CN206162834U - 跌倒检测装置及多功能鞋 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种跌倒检测装置及多功能鞋，其中，该跌倒检测装置包括所述传感器装置连接在所述主控芯片的输入端上，所述主控芯片的输出端连接有所述无线模块；所述传感器装置包括加速度传感器和单片机，所述加速度传感器用于检测人体三维加速度，所述单片机用于根据人体三维加速度触发失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，并传输给所述主控芯片；所述主控芯片记录不同信号的接收时间和计算时间间隔，并根据不同信号的接收时间和时间间隔获得跌倒情况。本实用新型提出的跌倒检测装置及多功能鞋提高了判断跌倒事件的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及人体跌倒检测领域，具体涉及一种跌倒检测装置及多功能鞋。
背景技术
我国老年人口众多，跌倒可导致老年人骨折、软组织损伤和心理创伤等严重后果，是老年人伤残、失能和死亡的重要原因之一。同时，老年人跌倒带来的伤害及医疗成本不但和跌倒时撞击的剧烈程度有关，还很大程度取决于救助响应时间的长短。快速有效地发现跌倒事件的发生，对老人实施救治是降低老年人伤亡率的有效手段。目前，通常采用将传感器获取的所有数据实时传输给CPU，CPU对数据处理来判断是否发生跌倒事件，但是，传感器与CPU之间的数据传输量大，易造成数据丢失从而发生误判。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种跌倒检测装置及多功能鞋，旨在提高判断跌倒事件的准确性。
为实现上述目的，本实用新型提出的跌倒检测装置包括传感器装置、主控芯片和无线模块，所述传感器装置连接在所述主控芯片的输入端上，所述主控芯片的输出端连接有所述无线模块；
所述传感器装置包括加速度传感器和单片机，所述加速度传感器用于检测人体三维加速度，所述单片机用于根据人体三维加速度触发失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，并传输给所述主控芯片；
所述主控芯片记录不同信号的接收时间和计算时间间隔，并根据不同信号的接收时间和时间间隔获得跌倒情况并控制所述无线模块向移动终端发送跌倒报警信息。
优选地，所述传感器装置还包括用于检测人体三维角速度的角速度传感器，所述单片机还用于计算合角速度。
优选地，所述传感器装置为六轴传感器，用于采集加速度和角速度。
优选地，所述跌倒检测装置还包括电源模块，所述电源模块与所述传感器装置、所述主控芯片以及所述无线模块连接。
优选地，所述主控芯片还包括计时器，所述计时器用于记录不同信号的接收时间和计算时间间隔。
优选地，所述跌倒检测装置还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块连接在所述主控芯片的输入端。
优选地，所述跌倒检测装置为可穿戴装置。
本实用新型还提供一种多功能鞋，所述拖鞋包括如上述任一项所述跌倒检测装置。
优选地，所述跌倒检测装置封装在鞋底或鞋面内。
优选地，所述多功能鞋还包括与所述主控芯片连接的发光模块，所述发光模块设置在所述鞋子本体的前方。
一般的跌倒过程可以分解为：重心不稳、摔倒在支撑面上以及静止在支撑面上，这个过程中有三个明显的特征：失重、撞击以及静止，且这三个特征之间有一定的时间间隔，若在一定时间内没有触发下一个中断，则说明没有发生跌倒。本实用新型技术方案中，失重和撞击时，传感器装置根据合加速度与预设的加速度阈值的比较触发失重和撞击中断信号，静止时，传感器根据相邻两次检测到的合加速度差值与预设的加速度阈值进行比较触发静止中断信号。主控芯片只需接收中断信号和记录相应的时间，通过判断接收到的中断信号的顺序是否与跌倒过程发生的状况一致以及判断不同中断信号之间的时间间隔是否正常，即可获知是否发生跌倒事件。主控芯片处理的数据较少，可以提高判断跌倒事件的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型跌倒检测装置一实施例的结构示意图；
图2为本实用新型跌倒检测装置一实施例中跌倒事件检测的流程示意图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提出一种跌倒检测装置及多功能鞋。
请参照图1，在本实用新型一实施例中，该跌倒检测装置包括传感器装置1、主控芯片2和无线模块3，所述传感器装置1连接在所述主控芯片2的输入端上，所述主控芯片2的输出端连接有所述无线模块3；
所述传感器装置1包括加速度传感器和单片机，所述加速度传感器用于检测人体三维加速度，所述单片机用于根据人体三维加速度触发失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，并传输给所述主控芯片2；
