CN204029116U

CN204029116U - 一种腕带触压检测摔倒装置及其所构成的报警系统

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Publication number: CN204029116U
Application number: CN201420508157.0U
Authority: CN
Inventors: 林文涛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2024-09-04

Abstract

本实用新型公开了一种腕带触压检测摔倒装置，主要由表盘（1），以及设置在表盘（1）两侧的腕带（2）组成，其特征在于，在表盘（1）的内部设有中央处理器（11），与中央处理器（11）相连接的3轴加速度传感器（12），以及与中央处理器（11）相连接的腕带触压检测电路（13）等组成。本实用新型同时还公开一种由腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统。本实用新型的腕带触压检测摔倒装置不仅可以作为手表使用，而且在经过防水处理后还能带进浴室，因此更适合用于高危险的摔倒场合，其应用面较广。同时本实用新型通过两次不同条件状况的中断使能判断才能最终确定是否发生摔倒行为，且其判定标准非常合理和科学，因此能极大的降低人体摔倒误判率。

Description

一种腕带触压检测摔倒装置及其所构成的报警系统

技术领域

本实用新型涉及一种对人体运动的行为、状态等进行检测和识别的装置，具体是指一种腕带触压检测摔倒装置及其所构成的报警系统。

背景技术

目前，老年人摔倒逐渐成为一个重要的公共健康问题。摔倒不仅可能会致使老年人失去意识，而且还会造成残疾或引起死亡。因此，对老年人的行为进行跟踪分析，并自动检测出摔倒行为，使摔倒者得到及时救助便是一种非常必要的技术工作。

然而，目前的人体摔倒检测技术均是单纯的采用内置加速度传感器的加速度变化情况来判断是否有摔倒行为发生。由于发生摔倒行为的动作复杂多样化，如分前仰摔倒、后仰摔倒和侧仰摔倒等情况，以及在摔倒过程中人体所佩戴的加速度传感器的位置不同和摔倒过程中人体反应动作各不相同，均会对加速度的变化情况产生影响。如设备佩戴在躯干时，则在人体起步走动，从站立状态到坐下状态均会产生与摔倒情况相近的加速度变化情况；由于摔倒行为发生的一个高发地点在浴室，设备佩戴在躯干位置在洗浴时要除下不大适合。因此设备最适合作为手表佩戴在手腕上，作防水处理后沐浴时亦不需要摘下。如设备佩戴在手腕，由于手腕平常活动情况更多样复杂，如击掌，甩手等动作也会产生与摔倒情况相近的加速度变化。

综上所述，目前人们单纯的采用加速度变化情况来判定摔倒行为时，其误判率较高，不能真实、客观的反应出实际情况，不利于推广和应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服目前人们所采用的摔倒检测技术存在误判率较高的缺陷，提供一种高效、简洁、误判率低的腕带触压检测摔倒装置。

本实用新型的另一目的在于提供一种由上述腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种腕带触压检测摔倒装置，主要由表盘，以及设置在表盘两侧的腕带组成，同时还在表盘的内部设有中央处理器，与中央处理器相连接的3轴加速度传感器，以及与中央处理器相连接的腕带触压检测电路；且在一侧的腕带内部设有与腕带触压检测电路相连接的腕带触压感应装置Ⅰ，在另一侧的腕带内部设有与腕带触压检测电路相连接的腕带触压感应装置Ⅱ。

进一步地，所述腕带触压感应装置Ⅰ和腕带触压感应装置Ⅱ均由内置在腕带上表面和下表面处的金属薄片，以及填充在两片金属薄片之间的弹性电介质组成。

为确保使用效果，所述腕带触压检测电路优先采用电容信号转换集成电路来实现，而弹性电介质则优先采用为醋酸纤维来实现。

其中，所述腕带触压检测电路主要由信号调理电路、与信号调理电路相连接的积分器Ⅰ和积分器Ⅱ，以及与积分器Ⅰ和积分器Ⅱ相连接的参考振荡器组成；所述腕带触压感应装置Ⅰ与积分器Ⅰ相连接，而腕带触压感应装置Ⅱ则与积分器Ⅱ相连接。

一种由腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统，其还包括有设置在表盘内部并均与中央处理器相连接的定位装置、手动报警按键及无线通讯收发模块，通过无线网络与无线通讯收发模块相连接的云端服务器，以及通过无线网络与云端服务器相连接的报警终端。其中，该报警终端为智能手机、电话、笔记本电脑或平板电脑。

