CN211628375U - 摔倒报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种摔倒报警系统，包括用于佩戴在人体上的报警装置，以及与报警装置无线通信的终端设备，报警装置包括信息采集模块，控制模块以及通信模块，信息采集模块包括用于采集佩戴者状态信息的加速度传感器、角速度传感器和气压传感器，控制模块接收状态信息，并通过通信模块向终端设备发送与状态信息相应的报警指令，以使监测人员可及时获取佩戴者的摔倒信息并采取相应措施。报警装置固定安装在壳体中，其中气压传感器可固定安装在壳体内或相对壳体可拆卸连接，这样设计使得气压传感器可根据需要脱离报警装置固定在人体较高的部位，以采集更准确的气压变化值。

Description

摔倒报警系统

技术领域

本实用新型涉及老年人护理设备领域，特别是涉及一种摔倒报警系统。

背景技术

近年来，中国的老龄化问题变得越来越突出，越来越重要，中国目前正走在人口老龄化快速发展的时期。据专家估计，到2030年，中国社会所存在的老年人总数将达到3亿。老年人口的快速增长和人口的老龄化不仅导致了许多例如劳动力减少等社会问题，而且进一步增加了家庭和社会的负担。人口老龄化这一日益严重的人口问题，不仅仅是中国同时也是世界社会亟待解决的问题。

在万物互联时代，目前针对独居老人意外发生跌倒的检测研究，主要分为以下几种：

(1)基于智能手机的检测，如利用智能手机的Android平台实时检测人体活动并GPS定位，但是从实际角度来讲，GPS定位出来的位置信息并不能获取到人体具体的活动部位状态，而且由于智能手机本身的限制，如果长时间不间断工作，手机本身耗电问题将不容忽视。

(2)基于智能家居的远程监护，如结合GSM和C51单片机，检测日常身体数据，将跌倒警报消息发送到远程监控Web，但对活动区域范围有限制。

(3)基于视频获取具体生活环境图像、长期实时检测身体是否产生信号跌倒，最后结合OpenCV来尽可能快速和流畅的捕捉家中老人的运动状态，但是这一方法存在一个致命的问题，就是如果有不怀好意者通过一些手段同样获取到了视频捕捉到的各类信息，那对于用户本身的隐私信息，将会是极大的侵害。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供至少解决其中之一的一种摔倒报警系统。

一种摔倒报警系统，所述摔倒报警系统包括用于佩戴在人体上的报警装置，以及与所述报警装置无线通信的终端设备，所述报警装置包括：

信息采集模块，所述信息采集模块包括加速度传感器、角速度传感器和气压传感器，用于分别采集佩戴者的状态信息；

控制模块，所述控制模块为具有多个信号输入端口以及通信端口的单片机，各信号输入端口分别连接至所述加速度传感器、角速度传感器和气压传感器，用于接收相应的状态信息并发送相应的报警指令；

通信模块，所述通信模块连接所述单片机的通信端口，用于接收并向所述终端设备转发所述报警指令；

壳体，所述加速度传感器、角速度传感器、单片机和通信模块均固定安装在所述壳体内，所述气压传感器固定安装在所述壳体内或相对于所述壳体可拆卸连接。

可选的，所述信息采集模块还包括心电信号传感器；所述心电信号传感器连接至所述单片机上对应的一信号输入端口，用于采集并发送佩戴者的心电状态信息；所述心电信号传感器固定安装在所述壳体或相对于所述壳体可拆卸连接。

