CN112150765A - 一种跌倒报警检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跌倒报警检测装置，包括微处理器及与所述微处理器连接的红外光线检测模块和六轴传感器；所述红外光线检测模块包括平行与手臂的圆柱形透明管状容器，在所述管状容器内存放有少量透明液体，在所述管状容器近手端两侧设置有与所述微处理器连接的光电传感器，所述光电传感器包括发射管和相对于所述发射管设置于所述管状容器另一侧的接收管，所述发射管发送红外光线穿过所述管状容器由所述接收管接收所述红外光线；所述六轴传感器用于检测手臂的运动状态。同时，本发明提供了一种跌倒报警检测方法。本发明提供的技术方案，避免了跌倒报警中的误判和漏判问题，增加了在老人监护过程中的报警准确性。

Description

一种跌倒报警检测装置和方法

技术领域

本发明涉及老人监护报警技术领域，尤其涉及一种跌倒报警检测装置和方法。

背景技术

老人跌倒报警作为目前养老监护研究的一个热点，目前的技术方案例如加速度检测、地磁变化检测等，但都存在较大概率的误判和漏判，由此可能带来看护人力的极大浪费甚至重大事故发生。

发明内容

本发明提供一种跌倒报警检测装置和方法，旨在解决老人跌倒报警存在的误判、漏判问题。

为实现上述目的，本发明提供一种跌倒报警检测装置，所述跌倒报警检测装置佩戴在人体手腕上，所述跌倒报警检测装置包括包括微处理器及与所述微处理器连接的红外光线检测模块和六轴传感器；所述红外光线检测模块包括平行与手臂的圆柱形透明管状容器，在所述管状容器内存放有少量透明液体，在所述管状容器近手端两侧设置有与所述微处理器连接的光电传感器，所述光电传感器包括发射管和相对于所述发射管设置于所述管状容器另一侧的接收管，所述发射管发送红外光线穿过所述管状容器由所述接收管接收所述红外光线；所述六轴传感器用于检测手臂的运动状态。

优选地，所述跌倒报警检测装置还包括声音检测模块，所述声音检测模块包括与微处理器连接的发声模块和声音接收模块以用于周期发送声音信号并接收所述声音信号的反射信号；所述发送的声音信号为Chirp信号，所述Chirp信号的频率为200hz-2khz之间变化。

优选地，所述透明液体的体积小于所述管状容器容积的一半。

优选地，所述跌倒报警检测装置还包括红外检测模块、温度传感器和通信模块，所述红外检测模块、温度传感器和通信模块分别与所述微处理器连接；所述红外检测模块用于检测人体心率和血压；所述温度传感器用于检测空气温度；所述通信模块用于所述报警检测装置对外网络连接。

同时，本发明提供一种跌倒报警检测方法，包括：

步骤S10：采集检测信号；所述检测信号包括红外光线检测模块的红外光线检测信号和六轴传感器检测的加速度信号；

步骤S20：对所述红外光线检测信号进行处理以得到手臂与地面的角度变化；

步骤S30：根据所述角度变化和所述加速度信号进行跌倒判断，当判断为跌倒时，触发跌倒报警。

进一步地，所述步骤S20包括：

步骤S210：采集到红外光线检测信号；所述红外光线检测信号包括光电传感器的发射管按照预设周期发送的红外光线信号及接收管收到的红外光线信号；

步骤S220：对采集到的所述红外光线信号的光强度进行分析，通过光强度变化以得到管状容器与地面的角度变化，也即手臂与地面的角度变化。

进一步地，所述步骤S30包括：

步骤S310：预设角度阈值；所述角度阈值为预设角度范围内；

步骤S320：判断所述角度变化是否超出所述角度阈值，当所述角度变化超出所述角度阈值且检测到所述六轴传感器的运动状态为快速运动时，触发跌倒报警；

步骤S330：持续检测所述角度变化，当所述角度变化恢复到角度阈值内时，解除报警；否则持续报警。

进一步地，所述跌倒报警检测方法还包括：

采集到声音检测信号；所述声音检测信号包括按照预设的时间周期发送声音信号及接收到的所述声音信号的反射信号；

对所述反射信号通过预处理得到第一信号；其中，所述预处理包括消底噪处理、高通滤波处理、信号放大处理和模数转换处理；

将所述第一信号与所述声音信号进行频率对比，以得到对比的频率最大值；

将所述频率最大值对应的时间与发送声音信号的开始时间的时间差作为延迟时间；

根据所述延迟时间计算反射点与发声点之间的距离，以获得预设的一段时间内的距离变化；

预设高度阈值；所述高度阈值为六轴传感器收集正常手臂运动状态时手臂距离地面的高度范围；

判断所述距离变化是否超出所述高度阈值，当所述距离变化超出所述高度阈值且检测到所述六轴传感器的运动状态为快速运动时，触发跌倒报警；

持续检测所述距离变化，当所述距离变化重新恢复到所述高度阈值内时，解除报警；否则持续报警。

进一步地，所述第一信号与所述声音信号进行频率对比计算公式为：

f_r(t)＝A×f_s(t-t₀)+n₀(t)

