一种跌倒监测装置及方法与流程

本发明涉及监测技术领域，特别是涉及一种跌倒监测装置及方法。

背景技术：

随着社会老龄化进程的加速，到2050年，我国65岁以上老人数量将达到4亿，占中国人口总量的30％，而跌倒是造成老年人意外伤害的主要原因之一。随着年龄的增长，老年人的身体机能下降，反应变慢，因跌倒导致的受伤率和死亡率急剧增加。因此，在不影响老人日常活动的前提下，研发一款能够实时监测老人是否跌倒并及时报警、保护老人安全的跌倒监测装备具有重大意义。现有技术中常见的跌倒监测装置大部分基于穿戴式跌倒监测。

基于穿戴式的跌倒监测装置，在市面上所用的基本上都是基于加速度传感器来检测被测者身体的运动加速度，由于在人体跌倒时会在瞬间产生较大的加速度，再通过设定阈值来进行跌倒判断，当加速度超过阈值时，判断为跌倒。该方式通常都是在穿戴式设备上内置加速度传感器，通过单一的加速度传感器监测跌倒，但一方面，老人在日常的运动中，也会产生类似跌倒时的加速度特征，可能会产生误报。另一方面，当老人缓慢跌倒时，产生的加速度达不到跌倒设定的阈值时，就会漏报跌倒，误报率及漏报率高，准确性低。

因此，如何提供一种安全性及准确性高的跌倒监测装置及方法是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种跌倒监测装置及方法，在对用户是否跌倒进行判断时，不仅仅依据运动加速度，还依据用户的心率信号，降低了误报率和漏报率，大大提升了判断的准确性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种跌倒监测装置，包括：

加速度传感器，用于采集用户的运动加速度；

脉搏传感器，用于采集用户的心率信号；

处理模块，用于根据所述运动加速度及所述心率信号判断用户是否跌倒，且判断得到用户跌倒时发送报警信号；

报警模块，用于在接收到报警信号时发出警报。

优选地，还包括：

角速度传感器，用于采集用户的运动角速度；

则所述处理模块还用于根据所述运动角速度、所述运动加速度及所述心率信号判断用户是否跌倒。

优选地，所述脉搏传感器包括：

光电传感器，用于采集用户的脉搏信号，输出光电脉搏波；

直流滤波器，用于滤除所述光电脉搏波的直流部分，输出所述光电脉搏波的交流部分；

带通滤波器，用于对所述光电脉搏波的交流部分进行带通滤波，得到心率信号；

放大电路，用于对所述心率信号进行信号放大；

模数转换器adc，用于将放大后的心率信号由模拟量转化为数字量，并将转化为数字量的心率信号发送至所述处理模块。

优选地，所述处理模块具体用于通过检测算法将所述运动角速度、所述运动加速度及所述心率信号代入预设训练库中进行比对，得到判断结果。

优选地，所述处理模块具体用于判断所述运动加速度是否大于预设加速度阈值且所述心率信号是否大于预设心率阈值，如果是，则判定用户跌倒，否则，判定用户没有跌倒。

优选地，所述报警模块包括sim908模块、服务器及终端app，其中：

所述处理模块用于当判断结果为跌倒时，发送触发信号；

sim908模块，用于在接收到所述触发信号后获取用户的位置信息，并将所述位置信息、预设跌倒信息及预设的所述跌倒监测装置的序列号发送出去；

所述服务器，用于根据所述序列号确定相应终端app，并将所述位置信息、跌倒信息发送至相应的终端app；

所述终端app，用于在接收到所述位置信号和跌倒信息后，将所述位置信息显示在地图上并对所述跌倒信息进行显示。

优选地，所述sim908模块还用于每隔预设时间将所述位置信息和预设的所述跌倒监测装置的序列号发送至所述服务器；

所述服务器用于根据所述序列号保存所述位置信息。

优选地，所述处理模块为stm32主控芯片。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种跌倒监测方法，包括：

