度h、人体质量m、人体站立及摔倒时的接触面积分别为S₁，S₂；

当人正常站立时，预设人体站立时占地面积S₁为0.05m²；

正常站立产生压强为P₁＝F₁/S₁＝mg/0.05＝20mg；

其中，对于晕倒模型，将人体晕倒视为以脚下为轴的质量分布均匀的细直杆定轴转动，即初始角速度为0刚体的定轴转动；转动惯量为J＝1/3mh²；晕倒时只有重力作功，重力势能为M_G＝1/2mg·h，摔倒接触地面前，转动动能为E_k＝1/2Jω²，根据机械能守恒定律，E_p＝E_k，推导出摔倒触地前时的角速度

设人体在与地面发生接触瞬时冲击压强为P，则触地前的力矩为M_F＝PS₂·h，由体重实现的转动力矩为M_G＝1/2mg·h；

根据角动量定理：M_合＝d(Jω)/dt，M_G-M_F＝0-Jω；

则冲击压强

令摔倒着地瞬间时间为t＝0.1s，着地面积S₂为头部约为0.02m²，重力加速度g＝10N/kg

则

设所述晕倒模型晕倒时头部着地的压强为P₂，即

设手肘着地压强为P₃，则P₃为P₂的2/3，即

设膝盖着地压强为P₄，则P₄为P₂的1/3，即

设瞬时压强值P_瞬，当P_瞬＞P₄且P_瞬＜P₃时，为膝盖着地，当P_瞬＞P₃且P_瞬＜P₂时，为肩膀、手肘或者臀部着地，当P_瞬＞P₂时，为头部着地；

对于，滑倒模型：

物理模型视人体摔倒为以人体重心为质点的自由落体运动，令摔倒着地瞬间时间为t＝0.1s，着地面积S₂为头部约为0.02m²，重力加速度g＝10N/kg；根据重力势能公式E_p＝1/2mgh和动能公式E_k＝1/2mv²，此时重力势能完全转化为动能，得摔倒时冲击力加速度

摔倒瞬时压强

滑倒模型为滑倒时头部着地，为滑倒最为严重的模式，滑倒模型的晕倒时头部着地的压强

定义手肘着地压强为模型的2/3，即近似

膝盖压力着地为该模型的1/3，即近似

当瞬时压力P_瞬＞P₇且P_瞬＜P₆时，视为膝盖着地，当P_瞬＞P₆且P_瞬＜P₅时，视为肩膀、手肘或者臀部着地，当P_瞬＞P₅时，视为头部着地。

其中，S₁表示人体站立时的占地面积，F₁表示人体站立时的重力，P₁表示人体站立时的压强，m表示人体体重，g表示重力，t表示摔倒时着地时间，h表示人体高度，v表示摔倒时瞬时着地速度，S₂表示人体摔倒时头部或肩部的着地面积，F₂表示人体摔倒时对底面的冲击力，P₂、P₃、P₄分别表示晕倒模型的人体摔倒时头部、手肘、膝盖着地的压强，P₅、P₆、P₇分别表示滑倒模型的人体摔倒时头部、手肘、膝盖着地的压强，P_瞬为摔倒时瞬时压强。

本申请实施例还提供一种基于压电信号监控的摔倒示警系统，包括上述任一实施例提供的示警装置，还包括远程监控终端，所述示警装置与所述远程监控终端通信连接；所述远程监控终端用于接收所述示警装置的报警信号进行报警提示。

所述远程监控终端采用下次终端之一或组合：

智能手机、电脑、平板电脑。

当示警装置附近没有看护人员时，示警装置还可以发送报警信号至远程监控终端，远程监控人员可以以接收电话或者短信的方式得知摔倒情况，及时对摔倒人员进行救治。

综上所述，本发明提供一种能够人突然滑到可以发出警报提示的示警装置及其工作方法，本发明利用人体摔倒时对压电传感器产生的瞬时压强冲击作用可实现在人员摔倒时及时进行有效示警，本发明能够消除浴室、厕所等护理盲区摔跤隐患，当人员在该类区间发生摔倒意外时，可及时向监护人员提供示警，给予摔伤人员帮助和救治。

