一種老年人用跌倒預(yù)先識(shí)別裝置的制作方法

本發(fā)明屬于人體防護(hù)裝置領(lǐng)域，特別涉及一種老年人用跌倒預(yù)先識(shí)別裝置。

技術(shù)背景

跌倒已經(jīng)成為威脅老年人生命和健康的最重要因素之一。對(duì)于老年人來(lái)講，人體一旦跌倒不僅會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的肢體傷害，還會(huì)帶來(lái)巨大的心理傷害；跌倒若造成骨折長(zhǎng)期臥床，會(huì)使得老年人原本脆弱的身體機(jī)能進(jìn)一步下降，嚴(yán)重情況可能因此喪命。

近年來(lái)，社會(huì)對(duì)老年人跌倒的關(guān)注越來(lái)越重視，發(fā)展老年人跌倒防護(hù)系統(tǒng)，避免或減輕傷害，具有很重要的意義?，F(xiàn)有技術(shù)多為跌倒落地后的跌倒識(shí)別和報(bào)警，在一定程度上雖可減少跌倒帶來(lái)的傷害，但無(wú)法從根本上減輕或避免傷害。人體穿戴的氣囊衣、氣囊帽等這類防護(hù)裝置也應(yīng)運(yùn)而生，而這些防護(hù)裝置的核心之一就是跌倒識(shí)別裝置，需要在跌倒還沒(méi)落地前就充氣展開(kāi)，那么就需要一種準(zhǔn)確可靠的跌倒預(yù)先識(shí)別裝置來(lái)配合工作，從而給產(chǎn)氣、充氣裝置預(yù)留一定工作時(shí)間。

另外，有些跌倒防護(hù)系統(tǒng)的跌倒檢測(cè)裝置并沒(méi)有對(duì)人體周圍環(huán)境情況進(jìn)行充分考慮，所以對(duì)真實(shí)跌倒動(dòng)作的檢測(cè)和識(shí)別的錯(cuò)誤率較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種老年人用跌倒預(yù)先識(shí)別裝置，可在人體跌倒著地之前預(yù)先識(shí)別跌到動(dòng)作的發(fā)生。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：包括用于檢測(cè)老年人身體姿態(tài)數(shù)據(jù)的三軸加速度傳感器，用于檢測(cè)人體周圍障礙物距離的距離傳感器，用于根據(jù)三軸加速度傳感器檢測(cè)的老年人身體姿態(tài)數(shù)據(jù)和距離傳感器檢測(cè)的人體周圍障礙物距離以預(yù)先識(shí)別跌倒動(dòng)作的發(fā)生的控制器，電源模塊；所述控制器分別與三軸加速度傳感器、距離傳感器連接；所述電源模塊分別與三軸加速度傳感器、距離傳感器、控制器連接。

所述距離傳感器為一個(gè)以上。

所述三軸加速度傳感器為可佩戴式三軸加速度傳感器，三軸加速度傳感器佩戴在人體前胸或后背；所述距離傳感器為可佩戴式距離傳感器，距離傳感器佩戴在人體的腹部和腰部一周。

本發(fā)明中的三軸加速度傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)人體身體動(dòng)態(tài)程度和軀干傾斜角度。三軸加速度傳感器直接檢測(cè)出的為人體在三維空間xyz三個(gè)方向上的加速度，通過(guò)分量合并運(yùn)算可得到人體身體動(dòng)態(tài)程度，可認(rèn)為是身體劇烈震動(dòng)的程度；通過(guò)三軸分量的向量運(yùn)算可以得到人體軀干的傾斜角度，這兩個(gè)值是識(shí)別和判斷老年人跌倒的重要特征值。

本發(fā)明中的距離傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)人體周圍的障礙物距離。距離傳感器用來(lái)檢測(cè)人體周圍是否有其他物體和物體的距離，用以區(qū)分老年人坐、斜靠、趟等和跌倒動(dòng)作有類似特征的正?；顒?dòng)，并識(shí)別人體是否處于可能跌倒的環(huán)境中，提高跌倒動(dòng)作預(yù)先識(shí)別的準(zhǔn)確率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是三軸加速度傳感器、距離傳感器在人體上的佩戴示意圖。