加速度传感器采集用户的运动加速度；

脉搏传感器采集用户的心率信号；

处理模块根据所述运动加速度及所述心率信号判断用户是否跌倒，且判断得到用户跌倒时发送报警信号；

报警模块在接收到报警信号时发出警报。

优选地，还包括：

角速度传感器采集用户的运动角速度；

则所述处理模块根据所述运动加速度及所述心率信号判断用户是否跌倒的过程具体为：

处理模块根据所述运动角速度、所述运动加速度及所述心率信号判断用户是否跌倒。

本发明提供了一种跌倒监测装置，包括加速度传感器，用于采集用户的运动加速度；脉搏传感器，用于采集用户的心率信号；处理模块，用于根据运动加速度及心率信号判断用户是否跌倒，且判断得到用户跌倒时发送报警信号；报警模块，用于在接收到报警信号时发出警报。

可见，本申请中，考虑到用户在摔倒时通常伴随着心率加速，因此，在对用户是否跌倒进行判断时，不仅仅依据运动加速度，还依据用户的心率信号，降低了误报率和漏报率，大大提升了判断的准确性。

本发明提供的一种跌倒监测方法具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种跌倒监测装置的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种跌倒监测装置的结构示意图；

图3为本发明提供的一种光电传感器的结构示意图；

图4为本发明提供的一种直流滤波器、带通滤波器及放大电路的结构示意图；

图5为本发明提供的一种跌倒监测方法的过程的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种跌倒监测装置及方法，在对用户是否跌倒进行判断时，不仅仅依据运动加速度，还依据用户的心率信号，降低了误报率和漏报率，大大提升了判断的准确性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种跌倒监测装置的结构示意图，该装置包括：

加速度传感器1，用于采集用户的运动加速度；

脉搏传感器2，用于采集用户的心率信号；

处理模块3，用于根据运动加速度及心率信号判断用户是否跌倒，且判断得到用户跌倒时发送报警信号；

报警模块4，用于在接收到报警信号时发出警报。

具体地，本申请考虑到在实际中，当人体发生跌倒时，通常会产生较大的加速度，同时，还会产生较快的脉搏，基于此，本申请提供的跌倒监测装置除了包括加速度传感器1，还包括脉搏传感器2，用来分别采集穿戴者的运动加速度及心率信号，处理模块3会根据这两个信号来判断用户是否跌倒，且当用户跌倒时，控制报警模块4发出警报。

可见，一方面，本申请考虑到的因素比较多，不仅仅考虑到加速度，还考虑到脉搏；另一方面，人体在发生跌倒时，脉搏(心跳)加速是一个即便不是一定发生但绝大部分情况下也会发生的情况，因此，选用脉搏来作为判断用户是否跌倒的依据会使得判断结果更加精确。

本发明提供了一种跌倒监测装置，包括加速度传感器，用于采集用户的运动加速度；脉搏传感器，用于采集用户的心率信号；处理模块，用于根据运动加速度及心率信号判断用户是否跌倒，且判断得到用户跌倒时发送报警信号；报警模块，用于在接收到报警信号时发出警报。

可见，本申请中，考虑到用户在摔倒时通常伴随着心率加速，因此，在对用户是否跌倒进行判断时，不仅仅依据运动加速度，还依据用户的心率信号，降低了误报率和漏报率，大大提升了判断的准确性。

请参照图2，图2为本发明提供的另一种跌倒监测装置的结构示意图，该装置在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，还包括：

角速度传感器3，用于采集用户的运动角速度；

则处理模块3还用于根据运动角速度、运动加速度及心率信号判断用户是否跌倒。

具体地，为进一步提高判断结果的准确性，本申请还考虑了人体的运动角速度，也即依据运动角速度、运动加速度及心率信号判断用户是否跌倒。

当然，本申请中还可以考虑其他参数来判断用户是否跌倒，本申请在此不做特别的限定，根据实际情况来定。

另外，需要说明的是，这里的运动角速度和运动加速度可以通过六轴传感器(例如具体可以为mpu6500)来实现采集，体积小且成本低；当然，也可以单独采用角速度传感器3和加速度传感器1来采集。