可选的，所述气压传感器和壳体上分别设置有可拆卸配合的连接件；所述气压传感器上具有耳挂或发夹，用于将气压传感器固定在佩戴者的相应部位。

可选的，所述壳体上设置有用于佩戴在人体相应位置的固定件，所述固定件与所述壳体可拆卸连接。

可选的，所述固定件为绑带、项圈、领夹、卡扣中至少一种。

可选的，所述单片机的型号为STM32；各所述信号输入端口分别通过IC2总线与所述加速度传感器、角速度传感器、气压传感器和心电信号传感器连接。

可选的，所述通信模块为GMS无线通信模块；所述终端设备为移动终端。

可选的，所述加速度传感器为三轴加速度传感器；所述角速度传感器为三轴陀螺仪。

可选的，所述气压传感器为压阻式绝对压力传感器。

可选的，所述通信模块集成在所述单片机内。

上述摔倒报警系统，佩戴者将报警装置佩戴在身体相应的位置，控制模块接收信息采集模块采集的佩戴者实时状态信息，再利用通信模块向终端设备发送与状态信息相应的报警指令，使得在远处的监测人员可及时获取佩戴者摔倒的信息并采取相应措施。并且，报警装置固定安装在壳体中，其中气压传感器可固定安装在壳体内或相对壳体可拆卸连接，这样设计使得气压传感器可根据需要脱离报警装置固定在人体上相对较高的部位，以采集更准确的气压变化值。

附图说明

图1为其中一实施例中摔倒报警系统的结构示意图；

图2为其中一实施例中三轴陀螺仪引脚连接的示意图；

图3为其中一实施例中气压传感器引脚连接的示意图；

图4为其中一实施例中判断佩戴者是否摔倒流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

参见图1，本申请一实施例提供了一种摔倒报警系统，摔倒报警系统包括用于佩戴在人体上的报警装置，以及与报警装置无线通信的终端设备，报警装置包括：信息采集模块200，信息采集模块200包括加速度传感器201、角速度传感器202和气压传感器203，用于分别采集佩戴者的状态信息。控制模块，控制模块为具有多个信号输入端口以及通信端口的单片机100，各信号输入端口分别连接至所述加速度传感器201、角速度传感器202和气压传感器203，用于接收相应的状态信息并发送相应的报警指令。通信模块300，通信模块300连接单片机100的通信端口，用于接收并向终端设备转发报警指令。壳体，加速度传感器201、角速度传感器202、单片机100和通信模块300均固定安装在壳体内，气压传感器203固定安装在壳体内或相对于壳体可拆卸连接。

在本实施例中，加速度传感器201和角速度传感器202可采集佩戴者在正常活动时的加速度值和角速度值。控制模块通过对加速度值和角速度值进行处理，可判断出佩戴者处于站立，下蹲或摔倒等活动状态。当判断为摔倒时，则生成报警指令并利用通信模块300发送至远处的终端设备上，以使监测人员可获取佩戴者摔倒的信息后立即救援。

该摔倒报警系统可运用在老年人疗养中心，此类疗养中心保障对象普遍年龄偏高，防止摔倒是工作人员日常工作中对老人的一项重要保护内容。该系统的报警装置通常佩戴在老人身上，以确保发生摔倒时，工作人员可及时发现并紧急救护把对老人的危害降低到最小，并且使工作人员的工作量减少的同时又确保了疗养院的保护工作更为精细化和准确化。

在本实施例中，通信模块300与终端设备之间的无线通信方式可采用多种，终端设备可为移动终端、上位机等。

在其中一实施例中，控制模块采用型号为STM32(具体型号为STM32F401RE)的单片机100。该单片机100具有价格极低；较多的外围设备和功能，其中外围设备包括：FSMC，TIMER，SPI，IIC，USB，CAN，IIS，SDIO，ADC，DAC，RTC，DMA等；且具有高集成度；型号范围广选择性多；具备优秀的实时性能，出色的功耗控制，并且开发成本非常低廉等优点。

在其中一实施例中，通信模块300采用GMS无线通信模块300(Global System forMobile Communications，即全球移动通信系统)。终端设备采用移动终端，例如智能手表，手机或平板等。

具体的，GMS无线通信模块300可采用型号为SIM900A的通信模块300，该通信模块300具备体积小，功能多，性价比高等优点。利用SIM900A模块的电话和SMS的功能，向移动终端发送报警指令。

