跌倒预防与报警一体化的老人智能拖鞋的制作方法

本实用新型涉及智能穿戴技术领域，特别涉及一种跌倒预防与报警一体化的老人智能拖鞋。

背景技术：

现有技术中的基于加速度和角速度传感器的跌倒监测装置，其结合机械微电子系统(microelectro mechanical system，MEMS)传感器、数字信号处理及无线传输技术应用于智能手机上。为区分人体跌倒事件(尤其是老人跌倒)和日常行为，结合人体三轴加速度和角速度联合对跌倒事件进行判断，通过大量实验选取合适阈值。针对老年人的生活特点，数据通过蓝牙装置发送至手机上进行处理，通过手机语音报警、手机GPS定位系统和短信通知医院和用户监护人。

上述跌倒监测装置由老人携带在身上，一般情况处于不报警的正常状态，传感器组进行实时监测，一旦监测到异常，如身体加速度变化或者心率不正常，立即进入虚拟报警状态，发出警报声；若老人并无感到不适，则可通过装置上的按钮关闭警报，回到正常状态；如果确实发生危险，那老人不需任何操作，在几秒的警报声后，系统立刻进入紧急报警状态，发送信息到已存储的手机号码上；老人若突感不适，而装置未报警的，也可以通过某一按钮自主报警。但现有其仅有跌倒后报警功能，现有老人跌倒报警器多为独立装置，且跌倒后需要老人手动报警。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种跌倒预防与报警一体化的老人智能拖鞋，能够做到集跌到预防、跌倒检测及跌倒报警于一个有机整体，其实用性强，解决了防跌倒类产品功能单一的问题。

本实用新型的技术方案是：跌倒预防与报警一体化的老人智能拖鞋，包括鞋体，所述鞋体的鞋底内设有电源模块、微控制单元MCU、MEMS惯性传感单元、称重模块、振动模块以及无线通信模块；所述鞋体的前端设有超声波测距模块；所述鞋体的外侧还设有LED模块、光敏模块以及蜂鸣器；所述微控制单元MCU分别与MEMS惯性传感单元、称重模块、振动模块、超声波测距模块、LED模块、光敏模块、蜂鸣器以及无线通信模块信号连接；所述电源模块与微控制单元MCU电连接。

较佳地，所述电源模块包括锂电池以及与锂电池电连接的用于输出5V电压的稳压模块，稳压模块与微控制单元MCU电连接。

较佳地，所述微控制单元MCU采用的型号为MSP430F5529。

较佳地，所述无线通信模块是Zigbee模块或GSM模块。

本实用新型的有益效果：本实用新型实施例中，提供跌倒预防与报警一体化的老人智能拖鞋，其集跌到预防、跌倒检测及跌倒报警于一个有机整体，实用性强，解决了防跌倒类产品功能单一的问题；本实用新型的跌倒检测由MEMS多模态传感模块实现，采用卡尔曼滤波算法，检测精度高，实时性好，解决了传统该类产品的跌倒检测误警率高、响应不及时等问题；本实用新型将跌倒预防与检测装置嵌入拖鞋内，同时解决了老人因记忆力衰退忘记佩戴的问题。

本实用新型还具有夜间LED照明以及超声波距离传感器测障作为跌倒预警装置，检测附近障碍物并通过振动装置提示老人，降低老人夜间因行动不便而摔倒的可能；本实用新型将检测与报警装置嵌入拖鞋内，同时使用GSM模块实现向老人亲属发送信息报警，不需要手动操作，增加老人得到及时救助的机会；本实用新型采用基于MEMS惯性传感单元的跌倒检测装置，使用含“三轴加速度计+三轴陀螺仪+三轴磁力计”的高精度多模态传感模块来实现老人跌倒检测，检测精度高，实时性好。

附图说明

图1为本实用新型的电系统框图；

图2为本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参见图1，本实用新型实施例提供了一种跌倒预防与报警一体化的老人智能拖鞋，包括鞋体，所述鞋体的鞋底内设有电源模块、微控制单元MCU、MEMS惯性传感单元、称重模块、振动模块以及无线通信模块；所述鞋体的前端设有超声波测距模块；所述鞋体的外侧还设有LED模块、光敏模块以及蜂鸣器；所述微控制单元MCU分别与MEMS惯性传感单元、称重模块、振动模块、超声波测距模块、LED模块、光敏模块、蜂鸣器以及无线通信模块信号连接；所述电源模块与微控制单元MCU电连接。

MEMS惯性传感单元介绍：惯性传感器包括加速度计(或加速度传感计)和角速度传感器(陀螺仪)以及它们的单、双、三轴组合IMU(惯性测量单元)，AHRS(包括磁传感器的姿态参考系统)。IMU由于是MEMS技术组合的微型惯性测量单元，所以很多地方称为MIMU。主要由三个MEMS加速度传感器及三个陀螺及解算电路组成。AHRS则为包括三个磁传感器的IMU，并且依据四元素法进行了解算，直接可输出一个运动体的俯仰角、横滚角和航向角。

超声波测距介绍：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s＝340t/2。这就是所谓的时间差测距法。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。

