专利名称：生物体跌倒检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子领域，特别是涉及一种生物体跌倒检测装置。
背景技术：
随着我国人口老龄化的加剧和人们生活水平的提高，老年人的健康问题已经成为需要重点关注的方面。老人跌倒极易引起脑卒中、脑溢血等导致伤残和死亡的疾病。如果能够在最短的时间对其进行救治，就可以极大程度的降低跌倒对老年人所产生的伤害。现有的跌倒监测报警系统分为三类:基于视频图像的跌倒监测报警系统，基于声学的跌倒监测报警系统，基于加速度传感器的跌倒监测报警系统。基于视频图像的跌倒监测报警系统是在目标活动区域安装摄像头，对目标行为进行观测，通过图像处理的方法来监测是否有跌倒发生。这种跌倒监测系统成本高，并且受到活动区域的影响巨大。基于声学的跌倒监测报警系统是通过分析跌倒时的音频信号来进行监测，这种监测方式准确度比较低，跌倒误判率高。基于加速度传感器的跌倒监测报警系统通过佩戴在生物体上的加速度传感来采集动作信息，来对跌倒行为进行判别监测。目前基于这种技术的跌倒监测报警系统应用比较广泛。但是现有技术的跌倒监测报警装置仅仅对跌倒的这一特征进行报警，缺乏具体应用价值。因为跌倒一般分为两种，即病理性跌倒和非病理性跌倒。非病理性跌倒的情况下，目标可以自己站起并回复到普通状态，并不会引发相应的急速病变，危及到老人的身体健康。病理性跌倒则可能会引起老人身体状况的迅速恶化，危及到老人的身体健康甚至是生命安全。综上所述，现有的技 术无法准确有效地判断生物体发生跌倒时的类型。
实用新型内容基于此，有必要针对现有技术的跌倒监测报警装置对跌倒的这一特征进行报警，缺乏具体应用价值问题，提供一种对病理性跌倒进行报警的生物体跌倒检测装置。为实现本实用新型目的而提供的一种生物体跌倒检测装置，包括跌倒监测单元、血压监测单元和微处理单元；所述跌倒监测单元，在所述微处理单元的控制下，对生物体的加速度信息进行采集处理，并发送所述采集处理的加速度信息至所述微处理单元；所述血压监测单元，在所述微处理单元的控制下，对生物体的血压和/或脉搏信息进行采集处理，并发送所述采集处理的血压和/或脉搏信息至所述微处理单元；所述微处理单元，控制所述跌倒监测单元启动和接收所述生物体的加速度信息，并对所述加速度信息分析判断，并根据判断结果启动所述血压监测单元，检测所述生物体的血压和/或脉搏信息并进行分析处理，并根据处理结果生成报警信息。较佳地，所述的生物体跌倒检测装置，还包括体温监测单元，在所述微处理单元的控制下，对生物体的体温信息进行采集与处理，并发送所采集的体温信息至所述微处理单元;所述微处理信息，还根据判断结果启动所述体温监测单元，检测所述生物体的体温信息并进行分析处理，并根据处理结果生成报警信息。较佳地，所述的生物体跌倒检测装置，还包括定位单元、数据传输单元和显示单元，分别连接于所述微处理单元；所述定位单元，获取所述生物体跌倒检测装置的位置信息；所述数据传输单元，发送经所述微处理单元生成的跌倒报警信息或病急报警信息；所述显示单元，输入控制信息、显示输出信息。较佳地，所述跌倒监测单元包括加速度传感器、加速度信号处理模块；所述加速度传感器为三轴加速度传感器，采集并发送生物体加速度信息至所述加速度信号处理模块；所述加速度信号处理模块，接收所述加速度传感器采集到的生物体加速度信息，对所述生物体加速度信息进行放大和滤波以及模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的加速度信息至所述微处理单元。较佳地，所述血压监测单元包括光发射模块、光接收模块和脉搏波处理模块；所述光发射模块，在所述微处理单元的控制下，向生物体发射双波长光线；
所述光接收模块，接收生物体反射的双波长光线，以及将接收到的光信号转换为电信号，并将该电信号传输至所述脉搏波处理模块；所述脉搏波处理模块，对电信号进行放大、滤波、二次放大以及模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的信息至所述微处理单元；所述体温监测单元包括温度传感器和温度信号处理模块；所述温度传感器，采集并发送生物体体温信息至所述温度信号处理模块；所述温度信号处理模块，接收所述温度传感器采集的生物体体温信息，对所述生物体温度信息进行放大和滤波以及模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的信息至所述微处理单元。