專利名稱：一種老年人跌倒監測系統及其方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，更具體的說，涉及一種老年人跌倒監測系統及其方法、用于對老年人跌倒時的監測、報警和上傳跌倒信息。
背景技術：
近年來，由于醫療科技進步以及生育率降低等因素，全球人口逐漸走向高齡化的結構。同時，受到結婚率下降以及少子女化的影響，使得需要照顧的老年人日益增加。隨著年齡的增加，老年人的身體會有各種的生理衰退變化，諸如肌肉力量降低、平衡能力下降及骨質流失等。對年輕人而言，跌倒可能只會受到小傷。然而老年人則有相當高的機率會因為跌倒而造成骨折，或是受到嚴重的傷害，甚至有致命的可能性存在。因此，對老年人在跌倒意外的處理上需要特別的關注。老年人主要是住在家中或者是療養機構，也有一部分是獨居。由于現代社會的繁忙加上家庭的人口少，家屬往往留在家中的時間不長，使得家庭難以有足夠的能力照護家中的老人。就算是住在療養機構或聘請專門的看護人員，仍無法保證老年人二十四小時都能得到完善的照護，家屬也難以放心在跌倒發生時老年人能及時得到救援。而上述的這些問題，對于獨居老年人而言，更是存在有跌倒后求救不及時而造成惡化的隱憂存在。目前在現有的人體跌倒和報警系統中，大多數是使用加速度傳感器和陀螺儀進行跌倒檢測判斷，沒有加入生理參數信息進行跌倒判斷，跌倒識別判斷率比較低，同時救護人員由于在救護老人過程中不能實時了解老人的生理信息，導致無法提前制定救護計劃。
發明內容
本發明為了克服現有技術的缺點，提供了一種老年人跌倒監測系統及其方法，采用的技術方案是一種老年人跌倒監測系統，其特征在于，該系統包括脈搏傳感器節點、加速度傳感器節點、足底壓力傳感器節點和匯聚處理節點，，脈搏傳感器節點、加速度傳感器節點、足底壓力傳感器節點和匯聚處理節點以星型結構實現多傳感器的人體軀干網絡BSN，其中脈搏傳感器節點包括脈搏傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊，脈搏傳感器的輸出連接微處理器，微處理器的輸出雙向連接無線通信模塊，電池給傳感器節點供電；加速度傳感器節點包括加速度傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊，加速度傳感器的輸出連接微處理器，微處理器的輸出雙向連接無線通信模塊，電池給傳感器節點供電；足底壓力傳感器節點包括足底壓力傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊，足底壓力傳感器的輸出連接微處理器，微處理器的輸出雙向連接無線通信模塊，電池給傳感器節點供電；匯聚處理節點包括存儲器、兼容BSN的無線通信模塊、接入通信網的無線通信模塊手動報警開關以及微處理器，手動報警開關的輸出連接微處理器，微處理器分別與存儲器、兼容BSN的無線通信模塊、接入通信網的無線通信模塊雙向連接。所說脈搏傳感器節點可設置在任一只手的手腕處，加速度傳感器節點分別設置在頭部和腰部，足底壓力傳感器節點分別設置在左右腳踝處，左右腳踝處的足底壓力傳感器節點分別設有位于前后腳掌處的足底壓力傳感器，匯聚節點設置在腰部。所述人體軀干網絡BSN工作在2. 4GHz頻段。根據上述老年人跌倒監測系統的監測方法，其特征在于，加速度傳感器節點采集反映人體姿態變化的加速度信息，足底壓力傳感器節點采集足底壓力信息，脈搏傳感器節點采集反映人體生理狀態的脈搏信息，通過微處理器控制具有自主網的無線通信模塊將所采集的數據信息發送到匯聚處理節點中的兼容BSN無線通信模塊并傳送到微處理器進行數據處理，根據多傳感量信息融合，實現對老人跌倒決策的綜合判斷，如果在幾秒的時間內，加速度變化超過根據跌倒實驗所得的閾值，同時足底壓力數據趨近于零，脈搏數據變化較大，則確定人體跌倒，通過接入通信網的無線通信模塊上傳跌倒信息并報警，同時將老人跌倒后的生理參數信息傳輸給救護人員。