CN205541294U - 跟踪报警实现低功耗和摔倒检测的装置 - Google Patents
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Abstract
跟踪报警实现低功耗和摔倒检测的装置，涉及检测装置，所述装置包括以下几个组成部分：MCU、手机GSM模块、手机GPS模块、电源模块、加速度计、显示模块； 将中断INT1作为低功耗下运动开关检测中断，将中断INT2作为摔倒检测中断；如果有摔倒发生时，根据摔倒的失重、撞击、静止和静止后三轴加速度与跌倒之前的初始状态相比较的整个摔倒检测算法；当防摔仪开屏30s且没有任何操作时，将会进入待机状态；在MCU进入低功耗之前要将加速度计配置成唤醒模式，之后进行摔倒检测的判断。本实用新型在保证检测可靠性的前提下，降低了电路的复杂度，减小了电路板的体积和自身功耗，降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种检测装置，特别是涉及一种同时实现低功耗和摔倒检测装置。
背景技术
老人因自我保护能力的下降，极易发生意外的摔倒。因此需要可靠的检测摔倒类的产品，来保障发生此类事故之后，能够给与及时的救助。检测老人摔倒类的产品往往需要老人长期的佩戴，因此在重量、体积方面和低功耗方面有着更加严苛的要求。
目前，市场上根据老人发生意外摔倒而产生了大量的跌倒检测类的产品。该类产品的检测部件主要有MCU、三轴加速度计和振动开关和相应电路组成。依靠三轴加速度计检测佩戴者三个正交方向的加速度变化，以此来判断是否发生摔倒；利用一个振动开关来检测佩戴者是否发生了运动，用以唤醒MCU工作，来降低系统功耗。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种跟踪报警实现低功耗和摔倒检测的装置，本实用新型为用一加速度计同时实现低功耗和摔倒检测的装置及其相互切换方法，在保证检测可靠性的前提下，降低了电路的复杂度，减小了电路板的体积和自身功耗，降低了成本。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
跟踪报警实现低功耗和摔倒检测的装置，所述装置包括以下几个组成部分：MCU、手机GSM模块、手机GPS模块、电源模块、加速度计、显示模块；MCU连接手机GSM模块，并连接手机GPS模块，GSM模块及GPS模块并与电源模块相连接，加速度计与电源模块相连接，INT1中断、INT2中断与MCU相连接；加速度计采用的是ADXL362芯片与摔倒检测和运动开关检测相连接，MCU采用的是STM32F103系列，与加速度计AD采样回来的信息相连接，并与GPS和GSM模块之间连接，MCU为核心控制电路， 加速度计为三轴加速度计，为内置运动检测装置，运动和静止触发器与加速度计连接，并连接到MCU；手机GSM模块与设定的紧急联络人进行连接；加速度计连接MCU，并连接防摔机上的声音和显示报警装置，并同时通过手机GSM模块连接到设定的通讯联系人手机。
所述跟踪报警实现低功耗和摔倒检测的装置，所述装置加速度ADXL362芯片设有两个外部中断INT1和INT2。
跟踪报警实现低功耗和摔倒检测的相互切换方法，所述方法包括以下实现过程：
将中断INT1作为低功耗下运动开关检测中断，将中断INT2作为摔倒检测中断；如果有摔倒发生时，根据摔倒的失重、撞击、静止和静止后三轴加速度与跌倒之前的初始状态相比较的整个摔倒检测算法，判断是否发生了摔倒；判断发生摔倒则防摔仪有显示和声音报警，并自动给防摔仪设定好的紧急联系人拨打电话，发送当前摔倒的位置信息短信；如果不是摔倒，则重新设置摔倒的初始化配置；