一种由腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统的实现方法，主要包括以下步骤：

（1）启动报警系统，设定3轴加速度传感器任一轴的中断阈值，开启加速度中断使能，并进行腕带触压检测电路的初始化校准，进入待机等待状态；

（2）当3轴加速度传感器任一轴的加速度值a大于预先设定的加速度中断阈值时，触发加速度中断处理程序，并延迟2分钟开启腕带触压中断使能；

（3）当腕带有触压行为发生时，则触发腕带触压中断处理程序，发出预报警提醒信号5秒，并执行步骤（4）；否，则返回待机等待状态；

（4）判定腕带触压检测摔倒装置是否离开接触物体？是，则判定为误判，报警系统取消报警；否，则判定为摔倒且人体已无意识，则执行步骤（5）；

（5）报警系统的蜂鸣器发出求救报警声，并同时触发定位装置进行定位；

（6）报警系统将定位信息上传至云端服务器，并通过云端服务器将定位信息转换成地理位置信息发送给预设的紧急联系人。

为确保使用效果，步骤（1）所述的“3轴加速度传感器任一轴的中断阈值”的取值为2g。同时，步骤（1）中所述的“腕带触压检测电路的初始化校准”是指：在腕带戴上手腕后没有接触外物的初始条件下，由腕带触压感应装置Ⅰ的电容值Cx1与腕带触压感应装置Ⅱ的电容值Cx2分别通过积分器Ⅰ和积分器Ⅱ转换成相应的电压，并经信号调理电路处理得到一个恒定的电压差输出，中央处理器通过ADC引脚获取当前电压值，同时通过DAC输出脚调整参考电阻值，使得腕带触压检测电路电压输出值为0。

本实用新型与现有技术相比具有以下的优点和有益效果：

（1）本实用新型的腕带触压检测摔倒装置不仅可以作为手表使用，而且在经过防水处理后还能带进浴室，因此更适合用于高危险的摔倒场合，其应用面较广。

（2）本实用新型能在不改变腕带触压检测摔倒装置结构的前提下实现其报警功能，不仅使得其产品结构较为简单，其制作成本较为低廉，而且还使得其使用非常方便。

（3）本实用新型需要通过两次不同条件状况的中断使能判断才能最终确定是否发生摔倒行为，且其判定标准非常合理和科学，因此能极大的降低人体摔倒误判率，比传统判定方法相比，其误判率能下降30%以上。

（4）本实用新型通过中断触发的方式处理，算法简洁，响应迅速，省电低功耗，更适合于受尺寸限制的手腕穿戴设备。

（5）本实用新型开创性的使用了云端服务报警方式，能将摔倒者的位置信息以在线地图的方式通过互联网与全球范围内的紧急联系人取得联系，从而能确保摔倒者及时获得救助。

（6）本实用新型的报警提示能通过各种方式传递，能适应不同层次的使用者。

附图说明

图1为本实用新型的腕带触压感应装置的整体结构示意图。

图2为本实用新型的腕带触压感应装置在受到外界非导电物触压时的结构示意图。

图3为本实用新型的腕带触压感应装置在受到外界导电物触压时的结构示意图。

图4为本实用新型的腕带触压检测电路结构示意图。

图5为本实用新型的报警系统结构原理图。

图6为本实用新型的报警流程示意图。

以上附图中附图标记的名称分别为：

1—表盘，2—腕带，3—云端服务器，4—报警终端，11—中央处理器，12—3轴加速度传感器，13—腕带触压检测电路，14—定位装置，15—手动报警按键，16—无线通讯收发模块，21—金属薄片，22—弹性电介质，131—积分器Ⅰ，132—积分器Ⅱ，133—信号调理电路，134—参考振荡器。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1～5所示，本实用新型所述的腕带触压检测摔倒装置包括有表盘1，设置在表盘1两侧的腕带2，设置在表盘1的内部的中央处理器11，设置在表盘1内部并与中央处理器11相连接的3轴加速度传感器12和腕带触压检测电路13，以及设置在两条腕带2内部的腕带触压感应装置Ⅰ和腕带触压感应装置Ⅱ。

