CN202650197U - 一种防跌倒装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种防跌倒装置，属于电子技术领域。它解决了现有技术中使用者跌倒的判别根据不够准确，容易产生误报警的问题。本防跌倒装置包括用于给元器件提供能量的电源模块，还包括用于对佩戴者运动状态的检测信号进行读取判别并做出控制处理的微控制器，微控制器的A/D输入口分别连接有用于测量物体的加速度的惯性感测元件加速度计和用于感测与维持方向的陀螺仪，微控制器的控制信号输出口连接有报警单元和可弹出的安全气囊。该装置通过对使用者身体姿态和运动的实时检测，能进行防护措施防止老年人受到跌倒伤害。
Description
技术领域
本实用新型属于电子技术领域，涉及一种防跌倒装置。
背景技术
随着老年人口的剧增，老龄化问题成为当前社会的最突出问题。目前已知世界范围内60岁以上的老年人口已超过6亿。“十二五”时期我国人口老龄化加速发展，人口老龄化形势更加严峻，将呈现出老龄化、高龄化、空巢化加速发展的三个新特征。
同时跌倒对于老年人群而言是一个很严重的问题，老年人群跌倒的发生率远高于年轻人，除了肢体上的伤害，跌倒之后在心理及社交生活上也可能造成严重的后遗症。据统计，约三分之一65岁以上老人平均每年跌倒一次，而且比例随着年龄增长而增加，80岁以上老年人跌倒的年发生率可高达50％。同时有些疾病造成人的身体不平衡也容易跌倒。面对这种情况，发展跌倒智能探测和防护系统，具有正面现实意义。
且中国专利文献公开了申请号为201020117453的一种跌倒防护装置，该装置包括头盔和报警装置,其中头盔为由气囊构成的充气头盔，报警装置装设在头盔气囊内部。报警装置通过压力传感器检查到的人跌倒时的压力变化启动报警提示，该装置即预防了跌倒受伤的同时，还具有唤人救援的功能，但是该跌倒防护装置是在人跌倒后通过压力检测作为使用者跌倒的判别根据不够准确，容易产生误报警，且该装置的头盔结构直接戴在头上会造成使用者的舒适度较差。
发明内容
本实用新型针对现有的技术存在上述问题，提出了一种防跌倒装置，该装置通过对使用者身体姿态和运动的实时检测，能进行防护措施防止老年人受到跌倒伤害。
本实用新型通过下列技术方案来实现：一种防跌倒装置，该装置包括用于给元器件提供能量的电源模块，其特征在于，该装置还包括用于对佩戴者运动状态的检测信号进行读取判别并做出控制处理的微控制器，所述的微控制器的A/D输入口分别连接有用于测量物体的加速度的惯性感测元件加速度计和用于感测与维持方向的陀螺仪，所述的微控制器的控制信号输出口连接有报警单元和可弹出的安全气囊。
电源模块给装置的元器件供电，加速计和陀螺仪分别实时检测佩戴者运动的惯性加速度和佩戴者维持平衡的方向和角度，微控制器从A/D输入口分别读取加速度计和陀螺仪的检测数据，微控制器根据读取的数据通过预设在微控制器内部的跌倒检测算法得出角速度，在比对加速度小于设定阈值时，进一步比对本次加速度与前一次角速度是否减少、当前角速度与前一次的速度是否增加，上述的判断都满足时并进行计数，在满足上述判定的计数次数达到预设值说明佩戴者正在发生跌倒，微控制器通过控制信号输出口发出控制指令控制安全气囊弹出对佩戴者进行保护，同时微控制器控制报警单元发出警报声提醒身边的人进行救援。
在上述的防跌倒装置中，所述的微控制器还连接有用于与上位机实现无线通讯的无线传输模块。微控制器读取加速度计和陀螺仪的检测数据，并将数据送给无线模块的发送寄存器。无线模块在将数据发送到在上位机的另一块无线模块处，上位机读取接收到的数据，实时画出合加速度和合角速度的波形，可对不同的佩戴者的检查数据进行分析和对本防跌倒装置的升级。
在上述的防跌倒装置中，所述的安全气囊压缩佩戴在腰部，安全气囊接收微控制器发出打开控制指令进行充气打开。安全气囊佩戴在腰部使佩戴者更舒适，在微控制器判定佩戴者在发生跌倒动作时控制安全气囊充气打开一直保护到佩戴者的头部。
在上述的防跌倒装置中，所述的微控制器为STM32F103RBT6单片机。
在上述的防跌倒装置中，所述的加速度计为ADXL345三轴加速度计。AD XL345三轴加速度计是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，使本装置整体结构小适于佩戴且携带方便。
在上述的防跌倒装置中，所述的陀螺仪为L3G4200D三轴陀螺仪。陀螺仪主要是由一个位于轴心可以旋转的轮子构成。当陀螺转子以极高速度旋转时，就产生了惯性，这惯性使得陀螺转子的旋转轴保持在空间，指向一个固定的方向，同时反抗任何改变转子轴向的力量。
现有技术相比，本实用新型坐姿监视装置具有以下优点：
1、本实用新型通过该装置通过对使用者身体姿态和运动的实时检测，当发生异常跌倒时，能进行防护措施防止老年人受到跌倒伤害。通过这样不仅可以减轻社会和子女的压力，也可以让老年人不再因为害怕跌倒而减少外出，提高老年人生活的品质水平。
2、本实用新型防跌倒装置结构简单，适于携带且给佩戴者带来了舒适性和针对个人进行的升级调整，使的本实用新型对跌倒状况的判断更加的准确。
3、本实用新型通过无线模块与上位机进行通讯连接，方便对检测的加速度和角速度的实时监测和研究，同时方便针对个体跌倒的角速度和加速度的差异调整本防跌倒装置的检测算法和判断预设值使得本装置针对不同的人都能这么准确。