其中，t表示为所述延迟时间，t₀表示为发送声音信号的起始时间，f_r表示接收反射信号频率，A表示常数，f_s表示发送声音信号频率，n₀表示放大频率；R_r,s表示第一信号与所述声音信号的对比频率，r表示接收反射信号的时间，d表示距离常数。

进一步地，所述反射信号的反射点与所述声音信号的发声点之间的距离计算公式为：

其中，

v＝331.3+0.606×temp

其中，temp表示空气温度，v表示速度，h表示距离，t表示延迟时间。

本发明提供的跌倒报警检测装置和方法，能够通过多种方法准确判断老人是否发生跌倒，避免了跌倒报警产生的误判和漏判问题，增加了在老人监护过程中的跌倒报警检测准确性，提升监护效率，降低了因报警问题而产生意外事故。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的跌倒报警检测装置的内部结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的跌倒报警方法的流程示意图；

图3为图2中步骤S20的流程示意图；

图4为图2中步骤S30的流程示意图；

图5为本发明跌倒报警装置实施例一中的跌倒报警程序的程序模块示意图；

图6为本发明实施例二提供的跌倒报警检测装置的内部结构示意图；

图7为本发明实施例二提供的跌倒报警方法的流程示意图；

图8为本发明跌倒报警装置实施例二中的跌倒报警程序的程序模块示意图；

图9为本发明实施例三提供的跌倒报警检测装置的内部结构示意图；

图10为本发明实施例三提供的跌倒报警方法的流程示意图；

图11为图10中步骤S20的流程示意图；

图12为图10中步骤S30的流程示意图；

图13为图10中步骤S40的流程示意图；

图14为本发明跌倒报警装置实施例三中的跌倒报警程序的程序模块示意图。

图中，10、微处理器；20、声音检测模块；21、发声模块；22、声音接收模块；30、红外光线检测模块；31、管状容器；32、光电传感器；321、发射管；322、接收管；40、六轴传感器；50、红外检测模块；60、温度传感器；70、通信模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。

实施例一：

请参阅图1，为本发明实施例一提供一种跌倒报警检测装置，所述跌倒报警检测装置佩戴在人体手腕上，具体在一些实施例中，所述跌倒报警检测装置可以是监护手表、监护手环等。所述跌倒报警检测装置包括微处理器10及与所述微处理器10连接的红外光线检测模块30和六轴传感器40；所述红外光线检测模块30包括平行与手臂的圆柱形透明管状容器31，在所述管状容器31内存放有少量透明液体，所述透明液体的体积小于所述管状容器容积的一半；优选地，为了增加光线的易检测性，优选使用带有颜色的透明液体；在所述管状容器31近手端两侧设置有与所述微处理器10连接的光电传感器32，所述光电传感器32包括发射管321和相对于所述发射管321设置于所述管状容器31另一侧的接收管322，所述发射管321发送红外光线穿过所述管状容器31由所述接收管322接收所述红外光线；优选地，在另一实施例中，增加发射管和接收管的数量以提升对管状容器内的透明液体的检测能力，使检测结果更准确；所述六轴传感器40用于检测手臂的运动状态。所述跌倒报警检测装置还包括红外检测模块50和通信模块70，所述红外检测模块50和通信模块70分别与所述微处理器10连接；所述红外检测模块50用于检测人体心率和血压；所述通信模块70用于所述报警检测装置对外网络连接；所述通信模块70包括蓝牙、无线WiFi和移动通信模块，以实现与监护主机连接，医护人员通过所述监护主机实现对老人状态的实时监护，并通过所述通信模块接收老人跌倒的报警信息。其中，所述红外检测模块50通过检测人体的心率和血压辅助实现对老人跌倒的检测。