腕带触压感应装置Ⅰ内置于表盘1一侧的腕带2内部，腕带触压感应装置Ⅱ则内置于表盘1另一侧的腕带2内部。为确保实际效果，所述腕带触压感应装置Ⅰ和腕带触压感应装置Ⅱ均由内置在腕带2上表面处和下表面处的金属薄片21，以及填充在两片金属薄片21之间的弹性电介质22组成，其结构如图2所示。为了确保使用效果，本实用新型不仅需要弹性电介质22具有较好的弹性回复力，而且其还必须对受力比较敏感。在同等条件下经多种材料筛选实验证明，醋酸纤维能在厚度为0.2mm的腕带2上，受力为0.2N的测试环境下（模拟手臂平放的平均受力），其腕带2能增加13PF的容值变化，经过腕带触压检测电路13的处理后能输出高于1.8V电压，完全能满足中央处理器的中断输入脚的要求。因此，本实用新型的弹性电介质22优先采用醋酸纤维能实现。

腕带触压检测电路13则优先采用电容信号转换集成电路来实现，其具体结构如图4所示，即主要由信号调理电路133、与信号调理电路133相连接的积分器Ⅰ131和积分器Ⅱ132，以及与积分器Ⅰ131和积分器Ⅱ132均相连接的参考振荡器134组成。同时，该腕带触压检测电路13还包含有外围电路。其中，腕带触压感应装置Ⅰ与积分器Ⅰ131相连接，腕带触压感应装置Ⅱ与积分器Ⅱ132相连接。

所述的信号调理电路133为由减法器、电阻R1、低通滤波器A、电阻R2以及功率放大器P顺次连接所形成。连接时，积分器Ⅰ131和积分器Ⅱ132输出端分别与减法器的正、负极相连接；而参考振荡器134则为积分器Ⅰ131和积分器Ⅱ132提供工作所需震荡频率。

所述的外围电路则包括有温度传感器，晶振电容C_osc，一端与低通滤波器A的正极相连接、另一端接地的电容C_L1；一端与功率放大器P的同向输入端相连接、另一端接地的电容C_L2；串接在功率放大器P的反向输入端与输出端之间的电阻R_L1，以及一端与功率放大器P的反向输入端相连接、另一端则与功率放大器P的输出端一起形成腕带触压检测电路13的电压输出端V_OUT的电阻R_L2。

其中，电容C_osc用于确定参考振荡器134的频率，并由参考振荡器134驱动积分器Ⅰ131和积分器Ⅱ132，并使他们在时间和相位上同步。而积分器Ⅰ131和积分器Ⅱ132的振幅则通过电容C_x1和C_x2确定。由于积分器具有很高的共模抑制比和分辨率，故比较两个振幅的差值得到的信号就能反映出两边电容的相对变化量。该差值信号通过一个二级的低通滤波器转化成直流电压信号，并经过输出可调的放大器转换成符合处理器要求的电压。

本装置具有初始化自动校准功能，在装置佩戴上手腕后，程序通过处理器内置模数转换器ADC读取处理电路输出电压，并通过处理器内置数模转换器ADC调整电压改变R_cx大小，使得输出电压接近于0。

在完成初始设置后，只要腕带触压感应装置Ⅰ的电容值Cx1或腕带触压感应装置Ⅱ的电容值Cx2的电容值产生变化，并经过信号调理电路133处理后输出V_out电压，该输出V_out电压加至中央处理器11中断输入脚，从而通知中央处理器11有触压事件发生。

在实际运行时，电容值C_x1和电容值C_x2在以下两种情况下会发生变化，其一为如图2所示的非导电物触压时，即当腕带2的任意一边受到非导电物体触压时，两金属薄片21之间的距离d便会减小，根据电容公式：C=ε·S/4πkd可知，受到物体触压的腕带触压感应装置电容值增大。

其二为图3所示的导电物触压时，导电物体相当于一个自电容Cp与腕带2电容Cx并联，根据电容并联公式C=C1+C2，同样导致电容值C增大。

实施例2

本实施例为在实施例1的基础上通过增加电子原件所形成的一套新的云端式报警系统，其具体结构如图5所示。

即本实施例在实施例1的基础上还在其表盘1内部设置有定位装置14、手动报警按键15、无线通讯收发模块16、以及云端服务器3和报警终端4。

其中，所述的定位装置14、手动报警按键15及无线通讯收发模块16均分别与中央处理器11相连接，无线通讯收发模块16则通过无线网络与云端服务器3相连接并进行数据交换，而报警终端4则通过无线网络与云端服务器3相连接并进行数据交换。

