一种基于压力和加速度检测的摔倒报警设备及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于压力和加速度检测的摔倒报警设备，包括手表外壳本体以及设置在手表内的以中央处理器STM32为核心的外围连接三轴加速度传感器、OLED屏、GPS定位模块、蓝牙4.0主机模块和蜂鸣器。本发明还公开了一种基于压力和加速度检测的摔倒报警设备的摔倒报警方法，包含以下步骤：1、处理器检测压力传感器采集的人的压力值的变化，当压力值的变化达到设定的阀值后，无线发射模块将该信号发送到手表的接收模块；2、手表的中央处理器通过处理由三轴加速度传感器采集的数据，得到手腕角度的变化，判断该变化是否满足特定规律；当判断出人已经是摔倒的即报警。具有安全可靠性高，报警方法加友好等优点。
【专利说明】一种基于压力和加速度检测的摔倒报警设备及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种摔倒定位报警及远程监控技术，特别涉及一种基于压力和加速度检测的摔倒报警设备及其方法，属于安全防护领域。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的快速、平稳的发展，人民生活水平的显著提高，我国已逐步进入少子化、老龄化时代，人口的老龄化问题将很快成为中国面临的前所未有的新挑战。老龄化、少子化带来的突出问题便是，随着老人年龄的增大，生活自理能力的衰退，当老人遇到未知危险时，由于在很大程度上未能及时处理，容易发生各种意外，从而危及老人的人身安全。而在这些意外中，老人摔倒致伤致死事件更是层出不穷，据统计，60岁以上老年人受的意外伤害中，摔倒的比例占了 40.60%。更有一份调查表明，根据美国国家安全委员会的报告显示，在65岁以上的人口中，摔倒所造成的死亡居所有意外死亡原因的第一位，占此年龄段意外死亡的33 %。而且现在越来越多的老年人陷入“摔倒-丧失信心-不敢活动-衰弱-更易跌倒”恶性循环中。
[0003]而我们的发明，正是针对老人摔倒事件发生后的紧急处理措施——通知监护人并发出定位报警消息，并且对老人的行为安全进行合理而有效的监护。
[0004]目前市面上相应的摔倒报警设备主要以单一设备形式出现，比较成熟的有:摔倒报警拐杖以及摔倒报警腰带。而本发明与市面上存在产品最大的不同点在于双检测方法联合判断，具有算法简单且对于摔倒动作判断准确的特点。手表以及鞋子的双向通信，不仅确保了摔倒的判断精度，减少了误判率，而且我们极大地符合了可穿戴式的概念，贴切于老人的生活，为帮助解决老人意外摔倒及走失等问题提供了一个更加快捷而有效的途径。
【发明内容】
[0005]本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于压力和加速度检测的摔倒报警设备，该摔倒报警设备可靠性高，且体积小，功耗低。
[0006]本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于基于压力和加速度检测的摔倒报警设备的摔倒报警方法，该摔倒报警方法可以迅速准确获知老人所在地理位置信息，用户获取信息的界面友好。
[0007]本发明的首要目的通过下述技术方案实现:一种基于压力和加速度检测的摔倒报警设备，包括手表外壳本体，还包括设置在手表内的以中央处理器STM32为核心的外围连接三轴加速度传感器，OLED屏，GPS定位模块，蓝牙4.0主机模块，蜂鸣器。
[0008]还包括鞋垫本体，包括设置在鞋垫上的压力传感器，压力传感器是由一片全桥电阻应变片，24位AD转换芯片HX711所构成，还包括低功耗处理芯片msp430g2553，LED报警灯，蓝牙4.0从机模块，GSM模块。
[0009]所述手表本体设于人体的手腕部，设置有压力传感器的鞋垫本体设于人体一只脚的脚跟处。
[0010]本发明的另一目的通过下述技术方案实现:一种应用于基于压力和加速度检测的摔倒报警设备的摔倒报警方法，如图7所示，包括以下步骤:
[0011]步骤1、设置在老人所戴的手表内的三轴加速度传感器检测手部加速度的变化，当总的加速度值超过阀值时，前后时刻手部角度的变化又不在特定的范围内时，中央处理器判断可能摔倒，并进入预定时间的等待，等待脚部是否有摔倒信号的响应。与此同时设置在老人所穿鞋的鞋垫上的压力传感器检测脚跟压力的变化，判断脚跟处的压力持续在接近O处而低于设定的压力阈值下变化的时间，当时间达到设定的阈值时，超低功耗芯片处理器通过蓝牙发送摔倒信号至手部。
[0012]步骤2、当已在等待响应的中央处理器接收到摔倒信号时，则中央处理器确认老人摔倒，启动报警方式一:启动GPS，获取老人所在的经纬度，生成一个网页链接字符串，并发送至脚部，通过GSM模块以短信的方式发送至监护端实现远程报警；监护端收到短信后，点击上面的网页链接后即可在地图上看到摔倒者的位置。启动报警方式二:手部的手表的蜂鸣器发出响声，并且脚部的外围LED报警灯闪烁。