请参见图2，本发明提供一种跌倒报警检测方法，所述跌倒报警检测方法应用于上述的跌倒报警检测装置，具体地，所述跌倒报警检测方法包括：

步骤S10：采集检测信号；所述检测信号包括红外光线检测模块的红外光线检测信号和六轴传感器检测的加速度信号；

步骤S20：对所述红外光线检测信号进行处理以得到手臂与地面的角度变化；

步骤S30：根据所述角度变化和所述加速度信号进行跌倒判断，当判断为跌倒时，触发跌倒报警。

具体地，按照预设的第一时间周期由光电传感器的发射管发送红外光线信号，所述预设的第一时间周期为每隔1-20ms发送一次，具体在一实施例中，选择每间隔4ms发送一次。接收管接收所述发射管发送的红外光线信号，红外光线信号穿过管状容器内的透明液体，由于手臂在自然摆动过程中，管状容器内的透明液体会随着手臂的摆动而晃动，从而影响到接收管接收到的红外光线信号的光强度变化，根据光强度变化值以得到管状容器与地面的角度，即手臂与地面的角度。

请参阅图3，具体地，所述步骤S20包括：

步骤S210：采集到红外光线检测信号；所述红外光线检测信号包括光电传感器的发射管按照预设周期发送的红外光线信号及接收管收到的红外光线信号；

步骤S220：对采集到的所述红外光线信号的光强度进行分析，通过光强度变化以得到管状容器与地面的角度变化，也即手臂与地面的角度变化。

请参阅图4，所述步骤S30包括：

步骤S310：预设角度阈值；所述角度阈值为预设角度范围内；

步骤S320：判断所述角度变化是否超出所述角度阈值，当所述角度变化超出所述角度阈值且检测到所述六轴传感器的运动状态为快速运动时，触发跌倒报警；

步骤S330：持续检测所述角度变化，当所述角度变化恢复到角度阈值内时，解除报警；否则持续报警。

具体地，通过光强度变化得到的管状容器与地面的角度变化，也即手臂与地面的角度变化，当角度变化超出所述角度阈值时，具体在一实施例中，当手臂与地面的角度低于30°时，结合上述的距离变化并同时检测到所述六轴传感器的运动状态为快速运动时，判断老人发生了跌倒，触发跌倒报警。同时保持对角度变化继续检测，检测所述角度变化是否恢复到所述角度阈值内，当所述角度变化恢复到所述角度阈值内时，解除报警，同时继续通过红外光线信号对老人的状态进行检测。当检测所述角度变化没有恢复，则持续进行报警，同时发送特定呼唤声音，例如呼唤老人名字，询问老人情况等，并收集环境声音，当收集到的环境声音包含预设的关键声音时，例如“救命”、呻吟声、“快来”等关键声音时，对当前的持续报警进行升级，发送紧急报警。

优选地，还可以结合老人的身体特征例如血压、心率，以及使用六轴传感器所感测的老人运动状态，以实现对老人跌倒的辅助判断，增加了老人跌倒判断的准确性。

参照图5所示，为本发明实施例一中的跌倒报警程序的程序模块示意图，该实施例中，跌倒报警程序可以被分割为红外光线检测模块102、计算模块103和报警模块104，示例性地：

红外光线检测模块102，用于进行红外光线检测模块的红外光线检测；

计算模块103，用于进行红外光线检测信号和六轴传感器的加速度信号的处理和计算；

报警模块104，用于发送跌倒报警。

上述红外光线检测模块102、计算模块103和报警模块104等程序模块被执行时所实现的功能或操作步骤与上述实施例大体相同，在此不再赘述。

此外，为实现上述跌倒报警检测方法，所述跌倒报警检测装置还包括存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有可在所述微处理器上运行的跌倒报警程序，所述跌倒报警程序被所述微处理器执行，以实现如下操作：