在其中一实施例中，将STM32单片机100的多个IO端口作为信息输入端口。且各IO端口分别通过IC2总线与各传感器连接，以接收状态信息。

在其中一实施例中，STM32单片机100的通信接口为串口，分别通过USART_TX,USART_RX与SIM900A模块通信。其中USART_TX是数据发送端口，连接到STM32单片机100的RX端口。USART_RX是数据接收端口，连接到STM32单片机100的TX端口。通过这两对链路完成了STM32单片机100和SIM900A模块之间的数据交换。

在其中一个实施例中，加速度传感器201为三轴加速度传感器201，角速度传感器202为三轴陀螺仪。

其中三轴加速度传感器201通过测量线性轴向弹簧上的力来检测人体在三个方向(X,Y,Z)线性加速器和重力矢量。在现有技术中，摔倒检测是通过单个加速度传感器201采集数据，但是只通过检测人体运动状态的加速度值无法确定佩戴者的绝对位置或者相对位置。并且，加速度传感器201对于运动变化过于敏感，极易因略微的抖动，而产生数据上的偏差，导致最终的结果不断的出现变化。

其中三轴陀螺仪测量围绕轴的旋转角速度，但是当三轴陀螺仪单独使用时，不能提供佩戴者位置的精确基准参考。并且三轴陀螺仪的零或零偏移随时间而变化，如果不及时纠正，将成为系统错误的主要来源。

在本实施例中，将三轴加速度传感器201和三轴陀螺仪一起配合采集佩戴者的状态数据。单片机100通过三轴加速度传感器201提供位置上的坐标参考，通过这个已经得到的坐标参考，为三轴陀螺仪采集的倾斜和滚动读数提供绝对基准。这样单片机100可通过三轴加速度传感器201和三轴陀螺仪提供精确、完整并且稳定的状态信息以准确描述佩戴者线性运动和旋转运动。

参见图2，在其中一个实施例中，三轴陀螺仪可选择型号为LSM6DSL陀螺仪。LSM6DSL陀螺仪通过SCL端口和SDA端口(引脚13、14)经由I2C总线连接至STM32单片机100上相对应的IO接口，以发送采集的角速度值。

在其中一本实施例中，气压传感器203用于采集气压变化值，当佩戴者摔倒时，控制模块可通过计算气压变化值得到摔倒前后的高度差，并将该高度差和报警指令一起发送给终端设备，以辅助工作人员对报警指令进行判断。

在其中一个实施例中，控制模块可根据加速度值和角速度值，并且以气压变化值辅佐判断，这样发出的报警指令更为精准。

在其中一个实施例中，气压传感器203为压阻式绝对压力传感器。

参见图3，气压传感器203可选择型号为LPS22HB气压传感器203。LPS22HB气压传感器203通过SCL端口和SDA端口(引脚2、4)经由I2C总线连接至STM32单片机100上相应的IO接口，以发送采集的气压变化值。

在本实施例中，壳体可选择则塑胶等其他材质较轻的材料。

在本实施例中，为了采集到较准确的加速度值和角速度值，以及考虑到佩戴的方便性，报警装置通常佩戴在人体腰部和颈部的位置。为了检测到较准确的气压变化，气压传感器203则需要佩戴在人体较高的位置。本申请中的气压传感器203可脱离壳体，区别于其他传感器可固定在佩戴者相对较高的位置，并通过有线或者无线的传输方式与单片机100连接，以发送气压变化值。

在其中一个实施例中，气压传感器203和壳体上分别设置有可拆卸配合的连接件。当需要采集更为准确的气压变化值时，可将气压传感器203从壳体上拆下，固定在佩戴者头部。当不使用该系统时，可将气压传感器203固定到壳体上便于收纳。

在其中一个实施例中，气压传感器203上具有耳挂或发夹，用于将气压传感器203固定在佩戴者的相应部位。根据佩戴者的习惯，可选择在气压传感器203上装配耳挂或发夹，气压传感器203可通过耳挂挂在佩戴者的耳部，或通过发夹夹持在佩戴者头顶。