[0013]当老人有佩戴设备时，监护人可通过发送位置指令，可以迅速获知老人所在的当前地理位置信息。
[0014]短信报警时能自动根据经纬度生成相应的链接，监护人点击链接时网站会对链接进行解析，把位置在地图上标注出来。
[0015]本发明的工作原理:本发明是一种通过检测脚底压力及计算手部角度变化来联合判断是否摔倒及报警的方法，通过设置在鞋垫上的超低功耗芯片处理器不断地检测压力传感器采集的人的压力值的变化，当压力值的变化达到设定的阀值后，无线发射模块将该信号发送到手表的接收模块；手表的中央处理器通过处理由三轴加速度传感器采集的数据，得到手腕角度的变化，判断该变化是否满足特定规律；当两处的判断均为真，即可认为人已经是摔倒的；确认摔倒后启动GPS，获取所在地的经纬度，生成一个网页链接字符串，通过GSM模块以短信的方式发送至监护端实现远程报警；监护端收到短信后，点击上面的网页链接后即可在地图上看到摔倒者的位置。本发明的摔倒报警设备及方法实现了双重判断，安全可靠性更高，报警方法更加友好，极大地显现了可穿戴设备的优点。
[0016]本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0017]1、本发明利用了压力检测原理，加速度、角度变化检测原理，对老人行走时的脚部压力变化、手部的加速度与角度的变化进行实时监测，及时掌握老人的安全情况，预防因摔倒而引发的安全问题。当手部的加速度与角度变化达到预定的阈值并与此同时脚部的压力变化也达到相应阈值时，联合判断为真时，才进行摔倒报警判断，进一步提高了报警的可靠性、及时性。
[0018]2、实现自动摔倒报警的方式是通过智能手表监测到手部的加速度与角度变化达到一定的阈值，判断为真时，并与此同时，脚部的压力变化也达到相应的阈值时，也判断为真时，通过蓝牙进行实时通讯，智能手表判断确定摔倒，脚部的LED报警灯闪烁，手表的蜂鸣器发出报警声，当即启动GPS，获取老人所在的经纬度，生成一个网页链接字符串，通过GSM模块以短信的方式发送至监护端实现远程报警；打开网址就可以在地图上看到老人所在的位置，通过可靠的摔倒判断报警方式，可以快速及时对老人施以帮助。
[0019]3、相比于其他腰带式跌倒监测装置、拐杖式摔倒检测装置或者在头部，腰部等位置设置加速度传感器节点的装置来说，这些装置不易习惯使用，且不是时常带着的，而本发明更贴近于日常熟悉的物品，习惯穿戴，更为方便，符合可穿戴的理念。
[0020]4、本发明不依赖于手机等其他设备，是一个独立的完善系统，可靠性高，且体积小，功耗低。
[0021]5、摔倒报警方式友好，且准确。监护端通过打开网址可以迅速准确获知老人所在地理位置信息，用户获取信息的界面友好。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是鞋子的模块构成图。
[0023]图2是手表的模块构成图。
[0024]图3是摔倒总加速图。
[0025]图4是摔倒三轴角度变化图。
[0026]图5是手部摔倒判断流程图。
[0027]图6是脚部摔倒判断及报警流程图。
[0028]图7是本发明的摔倒报警方法的总体流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0030]实施例
[0031]如图1所示，脚部基于压力检测的智能鞋子，包括的模块主要有:超低功耗芯片处理器msp430g2553，全桥电阻应变片，24位AD转换芯片HX711，GSM模块，蓝牙4.0从机模块,锂电池等。
[0032]通过两张较硬但弹性良好的卡片将全桥电阻应变片夹在中间，然后贴在鞋垫的脚跟处，引出导线接处理模块，AD转换芯片HX711对全桥应变片的微弱电压变化放大，并进行AD转换，将转换的处理数据传入超低功耗芯片处理器msp430g2553，msp430g2553对压力数据进行实时监控。
[0033]由于msp430g2553只有一个串口，需要串口通信的有GSM，蓝牙，为了避免通信紊舌L采用了用定时器A模拟串口的方法，蓝牙接入模拟的串口与手部的手表通信，GSM接入UART串口与远程监护端通信，这是硬件电路的实施。
[0034]在软件方面，采用了压力唤醒的方式实现低功耗，通过压力值大于某一预设阀值时，系统方正常工作。如图6所示，正常工作时，通过不断地对鞋垫承受的压力变化进行实时监控，判断压力值持续接近于O并且低于预设的压力阈值下变化的时间，当时间达到预设的阈值后，向手部发送脚部判断摔倒的信号，并等待手部的响应。
[0035]如图2所示，手部基于加速度检测的智能手表，包括的模块主要有:中央处理器STM32,型号为STM32F103C8T6，MPU6050三轴加速度传感器，OLED屏，蓝牙4.0主机模块，GPS模块，锂电池。