进一步地，所述电源模块包括锂电池以及与锂电池电连接的用于输出5V电压的稳压模块，稳压模块与微控制单元MCU电连接。

进一步地，所述微控制单元MCU采用的型号为MSP430F5529。

进一步地，所述无线通信模块是Zigbee模块或GSM模块。

本实用新型的振动模块用于接收微控制单元MCU发送来的信号，进行振动提醒；所述称重模块用于检测鞋底承受重量，即检测老人是否穿着拖鞋，并将结果发送给微控制单元MCU，若超过设定阈值(50kg)，则唤醒微控制单元MCU，使微控制单元MCU从睡眠状态变为工作状态；若不超过设定阈值，则微控制单元MCU继续处于休眠状态；所述MEMS惯性传感单元用于判断用户是否为摔倒状态，并将判断结果发送给微控制单元MCU；所述光敏模块用于检测环境光照度，并将环境光照度信号值发送给微控制单元MCU；所述超声波测距模块用于检测前方设定范围(可设置70cm)内是否有障碍物，并将障碍物信号发送给微控制单元MCU；所述微控制单元MCU用于接收所述MEMS惯性传感单元发送来的用户是否为摔倒状态的信号，当微控制单元MCU接收到的是未摔倒信号，则MEMS惯性传感单元继续循环检测摔倒状态；如接收到的是摔倒信号，则开启中断，向蜂鸣器发出蜂鸣指令以及通过微控制单元MCU启动无线通信模块，发送报警指令；微控制单元MCU还用于接收所述超声波测距模块所检测到的障碍物信号，当接收到有障碍物信号时，将向振动模块发送振动指令；所述微控制单元MCU还用于接收所述光敏模块发送来的光照度信号，当光照度信号达到需要照明的阈值时，微控制单元MCU向LED模块发送照明指令，LED模块用于接收微控制单元MCU发送来的照明指令，并进行照明；蜂鸣器用于接收微控制单元MCU发送来的蜂鸣指令，并进行蜂鸣提示；所述无线通信模块用于接收微控制单元MCU所发送来的摔倒信号，并通过短信或者语音通信提示监护人。

综上，本实用新型由跌倒预防与检测报警装置两部分组成，以拖鞋为载体，MSP430F5529单片机为核心，控制各模块工作。所有检测与报警装置均嵌入鞋中由锂电池经稳压模块为MCU、MEMS多模态传感模块、GSM模块、称重传感器模块、光敏传感器模块、LED照明装置、超声距离传感器模块和振动贴片等供电。

参见如图2，当老人穿上鞋后，通过称重传感器控制超声距离传感器工作状态，当老人呈站立姿态，即压力值超过设定阈值(阈值可自己设定)后，装置启动，否则装置不启动，以降低功耗；超声波测距模块启动后，检测前方一定范围内(0.70m)是否有障碍物，当有障碍物时，输出高电平，将信号反馈到振动模块，发生振动，达到触觉提醒。系统启动工作后，若光敏模块(光敏传感器)检测到外界光线较弱时，输出高电平，启动LED模块(LED照明装置)，提供照明光源。MEMS惯性传感单元MPU6050中的三轴加速度计利用I2C协议得到原始数据，经算法转换后将加速度值变为可用于测量人体所处角度信号，循环检测并判断角度大小，若角度超过30°，且持续时间超过3S，则判断为跌倒状态。同时利用MPU6050中三轴陀螺仪及使用卡尔曼滤波算法提高判断精度，避免出现误判。MEMS惯性传感单元检测到跌倒发生后，经MCU处理分析，启动无线通信模块(GSM模块)，通过无线通信模块将老人跌倒信息发送至预先设置的亲属手机(手机号码及短信内容可自主设置)；同时MCU与蜂鸣器相连的接口输出高电平，驱动蜂鸣器发出声音。

综上所述，本实用新型实施例提供的跌倒预防与报警一体化的老人智能拖鞋，其集跌到预防、跌倒检测及跌倒报警于一个有机整体，实用性强，解决了防跌倒类产品功能单一的问题；本实用新型的跌倒检测由MEMS多模态传感模块实现，采用卡尔曼滤波算法，检测精度高，实时性好，解决了传统该类产品的跌倒检测误警率高、响应不及时等问题；本实用新型将跌倒预防与检测装置嵌入拖鞋内，同时解决了老人因记忆力衰退忘记佩戴的问题。

本实用新型还具有夜间LED照明以及超声波距离传感器测障作为跌倒预警装置，检测附近障碍物并通过振动装置提示老人，降低老人夜间因行动不便而摔倒的可能；本实用新型将检测与报警装置嵌入拖鞋内，同时使用GSM模块实现向老人亲属发送信息报警，不需要手动操作，增加老人得到及时救助的机会；本实用新型采用基于MEMS惯性传感单元的跌倒检测装置，使用含“三轴加速度计+三轴陀螺仪+三轴磁力计”的高精度多模态传感模块来实现老人跌倒检测，检测精度高，实时性好。本实用新型在应用于医院或养老院等公共养老机构时，可以使用zigbee模块替代GSM模块，与医院或养老院的监护系统相连，实现即时检测报警。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。