所述主控芯片2记录不同信号的接收时间和计算时间间隔，并根据不同信号的接收时间和时间间隔获得跌倒情况并控制所述无线模块3向移动终端4发送跌倒报警信息。
其中，传感器装置1用于采集人体三维加速度，并根据采集的三维加速度计算合加速度，合加速度采用以下公式求取：
式中Ax，Ay，Az表示传感器装置1采集的X、Y、Z三个轴向上的加速度，A表示合加速度。
传感器装置1可以佩戴于老年人腰部，也可以封装在鞋子中。第一、第二、第三加速度阈值通过实际情况的实验和经验值来设定。一般，第一加速度阈值为7-8m/s2，第二加速度阈值为15-20m/s2，第三加速度阈值为2-5m/s2。
由于一般的跌倒过程可以分解为：重心不稳、摔倒在支撑面上以及静止在支撑面上，这个过程中有三个明显的特征：失重、撞击以及静止，且这三个特征之间有一定的时间间隔，若在一定时间内没有触发下一个中断，则说明没有发生跌倒。跌倒判断的算法存储在主控芯片2中，主控芯片2只需根据接收到的三种中断信号进行顺序和时间间隔的判断即可分析是否发生跌倒事件。以下举例说明：
如果中断信号的接收顺序如下：首先接收到失重中断信号、然后接收到撞击中断信号、最后接收到静止中断信号，且失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔在预设的时间范围内，撞击中断信号与静止中断信号之间的时间间隔也在预设的时间内，则说明整个跌倒过程完成，判定跌倒事件发生，如果其中任一过程不匹配，则说明没有完成整个跌倒过程，判定跌倒事件未发生。
可以针对不同的场景，对第一时间阈值和第二时间阈值进行预设。比如，在浴室摔倒的过程中，从高处坠落的情况较少，因此触发失重中断信号之后会很快触发撞击中断信号，说明失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔较短，即预设的第一时间阈值也较小。
当判断跌倒事件发生时，主控芯片2通过无线模块3向移动终端4发送跌倒报警信息，提醒家人及时救援。无线通讯协议可以是WIFI、GPRS、蓝牙、ZigBee等常用的物联网协议。移动终端4为手机、智能网关或报警器等。跌倒检测装置还包括电源模块5，所述电源模块5与所述传感器装置1、所述主控芯片2以及所述无线模块3连接，用于给主控芯片2、传感器装置1和无线模块3供电。
本实用新型技术方案中，失重和撞击时，传感器装置1根据合加速度与预设的加速度阈值的比较触发失重和撞击中断信号，静止时，传感器根据相邻两次检测到的合加速度差值与预设的加速度阈值进行比较触发静止中断信号。主控芯片2只需接收中断信号和记录相应的时间，通过判断接收到的中断信号的顺序是否与跌倒过程发生的状况一致以及判断不同中断信号之间的时间间隔是否正常，即可获知是否发生跌倒事件。主控芯片2处理的数据较少，可以提高判断跌倒事件的准确性。
以下具体说明跌倒事件检测的流程，请参照图2。
步骤S1，传感器装置1检测合加速度，当所述合加速度小于预设的第一加速度阈值时，向主控芯片2发送失重中断信号；当所述合加速度超过预设的第二加速度阈值时，向主控芯片2发送撞击中断信号；当相邻两次检测到的合加速度差值小于预设的第三加速度阈值时，向主控芯片2发送静止中断信号，其中，所述合加速度由传感器周期性检测获得；
步骤S2，主控芯片2根据接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号的先后顺序以及不同信号之间的时间间隔判断是否发生跌倒事件，并当判断跌倒事件发生时，通过无线模块3向移动终端4发送跌倒报警信息。
优选地，所述传感器装置1还包括用于检测人体三维角速度的角速度传感器，所述单片机还用于计算合角速度。
当遇到特殊情况时，跌倒过程中的静止状态与跌落之前人体的正常静止姿势可能一致，此时人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等，为了避免这种情况的漏判，在该实施例中增加合角速度的判断，是因为在整个跌倒过程中，合角速度有一个限值，只要发现有一个合角速度超过预设的角速度阈值，则说明跌倒事件发生。合角速度也是通过实验和经验值来设定，一般情况下，合角速度阈值设定为1.5-2deg/s。
其中，合角速度由传感器装置1测得，具体是采用以下公式求取：
式中Wx，Wy，Wz表示传感器装置1采集的X、Y、Z三个轴向上的角速度，W表示合角速度。
作为本实用新型的优选实施方式，所述传感器装置1为六轴传感器，用于采集加速度和角速度。为了减少传感器的数量以及减小传感器的体积，本发明中使用六轴传感器，能同时采集加速度和角速度，选用的型号是MPU6050，但不限于MPU6050，只要有与跌倒相关的中断触发的六轴传感器，都适用于本套方案。
优选地，所述主控芯片2还包括计时器，所述计时器用于记录不同信号的接收时间和计算时间间隔。