当防摔仪开屏30s且没有任何操作时，将会进入待机状态；在MCU进入低功耗之前要将加速度计配置成唤醒模式，以便在MCU低功耗的时候通过佩戴者发生运动来唤醒MCU；当佩戴者突然发生摔倒检测时，会立刻进入唤醒INT1中断，由于人体的高度和重量，摔倒的整个过程需要一定的时间，在此中断中配置摔倒检测的初始化阈值，之后进行摔倒检测的判断。
所述加速度ADXL362芯片有两个外部中断INT1和INT2。
本实用新型的优点与效果是：
本实用新型介绍的方法用一加速度计同时实现低功耗和摔倒检测的装置和方法，在保证检测可靠性的前提下，降低了电路的复杂度，减小了电路板的体积和自身功耗，降低了成本。
本实用新型主旨在于克服现有摔倒检测装置的不足，提供一种在保证摔倒检测可靠性的前提下，用一加速度计同时实现低功耗和摔倒检测的装置和方法。
附图说明
图1是本实用新型的防摔仪工作框图；
图2是加速度计ADXL362及其外部中断电路图；
图3是本实用新型的摔倒和低功耗的整体流程图；
图4是本实用新型的摔倒算法的详细流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型进行详细说明。
本实用新型用一加速度计同时实现低功耗和摔倒检测的装置(以下简称为防摔仪)，主要包括以下几个组成部分：MCU、三轴加速度计、手机GPS模块、手机GSM模块、电源模块、显示模块等。
本实用新型的结构框图如图1所示。图中MCU为本实用新型的核心控制电路，负责防摔仪的计算和控制等功能；三轴加速度计作为内置运动检测逻辑，通过运动和静止事件用作触发器来管理加速度计的工作模式，从而触发MCU产生中断；手机GPS模块，用于产生佩戴者的位置信息；手机GSM模块，用于与设定的紧急联络人进行通话或收发短信；显示模块，用于显示防摔仪的显示人机交互界面。实现摔倒报警其检测过程为：当存在超过某一阈值的加速度时可以检测到运动，当不存在超过某一阈值的加速度时判断为静止。运动和静止事件用作触发器来管理加速度计的工作模式，从而触发MCU产生中断。当发生摔倒时，加速度计触发MCU产生中断，根据摔倒过程中加速度的变化特点进行相应的判断，如果MCU判定为摔倒，则在防摔机上产生声音和显示报警，并同时通过手机GSM模块，将GPS模块产生位置信息，以短信的形式发送到设定的通讯联系人手机上，实现摔倒报警。
本实用新型实现低功耗主要由以下两部分实现：
1.MCU控制外围器件低功耗模式开启和停止，如控制GPS、GSM等模块。同时，MCU控制自身是否进入低功耗模式。MCU有正常工作模式和低功耗模式，用定时器设定工作时长，定时结束后MCU进入低功耗模式。MCU在正常工作模式情况下时，加速度计配置成测量模式，用于判断是否发生摔倒；当MCU进入低功耗模式后，加速度计配置成唤醒工作模式，一旦检测到佩戴者有运动发生，例如行走，起立等动作，则会产生中断唤醒MCU工作。
2.将加速度计作为整个系统是否进入低功耗的的运动开关。在MCU进入低功耗之前要将加速度计配置成唤醒模式，以便在MCU低功耗的时候通过佩戴者发生运动来唤醒MCU。加速度计采用的是ADXL362。其最明显的省电特性是所有配置下的功耗均非常低。在最高400Hz的数据速率范围和最高3.5v的电源电压范围，ADXL362的功耗在1.1μA到5μA之间。针对要求功耗低于1μA的简单运动检测，运动触发的唤醒模式的功耗低至270nA。
本实用新型的结构框图如图1所示。各器件的作用为：
MCU为本实用新型的核心控制电路，负责防摔仪的计算和控制等功能；