较佳地，所述微处理单元包括加速度分析处理子单元、脉博血压分析处理子单元、体温分析处理子单元和信息生成子单元；其中:所述加速度分析处理子单元，对接收到的所述生物体的所述加速度信息进行分析，判断并根据判断结果启动所述血压监测单元和体温监测单元；所述脉博血压分析处理子单元，检测所述生物体的血压和/或脉博信息，并对所述生物体的血压和/或脉博信息进行分析处理，判断是否有血压突变状况发生，生成血压状况信息，发送给所述信息生成子单元；所述体温分析处理子单元，检测所述生物体的体温信息，并对所述生物体的体温信息进行分析处理，判断生物体体温是否有突变状况发生，生成体温状况信息，发送给所述信息生成单元；所述信息生成子单元，根据接收到的血压状况信息和体温状况信息，判断生物体是否发生病理性跌倒，并在生物体发生病理性跌倒时，生成报警信息。本实用新型的有益效果:本实用新型所述生物体跌倒检测装置，通过监测生物体脉搏和/或血压以及体温，其能够准确有效地判断所发生跌倒的类型，并通过监测位置坐标信息确定准确位置，就能够在最短的时间对发生病理性跌倒的使用者进行救治，从而极大程度的降低跌倒对使用者特别是老年人所产生的伤害。
图1为本实用新型实施例生物体跌倒检测装置结构示意图；图2为本实用新型实施例生物体跌倒检测装置血压监测单元示意图；图3为本实用新型实施例生物体跌倒检测装置判断方法流程图；图4为本实用新型生物体跌倒检测装置跌倒状态时脉搏波曲线的变化示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型生物体跌倒检测装置及方法的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本实用新型生物体跌倒检测装置及方法进行进一步详细说明。本实用新型实施例中，以所述生物体为人体而描述本实用新型，但是，应当说明的是，本实用新型同样适用于其他生物体，如熊猫等，其他生物体如果利用到本实用新型的生物体跌倒检测装置和方法，同样受到本实用新型权利要求的保护。本实用新型的生物体跌倒检测装置佩戴于人体手腕部位，类似于运动腕表。如图1所示，本实·用新型生物体跌倒检测装置，包括跌倒监测单元100、血压监测单元200、体温监测单元300、定位单元400、数据传输单元500和微处理单元600 ；跌倒监测单元100、血压监测单元200、体温监测单元300、定位单元400和数据传输单元500分别连接于微处理单元600。跌倒监测单元100，用于在所述微处理单元的控制下，对生物体的加速度信息进行采集处理，并发送所述采集处理的加速度信息至微处理单元600 ；血压监测单元200，用于在所述微处理单元的控制下，对生物体的血压和/或脉搏信息进行采集处理，并发送所述采集处理的血压和/或脉搏信息至所述微处理单元600 ；体温监测单元300，用于在所述微处理单元的控制下，对生物体的体温信息进行采集与处理，并发送所采集的体温信息至所述微处理单元600 ；定位单元400，用于获取所述生物体跌倒检测装置的位置信息；较佳地，所位定位单元400为GPS定位设备。数据传输单元500，用于发送经所述微处理单元600生成的跌倒报警信息或病急
报警信息。微处理单元600，用于控制所述跌倒监测单元启动和接收所述生物体的加速度信息，并对所述加速度信息分析判断，并根据判断结果启动所述血压监测单元和体温监测单元，检测所述生物体的血压和/或脉搏信息、体温信息并进行分析处理，并根据处理结果生成报警信息。较佳地，所述报警信息包括但不限于跌倒报警信息和/或病急报警信息。[0053]跌倒监测单元100包括加速度传感器101和与其相连接加速度信号处理模块102 ；加速度信号处理模块102连接微处理单元600 ；加速度传感器101，用于采集并发送生物体加速度信息至所述加速度信号处理模块 102 ；作为一种可实施方式，加速度传感器101采用三维加速度传感器进行跌倒检测；加速度信号处理模块102，用于接收所述加速度传感器101采集到的生物体加速度信息，对所述生物体加速度信息进行放大和滤波以及模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的加速度信息至所述微处理单元600。