一种基于pvdf的跌倒保护系统及其方法
【专利摘要】一种基于PVDF的跌倒保护系统，包括用以检测使用者脚踩力的PVDF压电薄膜传感器模块，PVDF压电薄膜传感器模块与电荷放大模块连接，电荷放大模块与模数转换模块，模数转换模块与第一单片机连接，第一单片机与第一无线收发模块连接，模数转换模块、第一单片机、第一无线收发模块均与第一电源连接，第一无线收发模块与第二无线收发模块通信连接，第二无线收发模块与第二单片机连接，第二单片机与安全气囊模块连接，第二无线收发模块、第二单片机均与第二电源模块连接，第二电源模块与开关连接。以及提供一种跌倒保护方法。本发明精度高、对测试者有充分保护。
【专利说明】一种基于PVDF的跌倒保护系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及跌倒保护系统，尤其涉及的是一种基于PVDF的跌倒保护系统及其方法。
【背景技术】
[0002]PVDF是由纯度≥99.99%的偏氟乙烯(VDF)均聚而成的涂料用PVDF可熔性氟碳树月旨，它兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，且已得到广泛应用。
[0003]现在的跌到系统检测判断是否跌倒的方法一般有:基于穿戴式的跌到检测，一般是将加速度传感器数据采集模块佩戴在腰间，当加速度达到跌倒阀值时，便判断为跌倒，还有含有穿戴于脚掌的压力传感器，左右脚掌各一个，根据掌心的压力来判断是否跌倒；针对所摄图像分析对象的实际运动，即判断人体姿态是否正常；基于声学信号的跌到检测，即根据跌倒冲击地面导致震动的频率值来判断人体是否跌倒。通过这些方法来检测跌倒，存在以下几个问题:1)被穿戴人腰间的加速度检测对跌倒条件的要求高且容易产生误判；2)对人体图像，即姿态进行分析，不能足够的保障用户的隐私且对光线等环境因素要求较高，误差较大且带来不便；3)至于脚掌的两压力传感器不能完整的反应人体姿态状况以及人体重心位置，精度不够，也使得误判率增加；4)对声学信号的检测，其安装复杂，同时受环境因素非常大，当材质等发生变化时，误差也就产生，且投入较大；5)许多跌倒检测的检测范围有限，被测试者的活动范围受到局限。6)所有的跌倒检测只针对于被测试者的跌倒状况，但并未实施保护，这使得被测试者的危险度并未降低。
【发明内容】
[0004]为了克服现有跌到检测系统的精度低、无保护功能的不足，本发明提供了一种精度高、对测试者有充分保护的基于PVDF的跌倒保护系统及其方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种基于PVDF的跌倒保护系统，包括用以检测使用者脚踩力的PVDF压电薄膜传感器模块，所述PVDF压电薄膜传感器模块与电荷放大模块连接，所述电荷放大模块与模数转换模块，所述模数转换模块与第一单片机连接，所述第一单片机与第一无线收发模块连接，所述模数转换模块、第一单片机、第一无线收发模块均与第一电源连接，所述跌倒保护系统还包括在第二无线收发模块、第二电源模块、第二单片机、开关和使用者腰带上安置的安全气囊模块，所述第一无线收发模块与所述第二无线收发模块通信连接，所述第二无线收发模块与所述第二单片机连接，所述第二单片机与所述安全气囊模块连接，所述第二无线收发模块、第二单片机均与所述第二电源模块连接，所述第二电源模块与开关连接。
[0007] 进一步，所述PVDF压电薄膜传感器模块安置在使用者所穿的鞋子的鞋垫内，另外，在鞋底安置电荷放大模块、模数转换模块、第一单片机、第一电源模块、第一无线收发模块。当然，也可以为其他安置方式。[0008]再进一步，所述PVDF压电薄膜传感器模块包括用于检测第3~4跖骨的脚踩力的跖骨传感单元，用于检测足跟的脚踩力的足跟传感单元。
[0009]更进一步，所述PVDF压电薄膜传感器模块中受力后，输出电荷与外力间的关系为:
【权利要求】
