一种基于步行发电的便携式无线摔倒监测及报警系统的制作方法

本实用新型涉及一种无线摔倒监测及报警系统，尤其是涉及一种基于步行发电的便携式无线摔倒监测及报警系统。

背景技术：

随着中国老龄化社会的来临和老龄化速度的加剧，老年人的医疗保健问题已变成当今社会的一大困扰。利用计算机技术来解决老年人的医疗保健问题逐渐成为热门的研究领域。随着近年来芯片技术的发展，制造工艺的提高，芯片更趋于小型化与低功耗发展，这为解决老年人的医疗保健问题提供了新的机遇。目前国内外相关的判断人体摔倒的方法种类较多，有些研究成果已经作为产品面市。根据其研究中获取信息的来源和类型不同，主要研究方法可分为以下三类：基于视觉信息的摔倒检测系统、基于地板振动信息的摔倒检测系统和穿戴式摔倒检测系统。然而，在室外或者在野外，长时间的连续监护可能会遇到设备电池电量不足的尴尬问题，从而影响连续监护。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于步行发电的便携式无线摔倒监测及报警系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于步行发电的便携式无线摔倒监测及报警系统，该系统包括监测装置和报警终端，所述的监测装置包括供电单元以及分别与之连接的摔倒检测单元、控制单元和无线传输单元，所述的控制单元连接摔倒检测单元，控制单元还通过无线传输单元通信连接报警终端，所述的供电单元包括步行发电机和蓄电池，所述的步行发电机通过充电变换电路连接至蓄电池输入端，蓄电池输出端连接摔倒检测单元、控制单元和无线传输单元。

所述的摔倒检测单元包括三轴加速度传感器。

所述的无线传输单元包括NRF24L01无线收发芯片。

所述的报警终端包括报警蜂鸣器和报警灯。

所述的三轴加速度传感器为MMA7361三轴加速度传感器。

所述的控制单元包括单片机。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型通过设置的步行发电机将步行产生的机械能转化电能，并存储在蓄电池中，不仅实现能量的充分利用，而且能有效防止蓄电池电量不足的尴尬问题，实现了户外连续监测；

(2)本实用新型摔倒检测单元三轴加速度传感器能够实现摔倒情形的准确检测，提高检测精度；

(3)本实用新型报警终端设置报警蜂鸣器和报警灯，采用多种形式报警方式，能够及时有效地引起监护人员注意，第一时间进行施救处理。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图中，1为监测装置，2为报警终端，11为供电单元，12为三轴加速度传感器，13为控制单元，14为无线传输单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种基于步行发电的便携式无线摔倒监测及报警系统，该系统包括监测装置1和报警终端2，监测装置1包括供电单元11以及分别与之连接的摔倒检测单元、控制单元13和无线传输单元14，控制单元13连接摔倒检测单元，控制单元13还通过无线传输单元14通信连接报警终端2，供电单元11包括步行发电机和蓄电池，步行发电机通过充电变换电路连接至蓄电池输入端，蓄电池输出端连接摔倒检测单元、控制单元13和无线传输单元14。控制单元13包括单片机，本实施例中控制单元13采用STC12C5A60S2单片机，摔倒检测单元包括三轴加速度传感器12。

小型步行发电机将步行时人体腿部摆动产生的机械能转换为电能，再通过内置的整流电路将其转换为稳定的电流储存到蓄电池中去，供给三轴加速度传感器12、单片机以及无线模块使用。由于步行发电机最终的负载是电池，因此内阻也很小，可忽略不计，在理论计算的时候可以把该步行电机当做是同步电机来计算。根据人体走路时腿部产生的机械能，再经过发电机的转换，可以得到发电机转轴上的转速大约为14r/min。但本发电机中真正带动其发电机转子的是半径为其5倍的圆形磁环，再加上发电机的转轴接上两重放大倍数均为5倍的放大齿轮，同时，两重的齿轮对小型装置影响微乎其微，因此理论转速可以达到1750r/min。考虑到实际使用时会由于器件自身阻力、行走速度过慢或是器件磨损等外界因素产生一定的损耗，预计大约为1400r/min。根据发电机转子的转速与该发电机的输出电压关系，该型号的发电机输出电压为5.6V左右。考虑到后续的整流电路对电压的阻抗消耗作用，预计输出的电压大概为5V左右。最终，将该输出能量储存到蓄电池中去。

监测装置1所需要实现的功能有如下几方面：第一，通过三轴加速传感器连续不间断地收集人体运动状态的数据，然后将收集到的数据传送到单片机上；第二，单片机接收到三轴加速传感器传来的数据后，通过摔倒算法来对数据经行分析判断，若判断为正常状态，则让加速传感器继续收集人体运动状态的数据，若判断为摔倒状态，则给无线传输单元14发送一个工作模式改变的信号；第三，无线传输单元14接收到了来自单片机的信号，立即将工作模式调整为发送模式，将摔倒的信息发送到无线接收端上。本设计采用Freescale公司生产的高性价比微型电容式三轴加速度传感器MMA7361芯片，三轴加速度传感器12是一种可以对物体运动过程中的加速度进行测量的电子设备，典型互动应用中的加速度传感器可以用来对物体的姿态或者运动方向进行检测。加速度传感器方法是设置一个三维坐标系，再将人的身体“放”入其中，按照一般的习惯，选取Z轴为垂直方向，X轴为前后方向，Y轴为左右方向。

无线传输单元14负责传输当单片机判断为摔倒状态的工作信号以及接收与之配对的传输模块发送来的信号。由于设备是可穿戴式设备，因此要求无线传输模块具备体积小，功耗低，并且传输效率高的特点，经过比较，本实施例选用NRF24L01无线收发芯片。

报警终端2包括报警蜂鸣器和报警灯。报警终端2所需要实现的功能有如下两方面：第一，无线收发芯片一直处于接收状态，等待监测装置1发出的信号；第二，单片机接收到报警信号以后，立即点亮报警灯，同时报警蜂鸣器工作，以示报警。