专利名称：一种老年人跌倒监测系统及其方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，更具体的说，涉及一种老年人跌倒监测系统及其方法、用于对老年人跌倒时的监测、报警和上传跌倒信息。
背景技术：
近年来，由于医疗科技进步以及生育率降低等因素，全球人口逐渐走向高龄化的结构。同时，受到结婚率下降以及少子女化的影响，使得需要照顾的老年人日益增加。随着年龄的增加，老年人的身体会有各种的生理衰退变化，诸如肌肉力量降低、平衡能力下降及骨质流失等。对年轻人而言，跌倒可能只会受到小伤。然而老年人则有相当高的机率会因为跌倒而造成骨折，或是受到严重的伤害，甚至有致命的可能性存在。因此，对老年人在跌倒意外的处理上需要特别的关注。老年人主要是住在家中或者是疗养机构，也有一部分是独居。由于现代社会的繁忙加上家庭的人口少，家属往往留在家中的时间不长，使得家庭难以有足够的能力照护家中的老人。就算是住在疗养机构或聘请专门的看护人员，仍无法保证老年人二十四小时都能得到完善的照护，家属也难以放心在跌倒发生时老年人能及时得到救援。而上述的这些问题，对于独居老年人而言，更是存在有跌倒后求救不及时而造成恶化的隐忧存在。目前在现有的人体跌倒和报警系统中，大多数是使用加速度传感器和陀螺仪进行跌倒检测判断，没有加入生理参数信息进行跌倒判断，跌倒识别判断率比较低，同时救护人员由于在救护老人过程中不能实时了解老人的生理信息，导致无法提前制定救护计划。
发明内容
本发明为了克服现有技术的缺点，提供了一种老年人跌倒监测系统及其方法，采用的技术方案是一种老年人跌倒监测系统，其特征在于，该系统包括脉搏传感器节点、加速度传感器节点、足底压力传感器节点和汇聚处理节点，，脉搏传感器节点、加速度传感器节点、足底压力传感器节点和汇聚处理节点以星型结构实现多传感器的人体躯干网络BSN，其中脉搏传感器节点包括脉搏传感器、微处理器、电池、无线通信模块，脉搏传感器的输出连接微处理器，微处理器的输出双向连接无线通信模块，电池给传感器节点供电；加速度传感器节点包括加速度传感器、微处理器、电池、无线通信模块，加速度传感器的输出连接微处理器，微处理器的输出双向连接无线通信模块，电池给传感器节点供电；足底压力传感器节点包括足底压力传感器、微处理器、电池、无线通信模块，足底压力传感器的输出连接微处理器，微处理器的输出双向连接无线通信模块，电池给传感器节点供电；汇聚处理节点包括存储器、兼容BSN的无线通信模块、接入通信网的无线通信模块手动报警开关以及微处理器，手动报警开关的输出连接微处理器，微处理器分别与存储器、兼容BSN的无线通信模块、接入通信网的无线通信模块双向连接。所说脉搏传感器节点可设置在任一只手的手腕处，加速度传感器节点分别设置在头部和腰部，足底压力传感器节点分别设置在左右脚踝处，左右脚踝处的足底压力传感器节点分别设有位于前后脚掌处的足底压力传感器，汇聚节点设置在腰部。所述人体躯干网络BSN工作在2. 4GHz频段。根据上述老年人跌倒监测系统的监测方法，其特征在于，加速度传感器节点采集反映人体姿态变化的加速度信息，足底压力传感器节点采集足底压力信息，脉搏传感器节点采集反映人体生理状态的脉搏信息，通过微处理器控制具有自主网的无线通信模块将所采集的数据信息发送到汇聚处理节点中的兼容BSN无线通信模块并传送到微处理器进行数据处理，根据多传感量信息融合，实现对老人跌倒决策的综合判断，如果在几秒的时间内，加速度变化超过根据跌倒实验所得的阈值，同时足底压力数据趋近于零，脉搏数据变化较大，则确定人体跌倒，通过接入通信网的无线通信模块上传跌倒信息并报警，同时将老人跌倒后的生理参数信息传输给救护人员。