1.一种基于PVDF的跌倒保护系统，其特征在于:包括用以检测使用者脚踩力的PVDF压电薄膜传感器模块，所述PVDF压电薄膜传感器模块与电荷放大模块连接，所述电荷放大模块与模数转换模块，所述模数转换模块与第一单片机连接，所述第一单片机与第一无线收发模块连接，所述模数转换模块、第一单片机、第一无线收发模块均与第一电源连接，所述跌倒保护系统还包括在第二无线收发模块、第二电源模块、第二单片机、开关和使用者腰带上安置的安全气囊模块，所述第一无线收发模块与所述第二无线收发模块通信连接，所述第二无线收发模块与所述第二单片机连接，所述第二单片机与所述安全气囊模块连接，所述第二无线收发模块、第二单片机均与所述第二电源模块连接，所述第二电源模块与开关连接。
2.如权利要求1所述的基于PVDF的跌倒保护系统，其特征在于:所述PVDF压电薄膜传感器模块安置在使用者所穿的鞋子的鞋垫内，在鞋底安置电荷放大模块、模数转换模块、第一单片机、第一电源模块、第一无线收发模块。
3.如权利要求1或2所述的基于PVDF的跌倒保护系统，其特征在于:所述PVDF压电薄膜传感器模块包括用于检测第3~4跖骨的脚踩力的跖骨传感单元，用于检测足跟的脚踩力的足跟传感单元。
4.如权利要求1或2所述的基于PVDF的跌倒保护系统，其特征在于:，所述PVDF压电薄膜传感器模块中受力后，输出电荷与外力间的关系为:
5.如权利要求3所述的基于PVDF的跌倒保护系统，其特征在于:所述第一单片机首先根据PVDF压电薄膜外力与电荷的关系来计算出所述Fi，并且先对前十次人体正常行走接收到的从左右两脚传来的数据进行储存，以十次中最小值(MIN)到最大值(MAX)作为标准范围； 其中一只脚的计算过程如下:
第 3 ~4 跖骨:R) - F (MIN) =F2
FO-F (MAX) =F3
足跟:F1 — F (MIN) =F4
Fl — F (MAX) =F5 式中，为第一单片机接收的第3~4跖骨的数值，Fl为接收到的足跟的数值，F (MIN)为所述储存的第3~4跖骨或足跟前十次数据的最小值，F(MIN)为所述储存跖骨或足跟前十次数据的最大值，F2、F3、F4、F5为差值； 第一单片机将每次采集的数据差值，即F2、F3、F4、F5，发送至第一无线收发模块，再由第一无线收发模块发送给第二无线收发模块； 所述第二单片机中，判定是否满足:F2 > O且F3 < O或F4 > O且F5 < O时，如不符合此条件即可判断人体跌倒，第二单片机发送指令至安全气囊模块，将安全气囊打开实现保护。
6.如权利要求1或2所述的基于PVDF的跌倒保护系统，其特征在于:所述安全气囊模块中的安全气囊包括采用由天然橡胶制作的外壳，高回弹海绵填充于安全气囊外壳的内部，弹簧元件固定在安全气囊外壳的左右两边；所述安全气囊固定好后置于使用者的腰部。
7.一种基于PVDF的跌倒保护方法，其特征在于:所述跌倒保护方法包括以下步骤: (1)采用PVDF压电薄膜传感器模块检测使用者脚踩力，所述PVDF压电薄膜传感器模块包括用于检测第3~4跖骨的脚踩力的跖骨传感单元，用于检测足跟的脚踩力的足跟传感单元；并将安全气囊固定好后置于使用者的腰部； (2)根据PVDF压电薄膜外力与电荷的关系来计算出所述Fi，并且先对前十次人体正常行走接收到的从左右两脚传来的数据进行储存，以十次中最小值(MIN)到最大值(MAX)作为标准范围； (3)其中一只脚的计算过程如下:
第 3 ~4 跖骨:R) - F (MIN) =F2
FO-F (MAX) =F3
足跟:F1 — F (MIN) =F4
Fl — F (MAX) =F5 式中，为第一单片机接收的第3~4跖骨的数值，Fl为接收到的足跟的数值，F (MIN)为所述储存的第3~4跖骨或足跟前十次数据的最小值，F(MIN)为所述储存跖骨或足跟前十次数据的最大值，F2、F3、F4、F5为差值； ( 4)判定是否满足:F2> O且F3 < O或F4 > O且F5 < O时，如不符合此条件即可判断人体跌倒，发送控制指令至安全气囊模块，将安全气囊打开实现保护。
【文档编号】G08C17/02GK103926027SQ201410138083
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】洪榛, 冯艺潇, 李橙橙, 刘杰, 陈陪杰, 李喜乐, 王瑞, 谷银银, 宋婷婷 申请人:浙江理工大学