血压监测单元200通过监测手腕处的脉搏波来进行间接计算，血压监测单元200包括光发射模块201，光接收模块202和脉搏波处理模块203 ；光发射模块201，用于在所述微处理单元600的控制下，向生物体发射双波长光线.-^4 ，光接收模块202，用于接收生物体反射的双波长光线，以及将接收到的光信号转换为电信号，并将该电信号传输至所述脉搏波处理模块203 ；脉搏波处理模块203，用于对电信号进行放大、滤波、二次放大以及模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的信息至所述微处理单元600。如图2所示，作为一种可实施方式，光发射模块201由LED和LED驱动电路组成；LED驱动电路产生恒定电流驱动LED发光，光经过人体的反射，返回的光被光接收模块202接收，将光信号转换为电信号，该电信号通过脉搏波处理模块203信号调理后传至微处理单元600内进行运算和处理，如图2所示。
体温监测单元300包括温度传感器301和与其相连接的温度信号处理模块302 ；温度传感器301，用于采集并发送生物体体温信息至所述温度信号处理模块302 ；温度信号处理模块302，用于接收所述温度传感器301采集的生物体体温信息，对所述生物体温度信息进行放大和滤波以及模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的信息至所述微处理单元600。作为一种可实施方式，所述温度传感器301采用DS18B20单总线数字传感器，精度高，数据获取及供电方便。定位单元400，用于获取所述报警装置的位置信息，以便使亲属和医护中心确切掌握信息，及时做出救援反应。数据传输单元500，用于发送经微处理单元600分析处理后的信息。数据传输单元500是本跌倒报警装置与外界(医护中心或亲属手机)进行数据通信的装置。作为一种可实施方式，数据传输单元500采用SIM900GPRS无线通讯模块通过辅助电路(未示出)与微处理单元600相连，实现信息的无线数字信号传送。微处理单元600包括加速度分析处理子单元、脉博血压分析处理子单元和体温分析处理子单元；其中:加速度分析处理子单元，用于对接收到的所述生物体的所述加速度信息进行分析，判断并根据判断结果启动所述血压监测单元和体温监测单元；脉博血压分析处理子单元，用于检测所述生物体的血压和/或脉博信息，并对所述生物体的血压和/或脉博信息进行分析处理，判断是否有血压突变状况发生，生成血压状况信息，发送给所述信息生成单元；体温分析处理子单元，用于检测所述生物体的体温信息，并对所述生物体的体温信息进行分析处理，判断生物体体温是否有突变状况发生，生成体温状况信息，发送给所述信息生成单元；信息生成单元，用于根据接收到的血压状况信息和体温状况信息，判断生物体是否发生病理性跌倒，并在生物体发生病理性跌倒时，生成报警信息。作为一种可实施方式，本实用新型生物体跌倒检测装置，还包括一显示单元700，与微处理单元600连接，用于输入控制信息、显示输出信息。较佳地，所述显示单元为一触控显示屏700。相应地，为实现本实用新型的目的还提供一种生物体跌倒检测方法，如图3所示，包括以下步骤:步骤S100，微处理单元控制所述跌倒监测单元启动，跌倒监测单元对生物体的加速度信息进行采集处理，并发送所述采集处理的加速度信息至所述微处理单元；步骤S200，跌倒监测单元接收所述生物体的加速度信息，并对所述加速度信息分析判断，并根据判断结果启动所述血压监测单元和体温监测单元；步骤S300，所述血压监测单元和体温监测单元检测所述生物体的血压和/或脉搏信息、体温信息并进行分析处理，并根据处理结果生成报警信息。[0080]较佳地，作为一种可实施方式，所述步骤S300中，检测生物体的脉博和/或血压信息进行分析处理，包括如下步骤:步骤S311，向生物体发射波长分别为660nm和IlOOnm的光线，接收并转换反射的光信号为电信号，再根据光电容积描记法计算出生物体血压值；步骤S312，根据生物体脉博及血压信息判断当生物体血压值降低或者升高预先设定的阈值时，判断有血压突变状况发生，生成血压状况信息；否则，没有血压突变状况发生，不生成血压状况信息。较佳地，作为一种可实施方式，所述步骤S300中，检测生物体的体温信息并进行分析处理，包括如下步骤:步骤S321，检测得到生物体的体温信息；步骤S322，根据生物体温信息判断是否有体温突变状况发生；如果生物体体温升高或者降低TC，则判断生物体温有突变状况发生，生成生物体的体温状况信息；否则，没有生物体体温突变状况发生，不生成生物体体温状况信息。作为一种可实施方式，步骤S200中，跌倒监测单元对生物体的加速度信息进行分析处理，包括如下步骤:根据三轴加速度传感器采集到的生物体的三轴加速度，根据三个轴向的加速度通过公式，(I),计算得到人体加速度强度矢量SMV (Signal MagnitudeVector),SMV = = Iaz + a + a ,、
