一種老年人用跌倒預先識別裝置的制作方法

本發明屬于人體防護裝置領域，特別涉及一種老年人用跌倒預先識別裝置。

技術背景

跌倒已經成為威脅老年人生命和健康的最重要因素之一。對于老年人來講，人體一旦跌倒不僅會帶來嚴重的肢體傷害，還會帶來巨大的心理傷害；跌倒若造成骨折長期臥床，會使得老年人原本脆弱的身體機能進一步下降，嚴重情況可能因此喪命。

近年來，社會對老年人跌倒的關注越來越重視，發展老年人跌倒防護系統，避免或減輕傷害，具有很重要的意義。現有技術多為跌倒落地后的跌倒識別和報警，在一定程度上雖可減少跌倒帶來的傷害，但無法從根本上減輕或避免傷害。人體穿戴的氣囊衣、氣囊帽等這類防護裝置也應運而生，而這些防護裝置的核心之一就是跌倒識別裝置，需要在跌倒還沒落地前就充氣展開，那么就需要一種準確可靠的跌倒預先識別裝置來配合工作，從而給產氣、充氣裝置預留一定工作時間。

另外，有些跌倒防護系統的跌倒檢測裝置并沒有對人體周圍環境情況進行充分考慮，所以對真實跌倒動作的檢測和識別的錯誤率較高。

技術實現要素：

為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種老年人用跌倒預先識別裝置，可在人體跌倒著地之前預先識別跌到動作的發生。

本發明的技術方案是：包括用于檢測老年人身體姿態數據的三軸加速度傳感器，用于檢測人體周圍障礙物距離的距離傳感器，用于根據三軸加速度傳感器檢測的老年人身體姿態數據和距離傳感器檢測的人體周圍障礙物距離以預先識別跌倒動作的發生的控制器，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。

本發明中的三軸加速度傳感器用于實時檢測人體身體動態程度和軀干傾斜角度。三軸加速度傳感器直接檢測出的為人體在三維空間xyz三個方向上的加速度，通過分量合并運算可得到人體身體動態程度，可認為是身體劇烈震動的程度；通過三軸分量的向量運算可以得到人體軀干的傾斜角度，這兩個值是識別和判斷老年人跌倒的重要特征值。

本發明中的距離傳感器用于實時檢測人體周圍的障礙物距離。距離傳感器用來檢測人體周圍是否有其他物體和物體的距離，用以區分老年人坐、斜靠、趟等和跌倒動作有類似特征的正常活動，并識別人體是否處于可能跌倒的環境中，提高跌倒動作預先識別的準確率。

附圖說明

圖1是本發明的組成結構框圖。

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是本發明的跌倒識別流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的一種實施方式作進一步詳細的說明。

圖1中，本發明包括一個三軸加速度傳感器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通過信號連接后隨身攜帶即可；三軸加速度傳感器3用于檢測老年人身體姿態數據，距離傳感器4用于檢測周圍的障礙物情況，兩者配合工作，同時檢測人體自身姿態和外界環境，可在人體跌倒還未落地之前，控制器用以通過閾值比較的方式，以準確預先識別跌倒動作的發生。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，預先判別老年人跌倒動作的發生，由控制器判別跌倒動作，控制器輸出一個電平信號。本實施例中，三軸加速度傳感器使用adxl345，距離傳感器采用us100超聲波測距模塊，控制器采用stm32f103ze單片機，電源模塊使用3.7v聚合物鋰電池附加調壓電路。

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

本發明的工作過程具體為，stm32f103ze單片機通過spi協議與三軸加速度傳感器adxl345通信，通過uart與us100超聲波測距模塊通信。系統通過三軸加速度傳感器adxl345獲取人體xyz三軸的加速度信號值，并通過分量合并運算（去除重力加速度g），值可以反映出人體身體動態程度；再通過三軸分量的向量運算可以得到人體軀干的傾斜角度，本實施例中三軸加速度傳感器固定的方向為y軸豎直，故人體軀干的傾斜角度為；同時，系統通過us100超聲波距離模塊獲取人體周圍物體的距離值，在本實施例中四個超聲波測距模塊中所測得的最小距離值作為人體周圍物體的距離值。

以上通過傳感器直接檢測到的或者是通過后續計算得到的值是識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很小，以此作為首要判別條件，只有當值超過設定閾值系統才會判別為人體處于可能會跌倒的環境中；其次，用svm判別人體動態程度，老年人這類人群日常活動中幾乎沒有劇烈的大幅度動作，人體跌倒發生時，通常svm會劇烈增大，故用svm來區分人體日常活動和跌倒活動；最后判別人體軀干的傾斜角度，當人體軀干的傾斜角度到達所設定的閾值時，最終預判出跌倒動作的發生。

本發明的跌倒識別流程如圖3所示，系統運行后，控制器同時采集us100超聲波測距模塊和三軸加速度傳感器adxl345的數據，并進行實時處理運算和閾值判別。本實施例中設置距離閾值為2米，只有當超過該閾值，系統才會識別為人體處于可能跌倒的環境中，并啟動下一步的閾值判別；人體身體動態程度閾值設定為0.45g，當人體svm小于該閾值，系統認定人體處于正常活動中，超過該閾值識別為人體處于可能跌倒的狀態，立即啟動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定為為45度，即若此時檢測到人體軀干傾斜角度已經達到或者大于該閾值，則可預先判別跌倒發生，可在人體跌倒還未落地之前，輸出一個信號。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域內的熟練的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，而不背離本發明的原理和實質。本發明的范圍僅由所附權利要求書限定。