可以理解的是，上述提供的装置实施例与上述的方法实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程信号处理设备的处理模块以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程信号处理设备的处理模块执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程信号处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程信号处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于压电信号监控的摔倒分级示警装置，其特征在于，包括：检测模块、处理模块以及报警模块，检测模块、报警模块分别与处理模块连接；

所述检测模块用于采集人体摔倒时产生的瞬时压强信号；

所述处理模块中设有人体摔倒模式的分级标准阈值；

所述处理模块还用于将压强值与分级标准阈值进行对比分析，识别摔倒类型及程度，根据压强值与分级标准阈值，传输分级信号至报警模块；

所述报警模块用于在接收到分级信号后根据分级信号进行对应的分级示警；

所述人体摔倒模式包括：晕倒和滑倒；

根据人体摔倒模式，构建物理模型，所述物理模型包括晕倒模型和滑倒模型；其中，所述物理模型包括人体高度h、人体质量m、人体站立及摔倒时的接触面积分别为S₁，S₂；

当人正常站立时，预设人体站立时占地面积S1为0.05m²；

正常站立产生压强为P₁＝F₁/S₁＝mg/0.05＝20mg；

对于晕倒模型：

可将人体晕倒视为以脚下为轴的质量分布均匀的细直杆定轴转动，即初始角速度为0刚体的定轴转动，转动惯量为J＝1/3mh²，晕倒时只有重力作功，重力势能为E_p＝1/2mgh，摔倒接触地面前，转动动能为E_k＝1/2Jω²，根据机械能守恒，Ep＝Ek，推导出摔倒触地前时的角速度

人体在与地面发生接触瞬时冲击压强为P，则触地前的力矩为M_F＝PS₂·h，由体重实现的转动力矩为M_G＝1/2mg·h，

根据角动量定理：M_合＝d(Jω)/dt，M_G-M_F＝0-Jω；

推导出冲击压强

根据晕倒模型计算晕倒时头部着地的压强

手肘着地压强P₃为晕倒模型晕倒时头部着地压强的2/3，即

膝盖着地压强P₄为晕倒模型晕倒时头部着地压强的1/3，即

获取瞬时压强值P_瞬，当P_瞬＞P₄且P_瞬＜P₃时，为膝盖着地，当P_瞬＞P₃且P_瞬＜P₂时，为肩膀、手肘或者臀部着地，当P_瞬＞P₂时，为头部着地；

对于滑倒模型：

物理模型视人体摔倒为以人体重心为质点的自由落体运动，令摔倒着地瞬间时间为t＝0.1s，设着地面积S₂为头部为0.02m²，重力加速度g＝10N/kg；根据重力势能公式E_p＝1/2mgh和动能公式E_k＝1/2mv²，此时重力势能完全转化为动能，得摔倒时冲击力加速度