''( I )其中:分别为X轴、y轴、ζ轴方向上的加速度值。X轴、y轴、z轴分别为人体的向前、向左、向上矢量。[0090]判断生物体是否有跌倒状况发生，根据判断结果，启动所述血压监测单元和体温监测单元。即通过三轴加速度和人体加速度强度矢量SMV的值，本实用新型实施例通过4个方面特征判断依据来确定人体是否有跌倒状况发生。判断是否跌倒，是通过综合分析，使用多个判断依据，从而避免误报警。作为一种可实施方式，所述三轴加速度传感器为ADXL345传感器，其通过三轴加速度以及加速度矢量值来综合判断生物体是否有跌倒状况发生，当有跌倒状况发生时，启动所述血压监测单元和体温监测单元。作为一种可实施方式，所述通过三轴加速度传感器检测得到三轴加速度以及加速度矢量值，判断生物体是否有跌倒状况发生，包括如下步骤:步骤S110，根据三轴加速度传感器的自由落体中断检测得到的3轴加速度以及加速度矢量值SMV判断生物体是否有失重状态发生；在生物体跌倒的开始都会发生失重现象，失重可以作为病理性跌倒状态的第一个判断依据，当其失重的加速度小于Ig时，判断生物体有病理性跌倒的失重情况发生。
其中，作为一种可实施方式，所述检测由ADXL345的Free_Fall(自由落体)中断来检测得到。步骤S120，根据三轴加速度传感器的活动中断检测得到的3轴加速度以及加速度矢量值SMV判断生物体是否有撞击状态发生；失重之后，人体发生跌倒的时候会与地面或其他物体发生撞击，在加速度曲线中会产生一个很大的冲击。这个冲击可以通过ADXL345的Activity中断(活动中断)来检测。因此，Free_Fall中断之后，紧接着产生Activity (活)中断是跌倒状态的第二个判断依据。步骤S130，根据三轴加速度传感器的静止中断检测得到的3轴加速度以及加速度矢量值SMV判断生物体是否有静止状态发生；人体在跌倒后，也就是撞击发生之后，不可能马上起来，会有短暂的静止状态(如果人因为跌倒而导致昏迷，甚至可能是较长时间的静止)。表现在加速度曲线上就是会有一段时间的平稳。这可以通过ADXL345的Inactivity (静止)中断来检测。因此，Activity中断(活动中断)之后的Inactivity中断是跌倒状态的第三个判断依据。步骤S140，根据三轴加速度传感器读取静止中断之后的三轴加速度以及加速度矢量值SMV,并与初始状态的三轴加速度以及加速度矢量值SMV进行比较，判断确定人体是否有跌倒状况发生。人体跌倒之后，人体会发生翻转，因此人体的方向会与原先静止站立的姿态(初始状态)不同。这使得跌倒之后的静止状态下的三轴加速度数值与初始状态下的三轴加速度不同。读取Inactivity中断(静止中断)之后的三轴加速度数据，以及加速度矢量值SMV,并与初始状态的三轴加速度以及加速度矢量值SMV进行比较，作为第四个判断依据，判断确定人体是否有跌倒状况发生。具体地，人体跌倒之后，发生翻转，因此人体的方向会与原先静止站立的姿态(初始状态)不同。这使得跌倒之后的静止状态下的三轴加速度数值与初始状态下的三轴加速度不同。设跌倒监测单元固定在被测人体上的某个部位，这样初始状态下的三轴加速度数值可以认为是已知的(本实施例中，初始状态为:X轴Og，Y轴-lg，Z轴Og)。读取静止(Inactivity)中断之后的三轴加速度数据，并与初始状态进行比较。重力加速度方向由Y轴上的-1g变为了 Z轴上的lg，这说明人体发生了侧向跌倒。因此，跌倒检测的第四个依据就是跌倒后的静止状态下加速度值与初始状态发生变化，且矢量变化超过一定的门限值(比如0.7g)，判断确定人体是否有跌倒状况发生。作为一种可实施方式，步骤S300检测生物体的脉博和/或血压信息进行分析处理，包括如下步骤:步骤S311:向生物体发射波长分别为660nm和IlOOnm的光线，接收并转换反射的光信号为电信号，再根据光电容积描记法计算出生物体血压值；步骤S312:根据生物体脉博和/或血压信息判断当生物体血压值降低或者升高预先设定的阈值时，判断有血压突变状况发生，生成血压状况信息；否则，没有血压突变状况发生，不生成血压状况信息。