汇聚处理节点中接入通信网的无线通信模块上传跌倒信息包括给服务中心或者特定的手机号码或者通过与物联网终端的无线连接，包括蓝牙、WIFI接入公共通信网，存储器用于存储微处理器的数据信息。在老年人跌倒时，如果该系统出现没有对服务中心或特定的手机号码上传跌倒信息和跌倒报警的情况，老人可自己主动打开报警开关，微处理器通过接入通信网的无线通信模块上传跌倒信息和跌倒报警。本发明具有以下显著的优点和有益效果本发明中的传感节点实时监测老人姿态信息和生理信息，在老人跌倒时系统根据多传感量信息融合给出综合判断，能对服务中心或者特定的手机号码及时上传跌倒信息并进行跌倒报警，同时将跌倒后的生理参数信息传输到救护人员手上，保证救护人员在救护过程中能实时了解老人的最新生理参数信息，方便救护人员提前制定救护计划。
图1是本发明监测系统的结构示意图；图2是本发明监测方法的流程图；图3是监测系统的布置实施图。
具体实施例方式本发明系统包括脉搏传感器节点、加速度传感器节点、足底压力传感器节点和汇聚处理节点。其中脉搏传感器节点可设置在一只手的手腕处，包括脉搏传感器、微处理器、电池、无线通信模块，加速度传感器节点分别设置在头部和腰部各一个，每个都包括加速度传感器、微处理器、电池、无线通信模块，足底压力传感器节点分别设置在左右脚踝处各一个，每个都包括足底压力传感器、微处理器、电池、无线通信模块，左右脚踝处的足底压力传感器节点各包含两个足底压力传感器，分别设置在左右脚的前、后脚掌处。各传感器的输出分别连接微处理器，微处理器的输出双向连接无线通信模块，电池分别给各传感器节点供电。汇聚处理节点可设置在腰部(汇聚处理节点只是接收其他节点发送过来的信息进行处理，并不采集任何信息，放在腿部、胸部、胳膊处等都可以)包括手动报警开关、微处理器以及分别与之双向连接的存储器、兼容BSN的无线通信模块以及接入通信网的无线通信模块。脉搏传感器节点、加速度传感器节点、足底压力传感器节点和汇聚处理节点以星型结构实现多传感器的人体躯干网络BSN。所述人体躯干网络BSN工作在2. 4GHz频段；能够实现对老人信息监护和跌倒决策的综合判断。如图1、3所示，汇聚处理节点301，脑部加速度传感器节点302、脉搏传感器节点303、腰部加速度传感器节点304、左脚踝处的足底压力传感器节点305、右脚踝处的足底压力传感器节点306。汇聚处理节点301包括具有强大功能的微处理器、存储器、兼容BSN无线通信模块、接入通信网无线通信模块、手动报警开关。加速度传感器节点302包括一个加速度传感器、微处理器、无线通信模块、电池。脉搏传感器节点303包括一个脉搏传感器、微处理器、无线通信模块、电池。加速度传感器节点304包括一个加速度传感器、微处理器、无线通信模块、电池。足底压力传感器节点305、306均包括两个足底压力传感器、微处理器、无线通信模块、电池。足底压力传感器节点305和306中的两个足底压力传感器分别放置在左右足底的前方308和后方309。加速度传感器节点302、脉搏传感器节点303、加速度传感器节点304、足底压力传感器节点305、足底压力传感器节点306和汇聚处理节点301以星型结构的方式实现多传感器的BSN组网，加速度传感器节点302、脉搏传感器节点303、加速度传感器节点304、足底压力传感器节点305、足底压力传感器节点306分别将所检测到的加速度、足底压力、脉搏信息通过无线通信模块发送给汇聚处理节点301，汇聚处理节点通过兼容BSN无线通信模块接收到所述数据信息后，发送到具有强大功能的微处理器进行数据处理，根据多传感量信息融合实现对老人跌倒决策的综合判断。汇聚处理节点的接入通信网无线通信模块通过与物联网终端307的无线连接(蓝牙、WIFI)接入公共通信网，对服务中心或者特定的手机号码及时上传跌倒信息并进行跌倒报警。存储器与强大功能的微处理器连接，存储器用于存储所述微处理器的数据。以便于实现存储其他数据，或者数据的交互。