进一步地，所述跌倒检测装置还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块连接在所述主控芯片2的输入端。GPS定位模块可以实时定位，通过无线模块3传递给移动终端4，亲人可以远程定位跌倒检测装置所在的位置，从而知道老人的位置信息。
优选地，所述跌倒检测装置为可穿戴装置。由于使用者在正常活动时，其重心的运动通常是稳定且平缓变化的，而在跌倒时，重心处的运动会相对于正常活动时的运动发生陡变。因此，可以将跌倒检测装置靠近人体重心穿戴，从而获得更高的跌倒检测精度。当然，本申请并不局限于此，跌倒报警装置也可以构造成适于穿戴在人的其它部位，例如颈部、上肢、脚部；此外，跌倒报警装置也可以不集成于一体，而是包括多个部件，这些部件可以布置于人体的不同部位。
本实用新型还提出一种多功能鞋，所述多功能鞋包括如上述任一项所述跌倒检测装置。该跌倒检测装置的具体结构参照上述实施例，由于本拖鞋采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
优选地，所述跌倒检测装置封装在鞋底或鞋面内。
优选地，所述多功能鞋还包括与所述主控芯片2连接的发光模块，所述发光模块设置在所述鞋子本体的前方。发光模块与主控芯片2连接，位于鞋子本体的前方或四周边缘，适用于当老年人夜间出去散步时使用，因为老年人会有看不清路况而跌倒的事情发生。如果有了光源，在鞋底的四周会发出适度的光芒，从而降低上述情况的发生，提高老年人户外运动的安全性和积极性。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种跌倒检测装置，其特征在于，包括传感器装置、主控芯片和无线模块，所述传感器装置连接在所述主控芯片的输入端上，所述主控芯片的输出端连接有所述无线模块；
所述传感器装置包括加速度传感器和单片机，所述加速度传感器用于检测人体三维加速度，所述单片机用于根据人体三维加速度触发失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，并传输给所述主控芯片；
所述主控芯片记录不同信号的接收时间和计算时间间隔，并根据不同信号的接收时间和时间间隔获得跌倒情况并控制所述无线模块向移动终端发送跌倒报警信息。
2.如权利要求1所述的跌倒检测装置，其特征在于，所述传感器装置还包括用于检测人体三维角速度的角速度传感器，所述单片机还用于计算合角速度。
3.如权利要求2所述的跌倒检测装置，其特征在于，所述传感器装置为六轴传感器，用于采集加速度和角速度。
4.如权利要求1-3任一项所述的跌倒检测装置，其特征在于，所述跌倒检测装置还包括电源模块，所述电源模块与所述传感器装置、所述主控芯片以及所述无线模块连接。
5.如权利要求1-3任一项所述的跌倒检测装置，其特征在于，所述主控芯片还包括计时器，所述计时器用于记录不同信号的接收时间和计算时间间隔。
6.如权利要求1-3任一项所述的跌倒检测装置，其特征在于，所述跌倒检测装置还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块连接在所述主控芯片的输入端。
7.如权利要求1所述的跌倒检测装置，其特征在于，所述跌倒检测装置为可穿戴装置。
8.一种多功能鞋，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的跌倒检测装置。
9.如权利要求8所述的多功能鞋，其特征在于，所述跌倒检测装置封装在鞋底或鞋面内。
10.如权利要求9所述的多功能鞋，其特征在于，所述多功能鞋还包括与所述主控芯片连接的发光模块，所述发光模块设置在所述鞋子本体的前方。
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108041772A (zh) * | 2017-08-03 | 2018-05-18 | 浙江工业大学 | 一种老人摔倒检测智能手环及老人摔倒检测方法 |
| CN111565590A (zh) * | 2018-01-08 | 2020-08-21 | 伊祖米公司 | 包括加速度计的鞋，组件以及相应的跌倒检测方法 |
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| CN108041772A (zh) * | 2017-08-03 | 2018-05-18 | 浙江工业大学 | 一种老人摔倒检测智能手环及老人摔倒检测方法 |
| CN111565590A (zh) * | 2018-01-08 | 2020-08-21 | 伊祖米公司 | 包括加速度计的鞋，组件以及相应的跌倒检测方法 |
| CN111565590B (zh) * | 2018-01-08 | 2022-03-18 | 帕拉德公司 | 包括加速度计的鞋，组件以及相应的跌倒检测方法 |
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