步骤S10：采集检测信号；所述检测信号包括红外光线检测模块的红外光线检测信号和六轴传感器检测的加速度信号；

步骤S20：对所述红外光线检测信号进行处理以得到手臂与地面的角度变化；

步骤S30：根据所述角度变化和所述加速度信号进行跌倒判断，当判断为跌倒时，触发跌倒报警。

本发明的存储介质具体实施方式与上述跌倒报警检测装置和方法各实施例基本相同，在此不作累述。

实施例二：

请参阅图6，本发明实施例二提供一种跌倒报警检测装置，所述跌倒报警检测装置佩戴在人体手腕上，具体在一些实施例中，所述跌倒报警检测装置可以是监护手表、监护手环等。所述跌倒报警检测装置包括微处理器10及与所述微处理器10连接的声音检测模块20和六轴传感器40；所述声音检测模块20包括与微处理器10连接的发声模块21和声音接收模块22以用于周期发送声音信号并接收所述声音信号的反射信号；所述发送的声音信号为Chirp信号，所述Chirp信号的频率为200hz-2khz之间变化。为了提升检测准确性，发声模块21于所述跌倒报警检测装置的近手侧设置有发声点和接收点，因为当正常人手臂下垂，方便发声模块21通过发声点发送声音信号，由接收点接收反射信号。所述六轴传感器40用于检测手臂的运动状态。所述跌倒报警检测装置还包括红外检测模块50、温度传感器60和通信模块70，所述红外检测模块50、温度传感器60和通信模块70分别与所述微处理器10连接；所述红外检测模块50用于检测人体心率和血压；所述温度传感器60用于检测空气温度；所述通信模块70用于所述报警检测装置对外网络连接；所述通信模块包括蓝牙、无线WiFi和移动通信模块，以实现与监护主机连接，医护人员通过所述监护主机实现对老人状态的实时监护，并通过所述通信模块接收老人跌倒的报警信息。其中，所述红外检测模块50通过检测人体的心率和血压辅助实现对老人跌倒的检测；所述温度传感器60可以获得空气温度，在一些实施例中，老人佩戴的监护手表或监护手环中没有配置温度传感器，也可以通过网络从服务器或互联网中获取空气温度。

请参见图7，本发明提供一种跌倒报警检测方法，所述跌倒报警检测方法应用于上述的跌倒报警检测装置，具体地，所述跌倒报警检测方法包括：

步骤S1：采集到声音检测信号；所述声音检测信号包括按照预设的时间周期发送声音信号及接收到的所述声音信号的反射信号；具体地，按照预设的第二时间周期发送声音信号，并接收所述声音信号的反射信号；所述声音信号为Chirp信号，所述Chirp信号的频率为200hz-2khz之间变化；使用变化的声音信号，能够更精确地计算反射时间；Chirp信号的峰值相对比较尖锐，因此，Chirp信号的峰值更容易被检测，从而得到更准确的时间点；所述预设的第二时间周期为发送0.5-3ms，间隔2-12ms；具体在本发明一实施例中，使用发送1ms，间隔4ms的时间周期。

步骤S2：对所述反射信号通过预处理得到第一信号；其中，所述预处理包括消底噪处理、高通滤波处理、信号放大处理和模数转换处理；

步骤S3：将所述第一信号与所述声音信号进行频率对比，以得到对比的频率最大值；通过对接收到的反射信号的依次处理，得到清晰的反射信号的频率变化，将所述第一信号与发送的所述声音信号进行频率对比，其计算公式为：

f_r(t)＝A×f_s(t-t₀)+n₀(t)

其中，t表示为所述延迟时间，t₀表示为发送声音信号的起始时间，f_r表示接收反射信号频率，A表示常数，f_s表示发送声音信号频率，n₀表示放大频率；R_r,s表示第一信号与所述声音信号的对比频率，r表示接收反射信号的时间，d表示距离常数。

步骤S4：将所述频率最大值对应的时间与发送声音信号的开始时间的时间差作为延迟时间；

步骤S5：根据所述延迟时间计算反射点与发声点之间的距离，以获得预设的一段时间内的距离变化；其计算公式为：

其中，

v＝331.3+0.606×temp

其中，temp表示空气温度，v表示速度，h表示距离，t表示延迟时间。

具体地，空气温度可以通过网络从互联网或服务器获取，也可以由温度传感器测量得到。

根据预设的一段时间，例如5分钟，可以得到距离h的变化范围，使用距离变化(h₀,h_n)表示，通过加权平均法，也可以计算得到一段时间内的平均距离h_a。

步骤S6：预设高度阈值；所述高度阈值为六轴传感器收集正常手臂运动状态时手臂距离地面的高度范围；

步骤S7：判断所述距离变化是否超出所述高度阈值，当所述距离变化超出所述高度阈值且检测到所述六轴传感器的运动状态为快速运动时，触发跌倒报警；

步骤S8：持续检测所述距离变化，当所述距离变化重新恢复到所述高度阈值内时，解除报警；否则持续报警。

具体地，预设的高度阈值可根据一段时间内由六轴传感器收集正常手臂运动状态时手臂距离地面的高度范围；并根据平均距离h_a进行预行设置，具体在本发明一实施例中，平均距离h_a为0.4米，距离变化(h₀,h_n)为(0.3米，0.5米)，则预设的高度阈值为(0.3米，0.5米)。