作为一种优选地实施例，脉搏传感器2包括：

光电传感器，用于采集用户的脉搏信号，输出光电脉搏波；

直流滤波器，用于滤除光电脉搏波的直流部分，输出光电脉搏波的交流部分；

带通滤波器，用于对光电脉搏波的交流部分进行带通滤波，得到心率信号；

放大电路，用于对心率信号进行信号放大；

模数转换器adc，用于将放大后的心率信号由模拟量转化为数字量，并将转化为数字量的心率信号发送至处理模块3。

本申请中，脉搏传感器2是通过光电容积脉搏波描记法得到的信号，光电容积脉搏波描记法是借助光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法。考虑到血液是一种高度不透明液体。皮肤内的血液容积在心脏作用下呈波动性变化，当心脏收缩时外周血容量最多，而心脏舒张时则外周血容量减小。血容积搏动使组织中血液透光、折射率随之变化。当光源和光敏元件置于被测部位(如手指)的同一侧(或两侧)，光源发出的光照射在组织上，经折射、反射(或透射)后被光敏元件接收。光敏元件将脉动的光强度信号转变为脉动的电信号。在检测系统中将变化量与直流量相互分离，从而得到光电容积脉搏波。

具体地，请参照图3，图3为本发明提供的一种光电传感器的结构示意图；

根据光电二极管的工作原理，设计出以下电路(如图所示)实现信号的采集，其中三极管bq547作为开关使用，control端与stm32的adc15号通道引脚相连，利用stm32实现对光反射传感器的控制。根据光反射传感器的电气参数，设定r5、r6的阻值分别为120ω和33kω。

请参照图4，图4为本发明提供的一种直流滤波器、带通滤波器及放大电路的结构示意图。

信号放大电路主要利用运算放大器的级联放大功能实现。由于脉搏信号的幅值处于mv级别，为达到信号采集的要求，故放大电路设计成两级放大的形式使得脉搏信号幅值提升至v级。根据模块的设计要求，选用lm358作为放大电路中运算放大器。lm385内部包括两个独立的、高增益的、内部补偿的双运算放大器。其增益带宽约为1mz，共模抑制比为90db，具有低输入偏流(45na)，低输入失调电压(2.9mv)和失调电流(50na)的特点。根据信号处理的要求，设置放大电路总的增益约为8500，第一级放大的增益约为850，第二级的增益约为100。

另外，系统可以直接利用stm32内置的12位adc模块进行模数转换。经过信号放大滤波电路处理后的脉搏信号，其峰值一班维持在供电直流电压的2/3左右，12位的adc模块电压采样精度高于5/2¹²v(即1.22mv)。stm32自带的12位adc模块最高转换速率为1msps，转换时钟来源于内部独立的时钟系统his，在时钟为16mhz时，转换时间可达到1μs，其转换范围在0到3.6v之间，满足系统的要求。利用adc模块，根据其极高的采样速率采样脉搏波每个周期内波形最大的峰值，并以此设置脉搏跳动次数的基准阈值，从而测出佩戴者的心率。

作为一种优选地实施例，处理模块3具体用于通过检测算法将运动角速度、运动加速度及心率信号代入预设训练库中进行比对，得到判断结果。

具体地，本申请中采用训练库的方式来判断用户是否跌倒，准确性更高。对于心率信号可以通过r-r算法获得心跳数/每分钟。对于加速度和角速度可以通过特征处理获取每组数据(例如可以以一分钟为一组)的最大值和最小值。结合日常训练的数据，对加速度和角速度和心率的数据建立训练库。日常的训练包括站立、跑步、走路、上下楼梯、向前跌倒、侧向跌倒等活动。当训练库建立后，对于下次监测数据提交到主控中时。通过检测算法依据训练库中比对，得到判断结果。

具体地，这里的日常训练的数据是指预先在已知此时是否跌倒的情况下获取各种训练下的加速度数据、角速度数据及心率数据，将加速度数据、角速度数据及心率数据与是否跌倒之间建立一一对应关系，可以看成是一个数组，基于这样的原理可以预先得到上百上千组数组，在实际应用中，在获取到用户的加速度数据、角速度数据及心率数据后，通过检测算法判断该组数据与预先存储的哪个数组最接近，最接近数组中的是否跌倒结果就是最终的判断结果。