加速度传感器节点302、加速度传感器节点304、足底压力传感器节点305、足底压力传感器节点306、脉搏传感器节点303和汇聚处理节点301以星型结构实现多传感器的人体躯干网络(BSN)组网，各传感器节点通过具有自主网功能的无线通信模块将所检测的数据信息发送到汇聚处理节点301，汇聚处理节点301将所述数据信息发送到具有强大功能的微处理器进行数据处理，根据多传感量信息融合实现对老人跌倒决策的综合判断。如果在几秒的时间内，加速度变化超过根据跌倒实验所得的阈值，同时足底压力数据趋近于零，脉搏数据变化较大，则确定人体跌倒，汇聚处理节点的接入通信网无线通信模块发出跌倒报警并上传跌倒信息。加速度传感器节点在脑部和腰部各设置一个，分别检测老人跌倒时的头部运动加速度和腰部运动加速度。根据跌倒检测相关文献，人体在跌倒时人体运动加速度在脑部和腰部反映最明显，实验也验证了这一点，脑部和腰部的加速度变化很明显；同时为了有效检测出跌倒，在加速度传感器节点在脑部和腰部各设置一个是提高跌倒检测的正确性，因为跌倒检测根据加速度的变化来判断，如果只是在腰部或者在头部设置一个加速度传感器的话，是可以的，但是检测跌倒的正确率低于在脑部和腰部各设置一个来进行跌倒检测判断。两只脚共有4个传感器信息分别部署在左右脚前后掌处，因为前后掌处是脚的主要着力点，能够检测足底压力。因为在老人正常走路时，两足底的压力传感器所检测的足底压力不全为0，因为走路，至少有一只脚踩在地上，踩在地上的那只脚的脚底的传感器就能检测到足底压力，另一只脚抬起来了，足底就没有压力，足底传感器就检测不到足底压力，足底压力接近于O。但是在跌倒时两只脚是没踩到地上的，两只脚竖着，两只脚底的压力就全为O 了，通过这两只脚的压力全为0，这个信息来判断老人跌倒。监测时，首先根据所检测的老人的头部运动加速度和腰部运动加速度来做主要判断，老人跌倒时(几秒内)，头部运动加速度和腰部运动加速度变化很明显，在头部和腰部各设置一个实验所得的加速度阈值，比如先判断头部(或腰部)的加速度是否超过阈值，如果超过阈值(如果没有超过阈值，则下面就不判断了)，然后再判断腰部(或头部)的加速度是否超过阈值，如果超过阈值(如果没有超过阈值，则下面就不判断了)，再判断脉搏信息是否有很大变化、足底压力是否为O (脉搏和足底压力是辅助判断，提高跌倒检测的正确性，同时脉搏反映老人生理参数信息)，如果脉搏信息有很大变化，足底压力全为O (如果脉搏信息没有很大变化或者足底压力不全为0，则就不能判断老人跌倒)，则可以判断老人跌倒。如图2a、2b所示，监测方法包括的步骤1、加速度传感器节点、足底压力传感器节点、脉搏传感器节点处于待机状态；2、微处理器读取加速度传感器数据、脉搏传感器数据、足底压力传感器数据；3.、加速度传感器节点、足底压力传感器节点、脉搏传感器节点分别将加速度、足底压力和脉搏信息通过无线通信模块发送到汇聚处理节点；4、汇聚处理节点处于待机状态；5、兼容BSN无线通信模块判断是否接收到加速度传感器节点、足底压力传感器节点、脉搏传感器节点发送的数据，如果没有接收到数据，则继续进行判断；如果接收到数据，则往下执行；6、几秒内连续读取加速度传感器数据；7、判断加速度数据是否有较大变化，即是否超出根据跌倒实验所得的阈值，如果超出，则读取足底压力传感器数据和脉搏传感器数据，如果没有超出，则继续判断；8、判断足底压力传感器数据和脉搏传感器数据是否有较大变化，即足底压力传感器数据是否趋近于零，脉搏传感器数据在几秒内是否变化较大，如果是，则通过接入通信网无线通信模块上报跌倒信息和进行跌倒报警，并存储和上传老人生理参数信息。如果没有，则判断兼容BSN无线通信模块是否接收到数据。
权利要求