附图说明
图1是本实用新型防跌倒装置的结构示意图。
图中1、微控制器；11、A/D输入口；12、控制信号输出口；2、安全气囊；3、无线传输模块；4、三轴加速度计；5、三轴陀螺仪；6、电源模块；7、报警单元。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
如图1所示，本防跌倒装置包括用于给元器件提供能量的电源模块6，还包括用于对佩戴者运动状态的检测信号进行读取判别并做出控制处理的微控制器1，微控制器1的A/D输入口11分别连接有用于测量物体的加速度的惯性感测元件加速度计和用于感测与维持方向的陀螺仪，微控制器1的控制信号输出口12连接有报警单元7、可弹出的安全气囊2和用于与上位机实现无线通讯的无线传输模块3。安全气囊2压缩佩戴在腰部，安全气囊2接收微控制器1发出打开控制指令进行充气打开。
微控制器1为STM32F103RBT6单片机。STM32F103RBT6单片机使用
CortexTM-M332位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。该器件还包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM定时器。
加速度计为ADXL345三轴加速度计。ADXL345三轴加速度计是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，使本装置整体结构小适于佩戴且携带方便。加速度计按输入轴数目分类，有单轴、双轴和三轴加速度计，这里选用三轴加速度传感器用于多角度检测物体运动加速度使得判定佩戴者的跌倒数据更加的准确。
陀螺仪为L3G4200D三轴陀螺仪。陀螺仪主要是由一个位于轴心可以旋转的轮子构成。陀螺仪具有定轴性和逆动性两个基本特性。当陀螺转子以极高速度旋转时，就产生了惯性，这惯性使得陀螺转子的旋转轴保持在空间，指向一个固定的方向，同时反抗任何改变转子轴向的力量。而根据逆动性，在运转中的陀螺仪，如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上，则旋转轴并不沿施力方向运动，而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动。
以下是本实用新型防跌倒装置的工作原理：
电源模块6给装置的元器件供电，三轴加速度计4和三轴陀螺仪5分别实时检测佩戴者运动的惯性加速度和佩戴者维持平衡的方向和角度，微控制器1从A/D输入口11分别读取三轴加速度计4和三轴陀螺仪5的检测数据，微控制器1根据读取的数据通过预设在微控制器内部的跌倒检测算法得出角速度，在比对加速度小于设定阈值时，进一步比对本次加速度与前一次角速度是否减少、当前角速度与前一次的速度是否增加，上述的判断都满足时并进行计数，在满足上述判定的计数次数达到预设值说明佩戴者正在发生跌倒，微控制器1通过控制信号输出口12发出控制指令控制安全气囊2弹出对佩戴者进行保护，同时微控制器1控制报警单元7发出警报声提醒身边的人进行救援。微控制器1在读取三轴加速度计4和三轴陀螺仪5的检测数据的同时并将数据送给无线传输模块3的发送寄存器。无线传输模块3在将数据发送到在上位机的另一块无线模块处，上位机读取接收到的数据，实时画出合加速度和合角速度的波形，可对不同的佩戴者的检查数据进行分析和对本防跌倒装置的升级。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了微控制器1、A/D输入口11、控制信号输出口12、安全气囊2、无线传输模块3、三轴加速度计4、三轴陀螺仪5、电源模块6、报警单元7等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
Claims (6)
1.一种防跌倒装置，该装置包括用于给元器件提供能量的电源模块（6），其特征在于，该装置还包括用于对佩戴者运动状态的检测信号进行读取判别并做出控制处理的微控制器（1），所述的微控制器（1）的A/D输入口（11）分别连接有用于测量物体的加速度的惯性感测元件加速度计和用于感测与维持方向的陀螺仪，所述的微控制器（1）的控制信号输出口（12）连接有报警单元（7）和可弹出的安全气囊（2）。
2.根据权利要求1所述的防跌倒装置，其特征在于，所述的微控制器（1）还连接有用于与上位机实现无线通讯的无线传输模块（3）。
3.根据权利要求1或2所述的防跌倒装置，其特征在于，所述的安全气囊（2）压缩佩戴在腰部，安全气囊（2）接收微控制器（1）发出打开控制指令进行充气打开。
4.根据权利要求3所述的防跌倒装置，其特征在于，所述的微控制器（1）为STM32F 103RBT6单片机。
5.根据权利要求4所述的防跌倒装置，其特征在于，所述的加速度计为ADXL345三轴加速度计。
6.根据权利要求5所述的防跌倒装置，其特征在于，所述的陀螺仪为L3G4200D三轴陀螺仪。
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