在其中一个实施例中，壳体上设置有用于佩戴在人体相应位置的固定件，固定件与壳体可拆卸连接。壳体和固定件可通过多种方式达到拆卸连接的目的。例如，在壳体表面和固定件上分别设置有相互配合的公扣和母扣，通过按压的方式将两者进行连接，或分别在两者表面对应位置设置有魔术贴等。

在其中一个实施例中，固定件为绑带、项圈、领夹、卡扣中至少一种。报警装置可通过绑带捆绑固定在佩戴者的腰部，或通过线圈固定在佩戴者的颈脖部，或通过领夹夹持在佩戴者的衣领，衣角或袖口处等，或通过卡扣直接卡在佩戴者的皮带上。

在本实施例中，信息采集模块200还包括心电信号传感器，心电信号传感器连接至单片机100上对应的一信号输入端口，用于采集并发送佩戴者的心电状态信息。心电信号传感器固定安装在壳体或相对于壳体可拆卸连接。为了可远程了解佩戴者更多的身体信息，可在报警装置中设置心电信号传感器，采集佩戴的心电信号，控制模块可将判断结果和心电信号一并发送到终端设备上，使得工作人员更为了解佩戴者的状态。

通常心电传感器为贴靠佩戴者皮肤设置，故心电传感器也可脱离壳体设置在佩戴者的四肢上，并通过有线或无线的方式与单片机100连接。

在其中一实施例中，通信模块300集成在单片机100内，以减小报警装置的体积，使得佩戴者活动时更为方便。

在本实施例中，控制模块通过角速度值和加速度值对佩戴者是否摔倒进行判断。当发生摔倒时，角速度的发生变化，主要影响是在摔倒事件中不能预测佩戴者摔倒的具体角度，所以不可以使用给定轴的加速度或角速度的数据来判定是否跌倒事件。通过使用SVM信号向量模，加速度和空间的角速度的向量信号变化的特性的量可以聚合到一个矢量中，同时可实际检测到日常活动的强度和日常活动的斜率。

进一步的，在不考虑最大异常值和最小异常值，可以得出相关数据，静站过程获取到的瞬间的值是250～260mg(1g代表一个重力加速度，1g＝1000mg)，8～13°/秒，静躺过程获取到的瞬间的值是236～252mg，7～9°/秒。而当正常行走时与静态状态下的测试数据相差较大，获取到的瞬间的值170～379mg，10～118°/s，坐下过程有两个阶段，蹲下过程获取到的瞬间的值为240mg，59°/s，静坐获取到的瞬间的值为250～258mg，8～13°/s。

通过测试多组三种状态下的跌倒，分别向前跌倒、左侧跌倒和右侧跌倒的动量加速度和角速度突然变化，并在跌倒之后处于相对静止的状态。获取到的跌倒数据的瞬间值分别为311～1066mg，110～268°/s。

由于人体的重量和跌倒期间的身体倾斜度，导致测试得到的加速度和角速度具有较大的峰值。可以结合图4中的判断流程和获取到的加速度阈值和角速度阀值来精确地区分人体是否处于跌倒状态。

参见图4，通过将采集得到的角速度值与加速度分别与多个预设值进行对比，发现A(加速度值)和W(角速度值)均达到阈值时，系统会自动通过GSM模块拨打监护人电话进行报警操作，同时也可以通过短消息将相关检测数据发送到手机。

为了验证摔倒报警系统能否实时进行检测并且可以成功发现虚假跌倒现象，比如佩戴者正常的蹲坐，站立等行为，还考虑了环境因素比如空地或者有障碍物的情况。对该系统进行了多次的实际测试，实验结果如下表所示。

从表中的实验结果可以看出，各类测试的准确率都在95％以上。其中下蹲和坐下的动作产生几次误报，但这几次误报是测试人员有意加快动作造成的，实际生活中并不一定发生。跌倒动作有若干次漏报，这些漏报的情况大多是由于跌倒瞬间旁边有桌椅、墙壁等障碍物，阻挡了人体跌倒的速度，致使传感器数据没有超过阈值。由此可以得出结论，该摔倒报警系统可以有效地检测出佩戴者的摔倒情况。