为了确保不同客户的使用需求，该报警终端4可以为智能手机、电话、笔记本电脑或平板电脑，即本实用新型的报警系统除了以常规的电话和短信方式报警外，还可以采用云端服务报警方式。所谓的云端服务报警方式则是指，腕带触压检测摔倒装置报警系统将定位装置14所定位的位置原始信息，包括但不限于经纬度、小区ID号或无线路由设备号等上传到云端服务器3上，而云端服务器3将自动查询该定位信息的经纬度，并通过互联网即时通讯工具通知注册账号登录查看。

实施例3

本实施例为实施例2的实现方法，其流程如图6所示，即其包括以下步骤：

（1）启动报警系统，设定3轴加速度传感器任一轴的中断阈值，开启加速度中断使能，并进行腕带触压检测电路初始化校准，进入待机等待状态。其中，该腕带触压检测电路初始化校准是指完成实施例2中所述的腕带触压检测摔倒装置的初始设置，即在腕带2没有接触外物的初始条件下，由腕带触压感应装置Ⅰ的电容值Cx1与腕带触压感应装置Ⅱ的电容值Cx2分别通过积分器Ⅰ131和积分器Ⅱ132转换成相应的电压，并经信号调理电路133处理及通过中央处理器DAC输出脚调整参考电阻R_cx的电阻值使得V_out输出值为0。

（2）当3轴加速度传感器任一轴的加速度值a大于预先设定的加速度中断阈值时，触发加速度中断处理程序，并延迟2分钟开启腕带触压中断使能。

即，在实际的使用过程中，当3轴加速度传感器在X轴、Y轴或Z轴的任一轴向上的加速度值a＞2g时，则中央处理器11便触发加速度中断处理程序。再经过2分钟的时间用于排除其它不稳定因素后，最后开启腕带触压中断使能。

（3）当腕带有触压行为发生时，则触发腕带触压中断处理程序，发出预报警提醒信号5秒，并执行步骤（4）；否，则进入待机等待状态。

（4）判定腕带触压检测摔倒装置是否离开物体？是，则判定为误判，报警系统取消报警；否，则判定为摔倒且人体已无意识，则执行步骤（5）。

（5）报警系统的蜂鸣器发出求救报警声，并同时触发定位装置进行定位。

本实施例的过程需要捕捉两个条件，其一是“3轴加速度传感器的任一轴加速度值a大于预设的中断阈值，即a＞2g”；其二是“腕带产生的中断值”。本实用新型通过上述两个参数值的中断来综合判定是否出现摔倒行为，因此能极大程度的降低误报的概率。

如上所述，便可以很好的实现本实用新型。

Claims

1.一种腕带触压检测摔倒装置，主要由表盘（1），以及设置在表盘（1）两侧的腕带（2）组成，其特征在于，在表盘（1）的内部还设有中央处理器（11），与中央处理器（11）相连接的3轴加速度传感器（12），以及与中央处理器（11）相连接的腕带触压检测电路（13）；且在一侧的腕带（2）内部设有与腕带触压检测电路（13）相连接的腕带触压感应装置Ⅰ，在另一侧的腕带（2）内部设有与腕带触压检测电路（13）相连接的腕带触压感应装置Ⅱ。

2.根据权利要求1所述的一种腕带触压检测摔倒装置，其特征在于，所述腕带触压感应装置Ⅰ和腕带触压感应装置Ⅱ均由内置在腕带（2）上表面和下表面处的金属薄片（21），以及填充在两片金属薄片（21，21）之间的弹性电介质（22）组成。

3.根据权利要求2所述的一种腕带触压检测摔倒装置，其特征在于，所述腕带触压检测电路（13）为电容信号转换集成电路。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种腕带触压检测摔倒装置，其特征在于，所述腕带触压检测电路（13）主要由信号调理电路（133）、与信号调理电路（133）相连接的积分器Ⅰ（131）和积分器Ⅱ（132），以及与积分器Ⅰ（131）和积分器Ⅱ（132）相连接的参考振荡器（134）组成；所述腕带触压感应装置Ⅰ与积分器Ⅰ（131）相连接，而腕带触压感应装置Ⅱ则与积分器Ⅱ（132）相连接。

5.一种由权利要求1～4任一项所述的一种腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统，其特征在于，还包括有设置在表盘（1）内部并均与中央处理器（11）相连接的定位装置（14）、手动报警按键（15）及无线通讯收发模块（16），通过无线网络与无线通讯收发模块（16）相连接的云端服务器（3），以及通过无线网络与云端服务器（3）相连接的报警终端（4）。

6.根据权利要求5所述的一种由腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统，其特征在于，所述报警终端（4）为智能手机、电话、笔记本电脑或平板电脑。