判断所述距离变化是否超出所述高度阈值范围，正常情况下，检测的反射点与发声点之间的距离变化，即手臂的高度变化应在预设的高度阈值(0.3米，0.5米)范围内，当检测到的距离变化超出了所述高度阈值时，初步判断老人发生了跌倒，结合上述的距离变化并同时检测到所述六轴传感器的运动状态为快速运动时，判断老人发生了跌倒，触发跌倒报警。同时保持对距离变化继续检测，检测所述距离变化是否恢复在所述高度阈值内，当所述距离变化恢复在所述高度阈值内时，解除报警，同时继续通过声音检测信号对老人的状态进行检测。当检测所述距离变化没有恢复，则持续进行报警，同时发送特定呼唤声音，例如呼唤老人名字，询问老人情况等，并收集环境声音，当收集到的环境声音包含预设的关键声音时，例如“救命”、呻吟声、“快来”等关键声音时，对当前的持续报警进行升级，发送紧急报警。

优选地，还可以结合老人的身体特征例如血压、心率，以及使用六轴传感器所感测的老人运动状态，以实现对老人跌倒的辅助判断，增加了老人跌倒判断的准确性。

参照图8所示，为本发明一实施例中的跌倒报警程序的程序模块示意图，该实施例中，跌倒报警程序可以被分割为声音检测模块101、计算模块103和报警模块104，示例性地：

声音检测模块101，用于进行声音检测模块的声音检测；

计算模块103，用于进行声音检测信号、红外光线检测信号和六轴传感器的加速度信号的处理和计算；

报警模块104，用于发送跌倒报警。

上述声音检测模块101、计算模块103和报警模块104等程序模块被执行时所实现的功能或操作步骤与上述实施例大体相同，在此不再赘述。

此外，为实现上述跌倒报警检测方法，所述跌倒报警检测装置还包括存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有可在所述微处理器上运行的跌倒报警程序，所述跌倒报警程序被所述微处理器执行，以实现如下操作：

步骤S1：采集到声音检测信号；所述声音检测信号包括按照预设的时间周期发送声音信号及接收到的所述声音信号的反射信号；

步骤S2：对所述反射信号通过预处理得到第一信号；其中，所述预处理包括消底噪处理、高通滤波处理、信号放大处理和模数转换处理；

步骤S3：将所述第一信号与所述声音信号进行频率对比，以得到对比的频率最大值；

步骤S4：将所述频率最大值对应的时间与发送声音信号的开始时间的时间差作为延迟时间；

步骤S5：根据所述延迟时间计算反射点与发声点之间的距离，以获得预设的一段时间内的距离变化；

步骤S6：预设高度阈值；所述高度阈值为六轴传感器收集正常手臂运动状态时手臂距离地面的高度范围；

步骤S7：判断所述距离变化是否超出所述高度阈值，当所述距离变化超出所述高度阈值且检测到所述六轴传感器的运动状态为快速运动时，触发跌倒报警；

步骤S8：持续检测所述距离变化，当所述距离变化重新恢复到所述高度阈值内时，解除报警；否则持续报警。

本发明的存储介质具体实施方式与上述跌倒报警检测装置和方法各实施例基本相同，在此不作累述。

实施例三：

请参阅图9，本发明一实施例提供一种跌倒报警检测装置，所述跌倒报警检测装置佩戴在人体手腕上，具体在一些实施例中，所述跌倒报警检测装置可以是监护手表、监护手环等。所述跌倒报警检测装置包括微处理器10及与所述微处理器10连接的声音检测模块20、红外光线检测模块30和六轴传感器40；所述声音检测模块20包括与微处理器10连接的发声模块21和声音接收模块22以用于周期发送声音信号并接收所述声音信号的反射信号；所述发送的声音信号为Chirp信号，所述Chirp信号的频率为200hz-2khz之间变化。为了提升检测准确性，发声模块21于所述跌倒报警检测装置的近手侧设置有发声点和接收点，因为当正常人手臂下垂，方便发声模块21通过发声点发送声音信号，由接收点接收反射信号。

所述红外光线检测模块30包括平行与手臂的圆柱形透明管状容器31，在所述管状容器31内存放有少量透明液体，所述透明液体的体积小于所述管状容器容积的一半；优选地，为了增加光线的易检测性，优选使用带有颜色的透明液体；在所述管状容器31近手端两侧设置有与所述微处理器10连接的光电传感器32，所述光电传感器32包括发射管321和相对于所述发射管321设置于所述管状容器31另一侧的接收管322，所述发射管321发送红外光线穿过所述管状容器31由所述接收管322接收所述红外光线；优选地，在另一实施例中，增加发射管和接收管的数量以提升对管状容器内的透明液体的检测能力，使检测结果更准确；所述六轴传感器40用于检测手臂的运动状态。所述跌倒报警检测装置还包括红外检测模块50、温度传感器60和通信模块70，所述红外检测模块50、温度传感器60和通信模块70分别与所述微处理器10连接；所述红外检测模块50用于检测人体心率和血压；所述温度传感器60用于检测空气温度；所述通信模块70用于所述报警检测装置对外网络连接；所述通信模块包括蓝牙、无线WiFi和移动通信模块，以实现与监护主机连接，医护人员通过所述监护主机实现对老人状态的实时监护，并通过所述通信模块接收老人跌倒的报警信息。其中，所述红外检测模块50通过检测人体的心率和血压辅助实现对老人跌倒的检测；所述温度传感器60可以获得空气温度，在一些实施例中，老人佩戴的监护手表或监护手环中没有配置温度传感器，也可以通过网络从服务器或互联网中获取空气温度。