采用光电容积描记法能够检测出人体所测位置的血流变化，而血管内的血流变化与血管内的实时血压有一定的相关性。通过分析脉搏波的变化曲线来定性的研究人体实时血压的变化曲线具备极大的合理性，而实时血压的变化在能够反映人体的某些病理性特征的出现。例如在病理性跌倒过程中，血压会有剧烈的波动，反映到脉搏波曲线上就会出现如图4所示的曲线。正常状态下人的脉象平稳，韵律一致；而患有心脏疾病的患者则存在脉象韵律不齐、心脏偷停、早搏等现象；老年人在病理性跌倒发生时，亦会产生脉象韵律不齐等特征。在本实用新型实施例中，采用如下的公式(2)来描述脉率的均匀度:
权利要求1.一种生物体跌倒检测装置，其特征在于，包括跌倒监测单元、血压监测单元和微处理单元； 所述跌倒监测单元，在所述微处理单元的控制下，对生物体的加速度信息进行采集处理，并发送所述采集处理的加速度信息至所述微处理单元； 所述血压监测单元，在所述微处理单元的控制下，对生物体的血压和/或脉搏信息进行采集处理，并发送所述采集处理的血压和/或脉搏信息至所述微处理单元； 所述微处理单元，控制所述跌倒监测单元启动和接收所述生物体的加速度信息，并对所述加速度信息分析判断，并根据判断结果启动所述血压监测单元。
2.根据权利要求1所述的生物体跌倒检测装置，其特征在于，还包括体温监测单元，在所述微处理单元的控制下，对生物体的体温信息进行采集与处理，并发送所采集的体温信息至所述微处理单元； 所述微处理单元还根据判断结果启动所述体温监测单元。
3.根据权利要求1或2所述的生物体跌倒检测装置，其特征在于，还包括定位单元、数据传输单元和显示单元，分别连接于所述微处理单元； 所述定位单元，获取所述生物体跌倒检测装置的位置信息； 所述数据传输单元，发送经 所述微处理单元生成的跌倒报警信息或病急报警信息； 所述显示单元，输入控制信息、显示输出信息。
4.根据权利要求1或2所述的生物体跌倒检测装置，其特征在于，所述跌倒监测单元包括加速度传感器、加速度信号处理模块； 所述加速度传感器为三轴加速度传感器，采集并发送生物体加速度信息至所述加速度信号处理模块； 所述加速度信号处理模块，接收所述加速度传感器采集到的生物体加速度信息，对所述生物体加速度信息进行放大和滤波以及模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的加速度信息至所述微处理单元。
5.根据权利要求2所述的生物体跌倒检测装置，其特征在于，所述血压监测单元包括光发射模块、光接收模块和脉搏波处理模块； 所述光发射模块，在所述微处理单元的控制下，向生物体发射双波长光线； 所述光接收模块，接收生物体反射的双波长光线，以及将接收到的光信号转换为电信号，并将该电信号传输至所述脉搏波处理模块； 所述脉搏波处理模块，对电信号进行放大、滤波、二次放大以及模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的信息至所述微处理单元； 所述体温监测单元包括温度传感器和温度信号处理模块； 所述温度传感器，采集并发送生物体体温信息至所述温度信号处理模块； 所述温度信号处理模块，接收所述温度传感器采集的生物体体温信息，对所述生物体温度信息进行放大和滤波以及模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的信息至所述微处理单元。
专利摘要本实用新型公开了一种生物体跌倒检测装置。所述装置包括跌倒监测单元，对生物体的加速度信息进行采集处理；血压监测单元，对生物体的血压和/或脉搏信息进行采集处理；体温监测单元，对生物体的体温信息进行采集与处理；微处理单元，控制所述跌倒监测单元启动和接收所述生物体的加速度信息，并对加速度信息分析判断，并根据判断结果启动血压监测单元和体温监测单元，检测所述生物体的血压和/或脉搏信息、体温信息并进行分析处理，并根据处理结果生成跌倒报警信息或病急报警信息。其能够准确有效地判断所发生跌倒的类型。
文档编号A61B5/11GK203118166SQ20122015503
公开日2013年8月7日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者郭立泉, 方强, 钱庆, 乔武洲, 郁磊, 黄春华, 谷旭恒 申请人:无锡先凯智能科技有限公司