三轴加速度计作为内置运动检测逻辑，通过运动和静止事件用作触发器来管理加速度计的工作模式，从而触发MCU产生中断；
手机GPS模块，用于产生佩戴者的位置信息；
手机GSM模块，用于与设定的紧急联络人进行通话或收发短信；
显示模块，用于显示防摔仪的显示人机交互界面。
各器件之间的关系为：当发生摔倒时，加速度计触发MCU产生中断，根据摔倒过程中加速度的变化特点进行相应的判断，如果MCU判定为摔倒，则在防摔机上产生声音和显示报警，并同时通过手机GSM模块，将GPS模块产生位置信息，以短信的形式发送到设定的通讯联系人手机上，实现摔倒报警。
加速度计采用的是ADXL362芯片，可以完成摔倒检测和运动开关的检测，且具有自身功耗低的特点。
MCU采用的是STM32F103系列，由于对加速度计AD采样回来的信息加以处理，并与GPS和GSM模块之间实现通讯，完成摔倒报警。
本实用新型实现低功耗和摔倒检测的相互切换，主要由以下过程实现：
加速度ADXL362芯片有两个外部中断INT1和INT2，如图2所示。将中断INT1作为低功耗下运动开关检测中断，将中断INT2作为摔倒检测中断。如果有摔倒发生时，则会根据摔倒的失重、撞击、静止和静止后三轴加速度与跌倒之前的初始状态相比较的整个摔倒检测算法，来判断是否发生了摔倒。判断发生摔倒则防摔仪可以有显示和声音报警，并可以自动给给、防摔仪设定好的紧急联系人拨打电话，也可以发送当前摔倒的位置信息短信。如果不是摔倒，则重新设置摔倒的初始化配置。
当防摔仪开屏30s且没有任何操作时，将会进入待机状态。在MCU进入低功耗之前要将加速度计配置成唤醒模式，以便在MCU低功耗的时候通过佩戴者发生运动来唤醒MCU。当佩戴者突然发生摔倒检测时，会立刻进入唤醒INT1中断，由于人体的高度和重量，摔倒的整个过程需要一定的时间，在此中断中配置摔倒检测的初始化阈值，之后进行摔倒检测的判断。
本实用新型中摔倒和低功耗的整体流程如图3所示，下面解释摔倒的整体流程：
步骤301，将ADXL362芯片的中断INT1作为低功耗下运动开关检测中断，将中断INT2作为摔倒检测中断。摔倒检测的初始化配置如下：
1.静止状态和运动状态映射到INT2引脚，低电平有效 ；
2.设置第一阶段失重的静止检测的阈值，和第二阶段撞击的运动检测阈值；
3.设置当前状态为初始状态；
4.使能工作模式为绝对静止检测、采用默认模式；
5.测量范围选择4g，输出数据速率100Hz。
步骤302，当防摔仪开屏30s且没有任何操作时，将会进入待机状态。MCU采用的STM32系列的MCU，它的低功耗有睡眠、停机和待机三种模式，选择停机模式作为MCU低功耗待机模式，采用外部中断进行唤醒。
在MCU进入低功耗之前要将加速度计配置成唤醒模式，以便在MCU低功耗的时候通过佩戴者发生运动来唤醒MCU。唤醒模式的初始化配置为：
1.测量范围选择2g；
2.设置静止和运动的阈值，以及静止定时器的阈值；
3.配置环路模式的运动检测并使能相对运动和静止检测；
4.将唤醒状态映射到INT1引脚。
如果在待机过程中有运动产生，则触发运动唤醒中断，重新进行摔倒初始化配置，执行步骤301。
步骤303，加速度计ADXL362其核心部分是判断是否存在紧急摔倒状况的检测原理和算法。摔倒的过程主要分成以下三个阶段：失重、撞击、静止，如图4所示，失重现象会发生在跌倒之初，发生失重现象后，人体与地面相互撞击，撞击可以由运动中断检测。一般在发生摔倒的上述两个过程后，人体无法立即站起来，会在短时间内保持静止状态，可以由静止中断检测。跌倒后人体可能会发生反转动作或发生严重摔倒无法自行起身，因此将三轴加速度与跌倒之前的初始状态相比较。这构成了整个摔倒检测算法。