匯聚處理節點中接入通信網的無線通信模塊上傳跌倒信息包括給服務中心或者特定的手機號碼或者通過與物聯網終端的無線連接，包括藍牙、WIFI接入公共通信網，存儲器用于存儲微處理器的數據信息。在老年人跌倒時，如果該系統出現沒有對服務中心或特定的手機號碼上傳跌倒信息和跌倒報警的情況，老人可自己主動打開報警開關，微處理器通過接入通信網的無線通信模塊上傳跌倒信息和跌倒報警。本發明具有以下顯著的優點和有益效果本發明中的傳感節點實時監測老人姿態信息和生理信息，在老人跌倒時系統根據多傳感量信息融合給出綜合判斷，能對服務中心或者特定的手機號碼及時上傳跌倒信息并進行跌倒報警，同時將跌倒后的生理參數信息傳輸到救護人員手上，保證救護人員在救護過程中能實時了解老人的最新生理參數信息，方便救護人員提前制定救護計劃。
圖1是本發明監測系統的結構示意圖；圖2是本發明監測方法的流程圖；圖3是監測系統的布置實施圖。
具體實施例方式本發明系統包括脈搏傳感器節點、加速度傳感器節點、足底壓力傳感器節點和匯聚處理節點。其中脈搏傳感器節點可設置在一只手的手腕處，包括脈搏傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊，加速度傳感器節點分別設置在頭部和腰部各一個，每個都包括加速度傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊，足底壓力傳感器節點分別設置在左右腳踝處各一個，每個都包括足底壓力傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊，左右腳踝處的足底壓力傳感器節點各包含兩個足底壓力傳感器，分別設置在左右腳的前、后腳掌處。各傳感器的輸出分別連接微處理器，微處理器的輸出雙向連接無線通信模塊，電池分別給各傳感器節點供電。匯聚處理節點可設置在腰部(匯聚處理節點只是接收其他節點發送過來的信息進行處理，并不采集任何信息，放在腿部、胸部、胳膊處等都可以)包括手動報警開關、微處理器以及分別與之雙向連接的存儲器、兼容BSN的無線通信模塊以及接入通信網的無線通信模塊。脈搏傳感器節點、加速度傳感器節點、足底壓力傳感器節點和匯聚處理節點以星型結構實現多傳感器的人體軀干網絡BSN。所述人體軀干網絡BSN工作在2. 4GHz頻段；能夠實現對老人信息監護和跌倒決策的綜合判斷。如圖1、3所示，匯聚處理節點301，腦部加速度傳感器節點302、脈搏傳感器節點303、腰部加速度傳感器節點304、左腳踝處的足底壓力傳感器節點305、右腳踝處的足底壓力傳感器節點306。匯聚處理節點301包括具有強大功能的微處理器、存儲器、兼容BSN無線通信模塊、接入通信網無線通信模塊、手動報警開關。加速度傳感器節點302包括一個加速度傳感器、微處理器、無線通信模塊、電池。脈搏傳感器節點303包括一個脈搏傳感器、微處理器、無線通信模塊、電池。加速度傳感器節點304包括一個加速度傳感器、微處理器、無線通信模塊、電池。足底壓力傳感器節點305、306均包括兩個足底壓力傳感器、微處理器、無線通信模塊、電池。足底壓力傳感器節點305和306中的兩個足底壓力傳感器分別放置在左右足底的前方308和后方309。加速度傳感器節點302、脈搏傳感器節點303、加速度傳感器節點304、足底壓力傳感器節點305、足底壓力傳感器節點306和匯聚處理節點301以星型結構的方式實現多傳感器的BSN組網，加速度傳感器節點302、脈搏傳感器節點303、加速度傳感器節點304、足底壓力傳感器節點305、足底壓力傳感器節點306分別將所檢測到的加速度、足底壓力、脈搏信息通過無線通信模塊發送給匯聚處理節點301，匯聚處理節點通過兼容BSN無線通信模塊接收到所述數據信息后，發送到具有強大功能的微處理器進行數據處理，根據多傳感量信息融合實現對老人跌倒決策的綜合判斷。匯聚處理節點的接入通信網無線通信模塊通過與物聯網終端307的無線連接(藍牙、WIFI)接入公共通信網，對服務中心或者特定的手機號碼及時上傳跌倒信息并進行跌倒報警。存儲器與強大功能的微處理器連接，存儲器用于存儲所述微處理器的數據。