请参见图10，本发明提供一种跌倒报警检测方法，所述跌倒报警检测方法应用于上述的跌倒报警检测装置，具体地，所述跌倒报警检测方法包括：

步骤S10：采集检测信号；所述检测信号包括声音检测模块的声音检测信号、红外光线检测模块的红外光线检测信号和六轴传感器检测的加速度信号；

步骤S20：对所述声音检测信号进行处理以得到发声点与反射点之间的距离变化；

步骤S30：对所述红外光线检测信号进行处理以得到手臂与地面的角度变化；

步骤S40：根据所述距离变化、所述角度变化和所述加速度信号进行跌倒判断，当判断为跌倒时，触发跌倒报警。

具体地，按照预设的第一时间周期发送声音信号，并接收所述声音信号的反射信号；所述声音信号为Chirp信号，所述Chirp信号的频率为200hz-2khz之间变化；使用变化的声音信号，能够更精确地计算反射时间；Chirp信号的峰值相对比较尖锐，因此，Chirp信号的峰值更容易被检测，从而得到更准确的时间点；所述预设的第一时间周期为发送0.5-3ms，间隔2-12ms；具体在本发明一实施例中，使用发送1ms，间隔4ms的时间周期。

同样地，按照预设的第二时间周期由光电传感器的发射管发送红外光线信号，所述预设的第二时间周期为每隔1-20ms发送一次，具体在一实施例中，选择每间隔4ms发送一次。接收管接收所述发射管发送的红外光线信号，红外光线信号穿过管状容器内的透明液体，由于手臂在自然摆动过程中，管状容器内的透明液体会随着手臂的摆动而晃动，从而影响到接收管接收到的红外光线信号的光强度变化，根据光强度变化值以得到管状容器与地面的角度，即手臂与地面的角度。

请参阅图11，具体地，所述步骤S20包括：

步骤S210：采集到声音检测信号；所述声音检测信号包括按照预设的时间周期发送声音信号及接收到的所述声音信号的反射信号；

步骤S220：对所述反射信号通过预处理得到第一信号；其中，所述预处理包括消底噪处理、高通滤波处理、信号放大处理和模数转换处理；

步骤S230：将所述第一信号与所述声音信号进行频率对比，以得到对比的频率最大值；

通过对接收到的反射信号的依次处理，得到清晰的反射信号的频率变化，将所述第一信号与发送的所述声音信号进行频率对比，其计算公式为：

f_r(t)＝A×f_s(t-t₀)+n₀(t)

其中，t表示为所述延迟时间，t₀表示为发送声音信号的起始时间，f_r表示接收反射信号频率，A表示常数，f_s表示发送声音信号频率，n₀表示放大频率；R_r,s表示第一信号与所述声音信号的对比频率，r表示接收反射信号的时间，d表示距离常数。

步骤S240：将所述频率最大值对应的时间与发送声音信号的开始时间的时间差作为延迟时间；

步骤S250：根据所述延迟时间计算反射点与发声点之间的距离，以获得预设的一段时间内的距离变化；其计算公式为：

其中，

v＝331.3+0.606×temp

其中，temp表示空气温度，v表示速度，h表示距离，t表示延迟时间。

具体地，空气温度可以通过网络从互联网或服务器获取，也可以由温度传感器测量得到。

根据预设的一段时间，例如5分钟，可以得到距离h的变化范围，使用距离变化(h₀,h_n)表示，通过加权平均法，也可以计算得到一段时间内的平均距离h_a。

请参阅图12，所述步骤S30包括：

步骤S310：采集到红外光线检测信号；所述红外光线检测信号包括光电传感器的发射管按照预设周期发送的红外光线信号及接收管收到的红外光线信号；

步骤S320：对采集到的所述红外光线信号的光强度进行分析，通过光强度变化以得到管状容器与地面的角度变化，也即手臂与地面的角度变化。

请参阅图13，所述步骤S40包括：

步骤S410：预设高度阈值和角度阈值；所述高度阈值为六轴传感器收集正常手臂运动状态时手臂距离地面的高度范围；所述角度阈值为预设角度范围内；

步骤S420：判断所述距离变化是否超出所述高度阈值以及所述角度变化是否超出所述角度阈值，当所述距离变化超出所述高度阈值以及角度变化超出所述角度阈值且检测到所述六轴传感器的运动状态为快速运动时，触发跌倒报警；