[0036]以下结合图3、图4来阐明手部摔倒判断的依据。我们进行大量的不同情况下的摔倒实验，对采集到的大量数据进行特征分析，从而得出绝大多数情况下时的数据变化规律。采集三维加速度传感器的频率为每秒7次，能很好地捕捉到手部的加速度变化。如图3，是一次摔倒时总的加速度前后的变化，当人摔倒到触地停止的一瞬间，先是失重再到超重，然后人躺在地的那段时间里，加速度在一定范围内保持不变。同时，如图4，摔倒前后至少有两个轴的角度发生了明显的变化。
[0037]具体工作过程如下:
[0038]如图3、图4、图5和图6所示，整个装置的摔倒判断及报警方式包含以下步骤:
[0039]S1.戴在手上的手表不断的采集三轴加速度传感器的数据进行如图5的分析处理，同时与脚部的智能鞋子通过蓝牙一直保持无线连接状态；
[0040]S2.智能鞋子的通过压力传感器传来的数据对脚跟部的压力变化进行实时监控，判断压力值持续接近于O并且低于预设压力阈值的时间，当时间达到预设的阈值后，向手部发送摔倒信号，并等待手部的响应；
[0041]S3.当手表判断可能摔倒时，并进入预定时间的等待，判断这个时刻前后10秒内是否收到脚部响应的摔倒信号。若收到，说明联合判断为真，确认摔倒，并进行报警；否则，恢复常态；
[0042]S4.当确认摔倒后，打开GPS进行定位，同时发短信提醒监护人。当得到有效的定位信息后，根据得到的经纬度地理位置来自动生成相应的短信内容。短信包含有一个网页链接及其他提示信息。
[0043]链接格式为:
[0044]“http://www.AAA.com/BBB.php ? jingdu = CCC.CCC&weidu = DD.DDDD&submit=1”，其中，AAA为域名，BBB为网页文件名，CCC.CCC为经度，DD.DDDD为纬度，网站会对链接进行解析，把摔倒者当前的位置在浏览器上的地图标识出来。同时，手表的蜂鸣器发出警报声和鞋子上的LED报警灯闪烁。
[0045]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于压力和加速度检测的摔倒报警设备，其特征在于:包括手表外壳本体以及设置在手表内的以中央处理器STM32为核心的外围连接三轴加速度传感器、OLED屏、GPS定位模块、蓝牙4.0主机模块和蜂鸣器。
2.根据权利要求书I所述的基于压力和加速度检测的摔倒报警设备，其特征在于:包括鞋子本体，还包括设置在鞋垫上的压力传感器、超低功耗芯片处理器msp430g2553、LED报警灯、蓝牙4.0从机模块和GSM模块。
3.根据权利要求1或2所述的基于压力和加速度检测的摔倒报警设备，其特征在于:压力传感器是由一片全桥电阻应变片，24位AD转换芯片HX711所构成。
4.根据权利要求1或2所述的基于压力和加速度检测的摔倒报警设备，其特征在于:手表本体设于人体的手腕部。
5.根据权利要求1或2所述的基于压力和加速度检测的摔倒报警设备，其特征在于:设置有压力传感器的鞋垫本体设于人体一只脚的脚跟处。
6.—种权利要求1所述的基于压力和加速度检测的摔倒报警设备的摔倒报警方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、设置在老人所戴的手表内的三轴加速度传感器检测手部加速度的变化，当总的加速度值超过阀值时，前后时刻手部角度的变化又在特定的范围内时，中央处理器判断可能摔倒，并进入预定时间的等待，等待脚部是否有摔倒信号的响应；与此同时设置在老人所穿鞋的鞋垫上的压力传感器检测脚跟压力的变化，判断脚跟处的压力持续在接近O处而低于设定的压力阈值下变化的时间，当时间达到设定的阈值时，超低功耗芯片处理器通过蓝牙发送摔倒信号至手部； 52、当已在等待响应的中央处理器接收到脚部传来的摔倒信号时，则中央处理器确认老人摔倒，启动报警方式一:启动GPS，获取老人所在的经纬度，生成一个网页链接字符串，并发送至脚部，通过GSM模块以短信的方式发送至监护端实现远程报警；监护端收到短信后，点击上面的网页链接后即可在地图上看到摔倒者的位置；启动报警方式二:手部的手表的蜂鸣器发出响声，并且脚部的外围LED报警灯闪烁。
7.根据权利要求6所述的摔倒报警方法，其特征在于:在步骤I中，当老人有佩戴设备时，监护人通过发送位置指令，获知老人所在的当前地理位置信息。
8.根据权利要求6所述的摔倒报警方法，其特征在于:在步骤2中，短信报警时能自动根据经纬度生成相应的链接，监护人点击链接时网站会对链接进行解析，把位置在地图上标注出来。
【文档编号】G08B21/04GK104464190SQ201410708766
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】杨建新, 郑博, 晋建秀, 潘康俊 申请人:华南理工大学