以便于實現存儲其他數據，或者數據的交互。加速度傳感器節點302、加速度傳感器節點304、足底壓力傳感器節點305、足底壓力傳感器節點306、脈搏傳感器節點303和匯聚處理節點301以星型結構實現多傳感器的人體軀干網絡(BSN)組網，各傳感器節點通過具有自主網功能的無線通信模塊將所檢測的數據信息發送到匯聚處理節點301，匯聚處理節點301將所述數據信息發送到具有強大功能的微處理器進行數據處理，根據多傳感量信息融合實現對老人跌倒決策的綜合判斷。如果在幾秒的時間內，加速度變化超過根據跌倒實驗所得的閾值，同時足底壓力數據趨近于零，脈搏數據變化較大，則確定人體跌倒，匯聚處理節點的接入通信網無線通信模塊發出跌倒報警并上傳跌倒信息。加速度傳感器節點在腦部和腰部各設置一個，分別檢測老人跌倒時的頭部運動加速度和腰部運動加速度。根據跌倒檢測相關文獻，人體在跌倒時人體運動加速度在腦部和腰部反映最明顯，實驗也驗證了這一點，腦部和腰部的加速度變化很明顯；同時為了有效檢測出跌倒，在加速度傳感器節點在腦部和腰部各設置一個是提高跌倒檢測的正確性，因為跌倒檢測根據加速度的變化來判斷，如果只是在腰部或者在頭部設置一個加速度傳感器的話，是可以的，但是檢測跌倒的正確率低于在腦部和腰部各設置一個來進行跌倒檢測判斷。兩只腳共有4個傳感器信息分別部署在左右腳前后掌處，因為前后掌處是腳的主要著力點，能夠檢測足底壓力。因為在老人正常走路時，兩足底的壓力傳感器所檢測的足底壓力不全為0，因為走路，至少有一只腳踩在地上，踩在地上的那只腳的腳底的傳感器就能檢測到足底壓力，另一只腳抬起來了，足底就沒有壓力，足底傳感器就檢測不到足底壓力，足底壓力接近于O。但是在跌倒時兩只腳是沒踩到地上的，兩只腳豎著，兩只腳底的壓力就全為O 了，通過這兩只腳的壓力全為0，這個信息來判斷老人跌倒。監測時，首先根據所檢測的老人的頭部運動加速度和腰部運動加速度來做主要判斷，老人跌倒時(幾秒內)，頭部運動加速度和腰部運動加速度變化很明顯，在頭部和腰部各設置一個實驗所得的加速度閾值，比如先判斷頭部(或腰部)的加速度是否超過閾值，如果超過閾值(如果沒有超過閾值，則下面就不判斷了)，然后再判斷腰部(或頭部)的加速度是否超過閾值，如果超過閾值(如果沒有超過閾值，則下面就不判斷了)，再判斷脈搏信息是否有很大變化、足底壓力是否為O (脈搏和足底壓力是輔助判斷，提高跌倒檢測的正確性，同時脈搏反映老人生理參數信息)，如果脈搏信息有很大變化，足底壓力全為O (如果脈搏信息沒有很大變化或者足底壓力不全為0，則就不能判斷老人跌倒)，則可以判斷老人跌倒。如圖2a、2b所示，監測方法包括的步驟1、加速度傳感器節點、足底壓力傳感器節點、脈搏傳感器節點處于待機狀態；2、微處理器讀取加速度傳感器數據、脈搏傳感器數據、足底壓力傳感器數據；3.、加速度傳感器節點、足底壓力傳感器節點、脈搏傳感器節點分別將加速度、足底壓力和脈搏信息通過無線通信模塊發送到匯聚處理節點；4、匯聚處理節點處于待機狀態；5、兼容BSN無線通信模塊判斷是否接收到加速度傳感器節點、足底壓力傳感器節點、脈搏傳感器節點發送的數據，如果沒有接收到數據，則繼續進行判斷；如果接收到數據，則往下執行；6、幾秒內連續讀取加速度傳感器數據；7、判斷加速度數據是否有較大變化，即是否超出根據跌倒實驗所得的閾值，如果超出，則讀取足底壓力傳感器數據和脈搏傳感器數據，如果沒有超出，則繼續判斷；8、判斷足底壓力傳感器數據和脈搏傳感器數據是否有較大變化，即足底壓力傳感器數據是否趨近于零，脈搏傳感器數據在幾秒內是否變化較大，如果是，則通過接入通信網無線通信模塊上報跌倒信息和進行跌倒報警，并存儲和上傳老人生理參數信息。如果沒有，則判斷兼容BSN無線通信模塊是否接收到數據。
權利要求