步骤S430：持续检测所述距离变化和角度变化，当所述距离变化重新恢复到所述高度阈值内以及所述角度变化恢复到角度阈值内时，解除报警；否则持续报警。

具体地，预设的高度阈值可根据一段时间内由六轴传感器收集正常手臂运动状态时手臂距离地面的高度范围；并根据平均距离h_a进行预行设置，具体在本发明一实施例中，平均距离h_a为0.4米，距离变化(h₀,h_n)为(0.3米，0.5米)，则预设的高度阈值为(0.3米，0.5米)。

判断所述距离变化是否超出所述高度阈值范围，正常情况下，检测的反射点与发声点之间的距离变化，即手臂的高度变化应在预设的高度阈值(0.3米，0.5米)范围内，当检测到的距离变化超出了所述高度阈值时，初步判断老人发生了跌倒。同时，通过光强度变化得到的管状容器与地面的角度变化，也即手臂与地面的角度变化，当角度变化超出所述角度阈值时，具体在一实施例中，当手臂与地面的角度低于30°时，结合上述的距离变化并同时检测到所述六轴传感器的运动状态为快速运动时，判断老人发生了跌倒，触发跌倒报警。同时保持对距离变化和角度变化继续检测，检测所述距离变化是否恢复在所述高度阈值内，角度变化是否恢复到所述角度阈值内，当所述距离变化恢复在所述高度阈值内，角度变化恢复到所述角度阈值内时，解除报警，同时继续通过声音检测信号和红外光线信号对老人的状态进行检测。当检测所述距离变化没有恢复，角度变化也没有恢复，则持续进行报警，同时发送特定呼唤声音，例如呼唤老人名字，询问老人情况等，并收集环境声音，当收集到的环境声音包含预设的关键声音时，例如“救命”、呻吟声、“快来”等关键声音时，对当前的持续报警进行升级，发送紧急报警。

优选地，还可以结合老人的身体特征例如血压、心率，以及使用六轴传感器所感测的老人运动状态，以实现对老人跌倒的辅助判断，增加了老人跌倒判断的准确性。

参照图14所示，为本发明一实施例中的跌倒报警程序的程序模块示意图，该实施例中，跌倒报警程序可以被分割为声音检测模块101、红外光线检测模块102、计算模块103和报警模块104，示例性地：

声音检测模块101，用于进行声音检测模块的声音检测；

红外光线检测模块102，用于进行红外光线检测模块的红外光线检测；

计算模块103，用于进行声音检测信号、红外光线检测信号和六轴传感器的加速度信号的处理和计算；

报警模块104，用于发送跌倒报警。

上述声音检测模块101、红外光线检测模块102、计算模块103和报警模块104等程序模块被执行时所实现的功能或操作步骤与上述实施例大体相同，在此不再赘述。

此外，为实现上述跌倒报警检测方法，所述跌倒报警检测装置还包括存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有可在所述微处理器上运行的跌倒报警程序，所述跌倒报警程序被所述微处理器执行，以实现如下操作：

步骤S10：采集检测信号；所述检测信号包括声音检测模块的声音检测信号、红外光线检测模块的红外光线检测信号和六轴传感器检测的加速度信号；

步骤S20：对所述声音检测信号进行处理以得到发声点与反射点之间的距离变化；

步骤S30：对所述红外光线检测信号进行处理以得到手臂与地面的角度变化；

步骤S40：根据所述距离变化、所述角度变化和所述加速度信号进行跌倒判断，当判断为跌倒时，触发跌倒报警。

本发明的存储介质具体实施方式与上述跌倒报警检测装置和方法各实施例基本相同，在此不作累述。

与现有技术相比，本发明提供的跌倒报警检测装置和方法，通过声音检测信号、红外光线检测信号并结合六轴传感器检测的加速度信号判断老人是否发生跌倒，避免了跌倒报警产生的误判和漏判问题，增加了在老人监护过程中的跌倒报警检测准确性，提升监护效率，降低了因报警问题而产生意外事故。