上述摔倒报警系统，极大程度上满足了老年人跌倒应急急救方面的基本需求，即使没有陪护人员在场，当跌倒发生时，该系统可以第一时间向护士站或指定急救电话发出报警信号，根据信号来源，医护人员可以得知老人所在位置，第一时间到场查看，快速有效的完成跌倒风险评估，为应急急救争取宝贵时间。

此外，根据该系统在疗养对象佩戴过程中采集的数据，进行相关处理分析，也可对该疗养员发生跌倒的概率进行测算，有效量化疗养员的跌倒风险水平，从而帮助护理人员做出针对性更强的防跌倒健康宣教，在做好应急急救的同时将危险防患于未然，有效降低了高龄疗养员跌倒意外的发生。该系统的应用确保了高龄疗养员跌倒时应急急救的快速有效，保证了疗养安全，也为医护人员的精准服务提供了数据支撑。

本系统还可实时监控重点疗养保障对象的实时身体状况，特别是出现跌倒事件，发生危险时可以及时检测报警，做好高龄疗养员的应急急救工作。

医护人员在人手少，且保障任务重以及保障对象年龄偏大的情况下，通过该系统的应用能及时监测重点保护对象的健康情况，在跌倒情况发生时能第一时间发现并开展救治，将危害降低到最小。并且本系统功耗极低，工作稳定，成本较为低廉，为疗养员疗养期间的安全保障起到了重要作用，也确保了疗养任务的顺利开展。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.摔倒报警系统，其特征在于，所述摔倒报警系统包括用于佩戴在人体上的报警装置，以及与所述报警装置无线通信的终端设备，所述报警装置包括：

信息采集模块，所述信息采集模块包括加速度传感器、角速度传感器和气压传感器，用于分别采集佩戴者的状态信息；

控制模块，所述控制模块为具有多个信号输入端口以及通信端口的单片机，各信号输入端口分别连接至所述加速度传感器、角速度传感器和气压传感器，用于接收相应的状态信息并发送相应的报警指令；

通信模块，所述通信模块连接所述单片机的通信端口，用于接收并向所述终端设备转发所述报警指令；

壳体，所述加速度传感器、角速度传感器、单片机和通信模块均固定安装在所述壳体内，所述气压传感器固定安装在所述壳体内或相对于所述壳体可拆卸连接；

所述信息采集模块还包括心电信号传感器；所述心电信号传感器连接至所述单片机上对应的一信号输入端口，用于采集并发送佩戴者的心电状态信息；所述心电信号传感器固定安装在所述壳体或相对于所述壳体可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的摔倒报警系统，其特征在于，所述气压传感器和壳体上分别设置有可拆卸配合的连接件；所述气压传感器上具有耳挂或发夹，用于将气压传感器固定在佩戴者的相应部位。

3.根据权利要求1所述的摔倒报警系统，其特征在于，所述壳体上设置有用于佩戴在人体相应位置的固定件，所述固定件与所述壳体可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的摔倒报警系统，其特征在于，所述固定件为绑带、项圈、领夹、卡扣中至少一种。

5.根据权利要求1所述的摔倒报警系统，其特征在于，所述单片机的型号为STM32；各所述信号输入端口分别通过IC2总线与所述加速度传感器、角速度传感器、气压传感器和心电信号传感器连接。

6.根据权利要求1所述的摔倒报警系统，其特征在于，所述通信模块为GMS无线通信模块；所述终端设备为移动终端。

7.根据权利要求1所述的摔倒报警系统，其特征在于，所述加速度传感器为三轴加速度传感器；所述角速度传感器为三轴陀螺仪。

8.根据权利要求1所述的摔倒报警系统，其特征在于，所述气压传感器为压阻式绝对压力传感器。

9.根据权利要求1所述的摔倒报警系统，其特征在于，所述通信模块集成在所述单片机内。

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