本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及跌倒檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于多傳感器融合跌倒檢測(cè)的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

多傳感器信息融合技術(shù)在解決檢測(cè)、跟蹤等問(wèn)題方面，能夠增強(qiáng)系統(tǒng)生存能力，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性并能夠增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可信度，提高精度。正是基于多傳感器融合的優(yōu)勢(shì)，將多傳感器融合技術(shù)運(yùn)用于跌倒檢測(cè)里，能夠降低對(duì)于現(xiàn)今跌倒檢測(cè)的誤判率，從而實(shí)現(xiàn)更精確的跌倒保護(hù)?，F(xiàn)在的跌倒系統(tǒng)檢測(cè)判斷是否跌倒的方法一般有：基于穿戴式的跌倒檢測(cè)，一般是將加速度傳感器數(shù)據(jù)采集模塊佩戴在胸部，當(dāng)加速度達(dá)到跌倒閥值時(shí)，便判斷為跌倒，還有適于穿戴于腳掌的壓力傳感器，左右腳掌各一個(gè)，根據(jù)掌心的壓力來(lái)判斷是否跌倒；針對(duì)所攝圖像分析對(duì)象的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，即判斷人體姿態(tài)是否正常；基于聲學(xué)信號(hào)的跌倒檢測(cè)，即根據(jù)跌倒沖擊地面導(dǎo)致震動(dòng)的頻率值來(lái)判斷人體是否跌倒。

通過(guò)上述這些方法來(lái)檢測(cè)跌倒，存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

1)穿戴式設(shè)備檢測(cè)信號(hào)因素單一，不能夠確切地分析跌倒數(shù)據(jù)，從而造成誤判或者漏判；

2)對(duì)人體圖像，即姿態(tài)進(jìn)行分析，不能足夠的保障用戶(hù)的隱私且對(duì)光線(xiàn)等環(huán)境因素要求較高，誤差較大且?guī)?lái)不便；

3)至于腳掌的壓力傳感器分區(qū)不當(dāng)，造成足底信號(hào)獲取不準(zhǔn)確，也使得誤判率增加；

4)對(duì)聲學(xué)信號(hào)的檢測(cè)，其安裝復(fù)雜，同時(shí)受環(huán)境因素非常大，當(dāng)材質(zhì)等發(fā)生變化時(shí)，誤差也就產(chǎn)生，且投入較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于多傳感器融合跌倒檢測(cè)的系統(tǒng)及方法，其目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的功能單一、跌倒誤判率或漏判率高的缺陷，提高跌倒檢測(cè)精度并降低成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有如下構(gòu)成：

該基于多傳感器融合跌倒檢測(cè)的系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是，所述系統(tǒng)包括：

足底壓力檢測(cè)子系統(tǒng)，包括數(shù)個(gè)力敏傳感器、一第一單片機(jī)和一第一無(wú)線(xiàn)通信模塊，所述力敏傳感器和第一無(wú)線(xiàn)通信模塊均與所述第一單片機(jī)相連接，所述力敏傳感器設(shè)置于足底，所述第一單片機(jī)用以對(duì)所述力敏傳感器的壓力檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

人體姿態(tài)檢測(cè)子系統(tǒng)，包括一加速度傳感器、一角度傳感器、一第二無(wú)線(xiàn)通信模塊和一第二單片機(jī)，所述加速度傳感器、角度傳感器和第二單片機(jī)均與所述第二無(wú)線(xiàn)通信模塊相連接，所述第一無(wú)線(xiàn)通信模塊與所述第二無(wú)線(xiàn)通信模塊進(jìn)行通信，所述加速度傳感器和角度傳感器均佩戴于人體，所述第二單片機(jī)用以根據(jù)所述加速度傳感器和角度傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)以及所述第一單片機(jī)的處理結(jié)果判斷人體是否跌倒。

較佳地，所述力敏傳感器分別設(shè)置于左腳的前足、后足和側(cè)面區(qū)域以及右腳的前足、后足和側(cè)面區(qū)域。

更佳地，所述力敏傳感器分別設(shè)置于左腳和右腳的大腳趾、第2～4跖骨與足跟。

較佳地，所述系統(tǒng)還包括蜂鳴器，所述蜂鳴器用以當(dāng)所述第二單片機(jī)判斷人體跌倒時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