摔倒瞬时压强

根据滑到模型计算滑倒时头部着地的压强

手肘着地压强为滑到模型头部着地的压强的2/3，即

膝盖着地压强为滑到模型头部着地压强的1/3，即

当P_瞬＞P₇且P_瞬＜P₆时，为膝盖着地；当P_瞬＞P₆且P_瞬＜P₅时，为肩膀、手肘或者臀部着地；当P_瞬＞P₅时，为头部着地。

2.根据权利要求1所述的基于压电信号监控的摔倒分级示警装置，其特征在于，所述检测模块包括：

压电传感器组，用于采集人体压强信号；

所述压电传感器组与所述处理模块连接。

3.根据权利要求2所述的基于压电信号监控的摔倒分级示警装置，其特征在于，所述处理模块包括：

多通道模拟信号采集电路，用于采集所述压电传感器组采集的压强信号；

信号调理电路，用于对所述压强信号进行滤波、放大；

处理器，用于将所述压强信号与分级标准阈值进行对比分析；

脉冲触发器，用于向所述报警模块提供脉冲触发信号；

所述多通道模拟信号采集电路、信号调理电路、处理器、脉冲触发器依次连接。

4.根据权利要求3所述的基于压电信号监控的摔倒分级示警装置，其特征在于，所述信号调理电路包括：

信号滤波器，用于对压强信号进行滤波；

信号放大器，用于将压电压强信号以正比例放大。

5.根据权利要求3所述的基于压电信号监控的摔倒分级示警装置，其特征在于，所述报警模块包括：

指示灯，用于形成不同颜色的信号指示，当所述指示灯显示为绿色时表示为安全状态，当所述指示灯显示为黄色、橘黄色、红色时表示不同程度的危险状态；

蜂鸣器，用于蜂鸣报警；

信号转换电路，用于根据分级脉冲触发信号转换输出电压以控制指示灯的颜色变化。

6.根据权利要求5所述的基于压电信号监控的摔倒分级示警装置，其特征在于，所述报警模块还包括：

手动报警装置，用于用户手动报警；

所述手动报警装置包括报警按键和解除报警按键。

7.根据权利要求2所述的基于压电信号监控的摔倒分级示警装置，其特征在于，所述检测模块还包括：

保护板，所述压电传感器组设置在所述保护板内，所述保护板内还设有信号输出线，所述保护板外涂有防水防潮层，所述防水防潮层外采用带有颗粒结构的防滑橡胶垫包裹。

8.一种基于压电信号监控的摔倒分级示警装置的工作方法，其特征在于，包括：

采集压强信号；

将所述压强信号转换为压强值并将所述压强值与分级标准阈值进行对比；

根据对比结果识别摔倒类型及程度，根据压强值与分级标准阈值，发出分级信号对应的报警信息；

人体摔倒模式包括：晕倒和滑倒；

根据人体摔倒模式，构建物理模型，所述物理模型包括晕倒模型和滑倒模型；其中，所述物理模型包括人体高度h、人体质量m、人体站立及摔倒时的接触面积分别为S₁，S₂；

当人正常站立时，预设人体站立时占地面积S1为0.05m²；

正常站立产生压强为P₁＝F₁/S₁＝mg/0.05＝20mg；

对于晕倒模型：

可将人体晕倒视为以脚下为轴的质量分布均匀的细直杆定轴转动，即初始角速度为0刚体的定轴转动，转动惯量为J＝1/3mh²，晕倒时只有重力作功，重力势能为E_p＝1/2mgh，摔倒接触地面前，转动动能为E_k＝1/2Jω²，根据机械能守恒，Ep＝Ek，推导出摔倒触地前时的角速度

人体在与地面发生接触瞬时冲击压强为P，则触地前的力矩为M_F＝PS₂·h，由体重实现的转动力矩为M_G＝1/2mg·h，

根据角动量定理：M_合＝d(Jω)/dt，M_G-M_F＝0-Jω；

推导出冲击压强

根据晕倒模型计算晕倒时头部着地的压强

手肘着地压强P₃为晕倒模型晕倒时头部着地压强的2/3，即

膝盖着地压强P₄为晕倒模型晕倒时头部着地压强的1/3，即

获取瞬时压强值P_瞬，当P_瞬＞P₄且P_瞬＜P₃时，为膝盖着地，当P_瞬＞P₃且P_瞬＜P₂时，为肩膀、手肘或者臀部着地，当P_瞬＞P₂时，为头部着地；

对于滑倒模型：

物理模型视人体摔倒为以人体重心为质点的自由落体运动，令摔倒着地瞬间时间为t＝0.1s，设着地面积S₂为头部为0.02m²，重力加速度g＝10N/kg；根据重力势能公式E_p＝1/2mgh和动能公式E_k＝1/2mv²，此时重力势能完全转化为动能，得摔倒时冲击力加速度

摔倒瞬时压强

根据滑到模型计算滑倒时头部着地的压强

手肘着地压强为滑到模型头部着地的压强的2/3，即

膝盖着地压强为滑到模型头部着地压强的1/3，即

当P_瞬＞P₇且P_瞬＜P₆时，为膝盖着地；当P_瞬＞P₆且P_瞬＜P₅时，为肩膀、手肘或者臀部着地；当P_瞬＞P₅时，为头部着地。

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