1.一種老年人跌倒監測系統，其特征在于，該系統包括脈搏傳感器節點、加速度傳感器節點、足底壓力傳感器節點和匯聚處理節點，，脈搏傳感器節點、加速度傳感器節點、足底壓力傳感器節點和匯聚處理節點以星型結構實現多傳感器的人體軀干網絡BSN ；脈搏傳感器節點包括脈搏傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊，脈搏傳感器的輸出連接微處理器，微處理器的輸出雙向連接無線通信模塊，電池給傳感器節點供電；加速度傳感器節點包括加速度傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊，加速度傳感器的輸出連接微處理器，微處理器的輸出雙向連接無線通信模塊，電池給傳感器節點供電；足底壓力傳感器節點包括足底壓力傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊，足底壓力傳感器的輸出連接微處理器，微處理器的輸出雙向連接無線通信模塊，電池給傳感器節點供電；匯聚處理節點包括存儲器、兼容BSN的無線通信模塊、接入通信網的無線通信模塊手動報警開關以及微處理器，手動報警開關的輸出連接微處理器，微處理器分別與存儲器、兼容BSN的無線通信模塊、接入通信網的無線通信模塊雙向連接。
2.根據權利要求1所述的老年人跌倒監測系統，其特征在于，脈搏傳感器節點設置在任一只手的手腕處，加速度傳感器節點分別設置在頭部和腰部，足底壓力傳感器節點分別設置在左右腳踝處，左右腳踝處的足底壓力傳感器節點分別設有位于前后腳掌處的足底壓力傳感器，匯聚節點設置在腰部。
3.根據權利要求1或2所述的老年人跌倒監測系統，其特征在于所述人體軀干網絡 BSN工作在2. 4GHz頻段。
4.根據權利要求1所述老年人跌倒監測系統的監測方法，其特征在于，加速度傳感器節點采集反映人體姿態變化的加速度信息，足底壓力傳感器節點采集足底壓力信息，脈搏傳感器節點采集反映人體生理狀態的脈搏信息，通過微處理器控制具有自主網的無線通信模塊將所采集的數據信息發送到匯聚處理節點中的兼容BSN無線通信模塊并傳送到微處理器進行數據處理，根據多傳感量信息融合，實現對老人跌倒決策的綜合判斷，如果在幾秒的時間內，加速度變化超過根據跌倒實驗所得的閾值，同時足底壓力數據趨近于零，脈搏數據變化較大，則確定人體跌倒，通過接入通信網的無線通信模塊上傳跌倒信息并報警，同時將老人跌倒后的生理參數信息傳輸給救護人員。
5.根據權利要求4所述老年人跌倒監測系統的監測方法，其特征在于，匯聚處理節點中接入通信網的無線通信模塊上傳跌倒信息包括給服務中心或者特定的手機號碼或者通過與物聯網終端的無線連接，包括藍牙、WIFI接入公共通信網，存儲器用于存儲微處理器的數據信息。
6.根據權利要求5所述老年人跌倒監測系統的監測方法，其特征在于，在老年人跌倒時，如果該系統出現沒有對服務中心或特定的手機號碼上傳跌倒信息和跌倒報警的情況， 則老人主動打開報警開關，微處理器通過接入通信網的無線通信模塊上傳跌倒信息和跌倒報警。
全文摘要
一種老年人跌倒監測系統，包括脈搏傳感器節點、加速度傳感器節點、足底壓力傳感器節點和匯聚處理節點，四類節點以星型結構實現多傳感器人體軀干網絡。脈搏傳感器節點包括脈搏傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊；加速度傳感器節點包括加速度傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊；足底壓力傳感器節點包括足底壓力傳感器、微處理器、電池、無線通信模塊，上述三類節點中，傳感器連接微處理器，微處理器與無線通信模塊雙向連接；匯聚處理節點包括存儲器、兼容BSN的無線通信模塊、接入通信網的無線通信模塊、手動報警開關以及微處理器，手動報警開關連接微處理器，微處理器分別與存儲器、兼容BSN的無線通信模塊、接入通信網的無線通信模塊雙向連接。
文檔編號A61B5/0205GK103021129SQ20121051226
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者吳劍鋒, 李建清, 徐高志, 羅堪, 王曜初, 冉鋒, 劉冠雄, 李志文, 樂英高, 楊華 申請人:東南大學