1.一种老年人跌倒监测系统，其特征在于，该系统包括脉搏传感器节点、加速度传感器节点、足底压力传感器节点和汇聚处理节点，，脉搏传感器节点、加速度传感器节点、足底压力传感器节点和汇聚处理节点以星型结构实现多传感器的人体躯干网络BSN ；脉搏传感器节点包括脉搏传感器、微处理器、电池、无线通信模块，脉搏传感器的输出连接微处理器，微处理器的输出双向连接无线通信模块，电池给传感器节点供电；加速度传感器节点包括加速度传感器、微处理器、电池、无线通信模块，加速度传感器的输出连接微处理器，微处理器的输出双向连接无线通信模块，电池给传感器节点供电；足底压力传感器节点包括足底压力传感器、微处理器、电池、无线通信模块，足底压力传感器的输出连接微处理器，微处理器的输出双向连接无线通信模块，电池给传感器节点供电；汇聚处理节点包括存储器、兼容BSN的无线通信模块、接入通信网的无线通信模块手动报警开关以及微处理器，手动报警开关的输出连接微处理器，微处理器分别与存储器、兼容BSN的无线通信模块、接入通信网的无线通信模块双向连接。
2.根据权利要求1所述的老年人跌倒监测系统，其特征在于，脉搏传感器节点设置在任一只手的手腕处，加速度传感器节点分别设置在头部和腰部，足底压力传感器节点分别设置在左右脚踝处，左右脚踝处的足底压力传感器节点分别设有位于前后脚掌处的足底压力传感器，汇聚节点设置在腰部。
3.根据权利要求1或2所述的老年人跌倒监测系统，其特征在于所述人体躯干网络 BSN工作在2. 4GHz频段。
4.根据权利要求1所述老年人跌倒监测系统的监测方法，其特征在于，加速度传感器节点采集反映人体姿态变化的加速度信息，足底压力传感器节点采集足底压力信息，脉搏传感器节点采集反映人体生理状态的脉搏信息，通过微处理器控制具有自主网的无线通信模块将所采集的数据信息发送到汇聚处理节点中的兼容BSN无线通信模块并传送到微处理器进行数据处理，根据多传感量信息融合，实现对老人跌倒决策的综合判断，如果在几秒的时间内，加速度变化超过根据跌倒实验所得的阈值，同时足底压力数据趋近于零，脉搏数据变化较大，则确定人体跌倒，通过接入通信网的无线通信模块上传跌倒信息并报警，同时将老人跌倒后的生理参数信息传输给救护人员。
5.根据权利要求4所述老年人跌倒监测系统的监测方法，其特征在于，汇聚处理节点中接入通信网的无线通信模块上传跌倒信息包括给服务中心或者特定的手机号码或者通过与物联网终端的无线连接，包括蓝牙、WIFI接入公共通信网，存储器用于存储微处理器的数据信息。
6.根据权利要求5所述老年人跌倒监测系统的监测方法，其特征在于，在老年人跌倒时，如果该系统出现没有对服务中心或特定的手机号码上传跌倒信息和跌倒报警的情况， 则老人主动打开报警开关，微处理器通过接入通信网的无线通信模块上传跌倒信息和跌倒报警。
全文摘要
一种老年人跌倒监测系统，包括脉搏传感器节点、加速度传感器节点、足底压力传感器节点和汇聚处理节点，四类节点以星型结构实现多传感器人体躯干网络。脉搏传感器节点包括脉搏传感器、微处理器、电池、无线通信模块；加速度传感器节点包括加速度传感器、微处理器、电池、无线通信模块；足底压力传感器节点包括足底压力传感器、微处理器、电池、无线通信模块，上述三类节点中，传感器连接微处理器，微处理器与无线通信模块双向连接；汇聚处理节点包括存储器、兼容BSN的无线通信模块、接入通信网的无线通信模块、手动报警开关以及微处理器，手动报警开关连接微处理器，微处理器分别与存储器、兼容BSN的无线通信模块、接入通信网的无线通信模块双向连接。
文档编号A61B5/0205GK103021129SQ20121051226
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者吴剑锋, 李建清, 徐高志, 罗堪, 王曜初, 冉锋, 刘冠雄, 李志文, 乐英高, 杨华 申请人:东南大学