作为一种优选地实施例，处理模块3具体用于判断运动加速度是否大于预设加速度阈值且心率信号是否大于预设心率阈值，如果是，则判定用户跌倒，否则，判定用户没有跌倒。

当然，这里为简化算法，也可以通过分别设置阈值的方式来判断用户是否跌倒，也即直接判断运动加速度是否大于预设加速度阈值且心率信号是否大于预设心率阈值，只有当运动加速度大于预设加速度阈值且心率信号大于预设心率阈值时，才判定为跌倒，否则，判定用户没有跌倒，同样提高了判定的准确性。

作为一种优选地实施例，报警模块4包括sim908模块41、服务器42及终端app43，其中：

处理模块3用于当判断结果为跌倒时，发送触发信号；

sim908模块41，用于在接收到触发信号后获取用户的位置信息，并将位置信息、预设跌倒信息及预设的跌倒监测装置的序列号发送出去；

服务器42，用于根据序列号确定相应终端app43，并将位置信息、跌倒信息发送至相应的终端app43；

终端app43，用于在接收到位置信号和跌倒信息后，将位置信息显示在地图上并对跌倒信息进行显示。

首先需要说明的是，sim908模块41是一款集成gps导航技术的四频gsm/gprs模块，紧凑的模块尺寸并将gprs和gps整合在smt封装里，为客户实现内嵌gps的应用显著节省了开发时间和费用，其可以通过gsm卡发送短信，也可以通过gps进行位置获取，可以通过gprs进行网络通信。

在sim908模块41中，位置信息、预设跌倒信息及预设的跌倒监测装置的序列号可以看成是一个数组，预设跌到信息可以为“用户跌倒，请及时救护”，当然，也可以是其他一些可设置的跌倒信息；这里的序列号可以是终端app43在注册且与跌倒监测装置绑定时生成的唯一的序列号，当然，也可以是跌倒监测装置本身唯一的序列号。跌倒监测装置一旦确定，序列号便确定了。也即数组中的预设跌倒信息及序列号是定值，而位置信息则是变量，sim908模块41获取后直接填入该数组中。

另外，终端app43负责地图显示，接受服务器42端发送的经纬度位置数据；服务器42端连接跌倒监测装置和终端app43。

具体地，为方便家属在第一时间获知用户的跌倒情况，在处理模块3判定用户跌倒时，给sim908模块41发送触发信号，sim908模块41在接收到触发信号后，根据自身携带的定位模块直接获取用户的位置信息，并将位置信息和预设跌倒信息及预设的跌倒监测装置的序列号发送给服务器42，服务器42首先根据序列号确定与该跌倒监测装置对应的终端app43，在确定后，将位置信息、跌倒信息发送至相应的终端app43，以便终端app43将位置信息显示在地图上并对跌倒信息进行显示，提醒家属。可见，本申请在跌倒发生时，可以第一时间将位置信息和跌倒信息发送到亲属的手机和app上。

作为一种优选地实施例，sim908模块41还用于每隔预设时间将位置信息和预设的跌倒监测装置的序列号发送至服务器42；

服务器42用于根据序列号保存位置信息。

具体地，为方便即便用户没跌倒时，家属在想知道用户的位置时也能够获知，还可以设置sim908模块41每隔预设时间将位置信息和预设的跌倒监测装置的序列号发送至服务器42，服务器42根据序列号保存位置信息。家属在想知道用户的位置时，可以通过终端app43向服务器42主动获取用户的位置信息。

另外，这里的预设时间可以根据实际情况来进行具体设置，例如可以为半小时。

作为一种优选地实施例，处理模块3为stm32主控芯片。

当然，这里的处理模块3还可以为其他类型的主控芯片，本发明在此不做特别的限定。

请参照图5，图5为本发明提供的一种跌倒监测方法的过程的流程图，该方法包括：

步骤s11：加速度传感器采集用户的运动加速度；

步骤s12：脉搏传感器采集用户的心率信号；

步骤s13：处理模块根据运动加速度及心率信号判断用户是否跌倒，且判断得到用户跌倒时发送报警信号；

步骤s14：报警模块在接收到报警信号时发出警报。

作为一种优选地实施例，还包括：

角速度传感器采集用户的运动角速度；

则处理模块根据运动加速度及心率信号判断用户是否跌倒的过程具体为：

处理模块根据运动角速度、运动加速度及心率信号判断用户是否跌倒。

对于本发明提供的一种跌倒监测方法的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。