較佳地，所述加速度傳感器為三軸加速度傳感器，所述角度傳感器為陀螺儀。

較佳地，所述足底壓力檢測(cè)子系統(tǒng)還包括第一電源模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述第一電源模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊均與所述第一單片機(jī)相連接；所述人體姿態(tài)檢測(cè)子系統(tǒng)還包括第二電源模塊，所述第二電源模塊與所述第二單片機(jī)相連接。

本發(fā)明還涉及一種通過(guò)所述的系統(tǒng)基于多傳感器融合跌倒檢測(cè)的方法，其主要特點(diǎn)是，所述方法包括如下步驟：

(1)所述第一單片機(jī)采集所述力敏傳感器的壓力檢測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理；

(2)所述第一單片機(jī)通過(guò)所述第一無(wú)線(xiàn)通信模塊和所述第二無(wú)線(xiàn)通信模塊將處理結(jié)果發(fā)送至所述第二單片機(jī)；

(3)所述第二單片機(jī)判斷所述第一單片機(jī)的處理結(jié)果是否為足底壓力異常，如果是，則繼續(xù)步驟(4)；否則在系統(tǒng)預(yù)設(shè)間隔時(shí)間后，繼續(xù)步驟(1)；

(4)所述第二單片機(jī)采集所述加速度傳感器的加速度檢測(cè)數(shù)據(jù)和角度傳感器的角度檢測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)加速度檢測(cè)數(shù)據(jù)和角度檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷人體是否跌倒。

較佳地，所述力敏傳感器分別設(shè)置于左腳的前足、后足和側(cè)面區(qū)域以及右腳的前足、后足和側(cè)面區(qū)域，所述第一單片機(jī)采集所述力敏傳感器的壓力檢測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，包括如下步驟：

(1-1)判斷左腳和右腳中其中一個(gè)的底部是否有多于一半的力敏傳感器的輸出值大于第一預(yù)設(shè)壓力閾值，如果是，則繼續(xù)步驟(1-5)，否則繼續(xù)步驟(1-2)；

(1-2)判斷左腳和右腳中其中一個(gè)的前足與另一個(gè)的后足的力敏傳感器的輸出值是否同時(shí)大于第二預(yù)設(shè)壓力閾值，如果是，則繼續(xù)步驟(1-5)，否則繼續(xù)步驟(1-3)；

(1-3)判斷左腳和右腳的側(cè)面的力敏傳感器的輸出值是否同時(shí)大于第二預(yù)設(shè)壓力閾值，如果是，則繼續(xù)步驟(1-5)，否則繼續(xù)步驟(1-4)；

(1-4)所述第一單片機(jī)輸出結(jié)果為足底壓力異常，然后繼續(xù)步驟(2)；

(1-5)所述第一單片機(jī)輸出結(jié)果為足底壓力正常，然后繼續(xù)步驟(2)。

更佳地，所述力敏傳感器包括設(shè)置于從左腳的前足到后足依次設(shè)置的八個(gè)力敏傳感器以及從右腳的前足到后足依次設(shè)置的八個(gè)力敏傳感器R₁～R₈，所述步驟(1-1)具體為：

(1-1)判斷左腳和右腳中其中一個(gè)的底部是否有至少五個(gè)力敏傳感器的輸出值大于第一預(yù)設(shè)壓力閾值，如果是，則繼續(xù)步驟(1-5)，否則繼續(xù)步驟(1-2)。

更進(jìn)一步地，所述步驟(1-2)具體為：

根據(jù)如下公式計(jì)算力敏傳感器的前后足綜合輸出值：

或或

L_B＝[L₇ L₈]，R_B＝[R₇ R₈]；

Det(Φ)＝|L_A|·|R_B·L_B^T|+|R_A|·|-L_B·L_B^T|；

其中，L₁～L₄為左腳的前足的四個(gè)力敏傳感器的壓力輸出值，L₇、L₈為左腳的后足的兩個(gè)力敏傳感器的壓力輸出值，R₁～R₄為右腳的前足的四個(gè)力敏傳感器的輸出值，R₇、R₈為右腳的后足的兩個(gè)力敏傳感器的壓力輸出值，L_A為左腳的前足的壓力輸出值矩陣，L_B為左腳的后足的壓力輸出值矩陣，R_A為右腳的前足的壓力輸出值矩陣，R_B為右腳的后足的壓力輸出值矩陣，Det(Φ)為前后足綜合輸出值；