具体个判断过程如下：
步骤401，进行摔倒检测的初始化配置。
步骤402，失重状态判断。失重现象会发生在跌倒之初，加速度矢量和小于1g，失重可以由静止中断来检测。如果超出时间阈值，则重新执行步骤401。
步骤403，撞击状态判断。当发生失重之后，设置当前状态为失重，为冲击状态配置加速度计寄存器初值。静止状态和运动状态映射到INT2引脚，并开启定时器，记录在一定时间范围内是否有冲击发生，如果在阈值时间内有运动中断响应，则判断为发生了冲击，进行冲击状态的设置。如果有静止中断响应，且时间超多自由落体时间阈值，则判断发生了高处跌落。否则重新执行步骤401。
步骤404，静止状态判断。如果在冲击时间阈值内发生了冲击，则进行如下设置：将当前状态设置为冲击，为静止状态配置寄存器初值。使能静止功能，静止检测功能以相对模式工作。否则重新执行步骤401。
步骤405，三轴加速度与跌倒之前的初始状态相比较。当发生静止中断时，将三轴加速度与跌倒之前的初始状态相比较，判断佩戴者在跌倒后是否发生了反转，如果人体长时间没有变化，则判定无法自行起身的严重摔倒。需要自动给防摔仪设定好的紧急联系人拨打电话，发送当前摔倒的位置信息短信。
本实用新型中在加速度计低功耗和摔倒检测切换过程中有一些注意事项：
用一加速度计如何实现在MCU 待机状态下对佩戴者突然摔倒的检测，是本实用新型的重要环节。当佩戴者突然发生摔倒检测时，会立刻进入INT1中断，由于人体的高度和重量，摔倒的整个过程需要一定的时间，在此中断中配置摔倒检测的初始化阈值，之后进行摔倒检测的判断。在配置加速度计寄存器值的过程中需要注意两点：一是要先进行INT1/INT2功能映射寄存器的设置，再进行静止运动寄存器的初始化，否则将无法响应摔倒的中断；二是要缩短静止时间寄存器的设置值，以减少在发生运动唤醒后响应摔倒检测判断的时间。
对防摔机佩戴在人体模拟物体上，在正常工作和待机工作模式下进行了测试。分别进行了向前摔倒、向后摔倒、向两侧摔倒、下蹲动作、上下楼梯等几项不同情景的测试，每项测试的测试数量为20次，测试结果摔倒成功警报率100%，验证了防摔机在用一加速度计同时实现低功耗和摔倒检测的可靠性。
以上所述仅为本实用新型的示例性实施例，凡在本实用新型的范围下进行的等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.跟踪报警实现低功耗和摔倒检测的装置，其特征在于，所述装置包括以下几个组成部分：MCU、手机GSM模块、手机GPS模块、电源模块、加速度计、显示模块；MCU连接手机GSM模块，并连接手机GPS模块，GSM模块及GPS模块并与电源模块相连接，加速度计与电源模块相连接，INT1中断、INT2中断与MCU相连接；加速度计采用的是ADXL362芯片与摔倒检测和运动开关检测相连接，MCU采用的是STM32F103系列，与加速度计AD采样回来的信息相连接，并与GPS和GSM模块之间连接，MCU为核心控制电路， 加速度计为三轴加速度计，为内置运动检测装置，运动和静止触发器与加速度计连接，并连接到MCU；手机GSM模块与设定的紧急联络人进行连接；加速度计连接MCU，并连接防摔机上的声音和显示报警装置，并同时通过手机GSM模块连接到设定的通讯联系人手机。
2.跟踪报警实现低功耗和摔倒检测的装置，其特征在于，所述装置加速度ADXL362芯片设有两个外部中断INT1和INT2。
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