圖3是本發(fā)明的跌倒識(shí)別流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1中，本發(fā)明包括一個(gè)三軸加速度傳感器3、距離傳感器一4-1、距離傳感器二4-2、距離傳感器三4-3、距離傳感器四4-4、控制器2和電源模塊1。其中，三軸加速度傳感器3可佩戴在人體前胸或后背，距離傳感器4佩戴在人體的腹部和腰部一周，控制器2和電源模塊1通過(guò)信號(hào)連接后隨身攜帶即可；三軸加速度傳感器3用于檢測(cè)老年人身體姿態(tài)數(shù)據(jù)，距離傳感器4用于檢測(cè)周圍的障礙物情況，兩者配合工作，同時(shí)檢測(cè)人體自身姿態(tài)和外界環(huán)境，可在人體跌倒還未落地之前，控制器用以通過(guò)閾值比較的方式，以準(zhǔn)確預(yù)先識(shí)別跌倒動(dòng)作的發(fā)生。電源模塊為裝置提供電源。該裝置可在人體跌倒還未落地之前，預(yù)先判別老年人跌倒動(dòng)作的發(fā)生，由控制器判別跌倒動(dòng)作，控制器輸出一個(gè)電平信號(hào)。本實(shí)施例中，三軸加速度傳感器使用adxl345，距離傳感器采用us100超聲波測(cè)距模塊，控制器采用stm32f103ze單片機(jī)，電源模塊使用3.7v聚合物鋰電池附加調(diào)壓電路。

圖2中，三軸加速度傳感器3緊貼于人體背部固定，使三軸加速度傳感器3的一個(gè)軸與人體同軸并豎直向下，本實(shí)施例中三軸加速度傳感器的y軸為人體的豎直方向；采用四個(gè)超聲波測(cè)距模塊（即距離傳感器），前腹部和后腰部各布置兩個(gè)，圍成一周，固定時(shí)注意露出超聲波收發(fā)探頭，不要有自身衣物遮擋；控制器2、電源模塊1由信號(hào)線纜和供電線纜與各個(gè)傳感器連接，并由穿戴者隨身攜帶。

本發(fā)明的工作過(guò)程具體為，stm32f103ze單片機(jī)通過(guò)spi協(xié)議與三軸加速度傳感器adxl345通信，通過(guò)uart與us100超聲波測(cè)距模塊通信。系統(tǒng)通過(guò)三軸加速度傳感器adxl345獲取人體xyz三軸的加速度信號(hào)值，并通過(guò)分量合并運(yùn)算（去除重力加速度g），值可以反映出人體身體動(dòng)態(tài)程度；再通過(guò)三軸分量的向量運(yùn)算可以得到人體軀干的傾斜角度，本實(shí)施例中三軸加速度傳感器固定的方向?yàn)閥軸豎直，故人體軀干的傾斜角度為；同時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)us100超聲波距離模塊獲取人體周圍物體的距離值，在本實(shí)施例中四個(gè)超聲波測(cè)距模塊中所測(cè)得的最小距離值作為人體周圍物體的距離值。

以上通過(guò)傳感器直接檢測(cè)到的或者是通過(guò)后續(xù)計(jì)算得到的值是識(shí)別和判斷老年人跌倒的重要特征值。原理是這樣的，首先，值用以判斷人體周圍物體的距離，通常只有在老年人坐、斜靠、趟或者是處于狹小空間的情況時(shí)很小，以此作為首要判別條件，只有當(dāng)值超過(guò)設(shè)定閾值系統(tǒng)才會(huì)判別為人體處于可能會(huì)跌倒的環(huán)境中；其次，用svm判別人體動(dòng)態(tài)程度，老年人這類人群日?；顒?dòng)中幾乎沒(méi)有劇烈的大幅度動(dòng)作，人體跌倒發(fā)生時(shí)，通常svm會(huì)劇烈增大，故用svm來(lái)區(qū)分人體日?；顒?dòng)和跌倒活動(dòng)；最后判別人體軀干的傾斜角度，當(dāng)人體軀干的傾斜角度到達(dá)所設(shè)定的閾值時(shí)，最終預(yù)判出跌倒動(dòng)作的發(fā)生。

本發(fā)明的跌倒識(shí)別流程如圖3所示，系統(tǒng)運(yùn)行后，控制器同時(shí)采集us100超聲波測(cè)距模塊和三軸加速度傳感器adxl345的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理運(yùn)算和閾值判別。本實(shí)施例中設(shè)置距離閾值為2米，只有當(dāng)超過(guò)該閾值，系統(tǒng)才會(huì)識(shí)別為人體處于可能跌倒的環(huán)境中，并啟動(dòng)下一步的閾值判別；人體身體動(dòng)態(tài)程度閾值設(shè)定為0.45g，當(dāng)人體svm小于該閾值，系統(tǒng)認(rèn)定人體處于正?；顒?dòng)中，超過(guò)該閾值識(shí)別為人體處于可能跌倒的狀態(tài)，立即啟動(dòng)下一步人體軀干的傾斜角度的閾值判別；人體軀干的傾斜角度的閾值設(shè)定為為45度，即若此時(shí)檢測(cè)到人體軀干傾斜角度已經(jīng)達(dá)到或者大于該閾值，則可預(yù)先判別跌倒發(fā)生，可在人體跌倒還未落地之前，輸出一個(gè)信號(hào)。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域內(nèi)的熟練的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說(shuō)明，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，而不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書(shū)限定。