需要说明的是，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。并且本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是无人机、手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种跌倒报警检测装置，所述跌倒报警检测装置佩戴在人体手腕上，其特征在于，所述跌倒报警检测装置包括微处理器及与所述微处理器连接的红外光线检测模块和六轴传感器；所述红外光线检测模块包括平行与手臂的圆柱形透明管状容器，在所述管状容器内存放有少量透明液体，在所述管状容器近手端两侧设置有与所述微处理器连接的光电传感器，所述光电传感器包括发射管和相对于所述发射管设置于所述管状容器另一侧的接收管，所述发射管发送红外光线穿过所述管状容器由所述接收管接收所述红外光线；所述六轴传感器用于检测手臂的运动状态。

2.根据权利要求1所述的跌倒报警检测装置，其特征在于，所述跌倒报警检测装置还包括声音检测模块，所述声音检测模块包括与微处理器连接的发声模块和声音接收模块以用于周期发送声音信号并接收所述声音信号的反射信号；所述发送的声音信号为Chirp信号，所述Chirp信号的频率为200hz-2khz之间变化。

3.根据权利要求1所述的跌倒报警检测装置，其特征在于，所述透明液体的体积小于所述管状容器容积的一半。

4.根据权利要求1所述的跌倒报警检测装置，其特征在于，所述跌倒报警检测装置还包括红外检测模块、温度传感器和通信模块，所述红外检测模块、温度传感器和通信模块分别与所述微处理器连接；所述红外检测模块用于检测人体心率和血压；所述温度传感器用于检测空气温度；所述通信模块用于所述报警检测装置对外网络连接。

5.一种跌倒报警检测方法，其特征在于，包括：

步骤S10：采集检测信号；所述检测信号包括红外光线检测模块的红外光线检测信号和六轴传感器检测的加速度信号；

步骤S20：对所述红外光线检测信号进行处理以得到手臂与地面的角度变化；

步骤S30：根据所述角度变化和所述加速度信号进行跌倒判断，当判断为跌倒时，触发跌倒报警。

6.根据权利要求5所述的跌倒报警检测方法，其特征在于，所述步骤S20包括：

步骤S210：采集到红外光线检测信号；所述红外光线检测信号包括光电传感器的发射管按照预设周期发送的红外光线信号及接收管收到的红外光线信号；

步骤S220：对采集到的所述红外光线信号的光强度进行分析，通过光强度变化以得到管状容器与地面的角度变化，也即手臂与地面的角度变化。

7.根据权利要求5所述的跌倒报警检测方法，其特征在于，所述步骤S30包括：

步骤S310：预设角度阈值；所述角度阈值为预设角度范围内；

步骤S320：判断所述角度变化是否超出所述角度阈值，当所述角度变化超出所述角度阈值且检测到所述六轴传感器的运动状态为快速运动时，触发跌倒报警；

步骤S330：持续检测所述角度变化，当所述角度变化恢复到角度阈值内时，解除报警；否则持续报警。

8.根据权利要求5所述的跌倒报警检测方法，其特征在于，所述跌倒报警检测方法还包括：

采集到声音检测信号；所述声音检测信号包括按照预设的时间周期发送声音信号及接收到的所述声音信号的反射信号；

对所述反射信号通过预处理得到第一信号；其中，所述预处理包括消底噪处理、高通滤波处理、信号放大处理和模数转换处理；

将所述第一信号与所述声音信号进行频率对比，以得到对比的频率最大值；

将所述频率最大值对应的时间与发送声音信号的开始时间的时间差作为延迟时间；

根据所述延迟时间计算反射点与发声点之间的距离，以获得预设的一段时间内的距离变化；

预设高度阈值；所述高度阈值为六轴传感器收集正常手臂运动状态时手臂距离地面的高度范围；

判断所述距离变化是否超出所述高度阈值，当所述距离变化超出所述高度阈值且检测到所述六轴传感器的运动状态为快速运动时，触发跌倒报警；

持续检测所述距离变化，当所述距离变化重新恢复到所述高度阈值内时，解除报警；否则持续报警。

9.根据权利要求8所述的跌倒报警检测方法，其特征在于，所述第一信号与所述声音信号进行频率对比计算公式为：

f_r(t)＝A×f_s(t-t₀)+n₀(t)

其中，t表示为所述延迟时间，t₀表示为发送声音信号的起始时间，f_r表示接收反射信号频率，A表示常数，f_s表示发送声音信号频率，n₀表示放大频率；R_r，s表示第一信号与所述声音信号的对比频率，r表示接收反射信号的时间，d表示距离常数。

10.根据权利要求8所述的跌倒报警检测方法，其特征在于，所述反射信号的反射点与所述声音信号的发声点之间的距离计算公式为：

其中，

v＝331.3+0.606×temp

其中，temp表示空气温度，v表示速度，h表示距离，t表示延迟时间。

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