判斷前后足綜合輸出值是否大于零值，如果是，則繼續(xù)步驟(1-5)，否則繼續(xù)步驟(1-3)。

再進(jìn)一步地，所述步驟(1-3)具體為：

根據(jù)如下公式計(jì)算側(cè)面綜合輸出值：

L_C＝[L₅ L₆]，R_C＝[R₅ R₆]；

Ψ′＝[|L_C·L_C^T||R_C·R_C^T|]；

Ψ＝Ψ′.Ψ′^T

其中，L5、L6為左腳的側(cè)面的兩個(gè)力敏傳感器的壓力L_C為左腳的側(cè)面的壓力輸出值矩陣，R_C為右腳的側(cè)面的壓力輸出矩陣，Ψ為側(cè)面綜合輸出值；

判斷側(cè)面綜合輸出值是否為非零值，如果是，則繼續(xù)步驟(1-5)，否則繼續(xù)步驟(1-4)。

較佳地，所述步驟(7)，具體為：

所述第二單片機(jī)采集所述加速度傳感器的加速度檢測(cè)數(shù)據(jù)和角度傳感器的角度檢測(cè)數(shù)據(jù)，并判斷加速度檢測(cè)數(shù)據(jù)是否大于預(yù)設(shè)加速度閾值且角度檢測(cè)數(shù)據(jù)大于預(yù)設(shè)角度閾值，如果是，則判斷人體跌倒，否則判斷人體未跌倒。

采用了該發(fā)明中的基于多傳感器融合跌倒檢測(cè)的系統(tǒng)及方法，能夠有效地判斷出人體的狀態(tài)，并結(jié)合多傳感器融合的技術(shù)來(lái)分析出人體是否跌倒；通過(guò)力敏傳感器的合理布局，使得采集的壓力值能夠合理的反映出人體的重心狀態(tài)，在正確地掌握了人體的重心分布之后，結(jié)合胸部的三軸加速度傳感器以及陀螺儀來(lái)更精確地判斷出人體是否跌倒；在降低誤判率的同時(shí)，保護(hù)了用戶(hù)的隱私，并降低了功耗和成本，適用于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于多傳感器融合跌倒檢測(cè)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的力敏傳感器分區(qū)的示意圖；

圖3為本發(fā)明的力敏傳感器的電路原理圖；

圖4為本發(fā)明的前足矩陣的設(shè)計(jì)依據(jù)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的描述。

參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的基于多傳感器融合跌倒檢測(cè)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，主要分為人體姿態(tài)檢測(cè)部分和足底壓力檢測(cè)部分，其中人體姿態(tài)檢測(cè)部分包括在胸部放置的第二單片機(jī)8、三軸加速度6、陀螺儀7和第二無(wú)線(xiàn)通信模塊9，其中，三軸加速度傳感器6、陀螺儀7、第二電源模塊11和第二無(wú)線(xiàn)通信模塊9分別與第二單片機(jī)8相連。足底壓力檢測(cè)部分包括在鞋墊內(nèi)安裝的力敏傳感器模塊1、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2、第一單片機(jī)3、第一無(wú)線(xiàn)通信模塊4和第一電源模塊5，其中，第一電源模塊5、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2和第一無(wú)線(xiàn)通信模塊4分別與第一單片機(jī)3相連。第二單片機(jī)8處理來(lái)自于胸部與足底的數(shù)據(jù)，并判斷人體是否跌倒，人體的狀態(tài)將由蜂鳴器11提醒。另外，人體姿態(tài)檢測(cè)部分也可以佩戴于人體的其他部分，例如腰部、肩部等，同樣地，足底壓力檢測(cè)部分中的一些功能模塊也可以設(shè)置于其他位置，而不限于安裝于鞋墊內(nèi)。

參照?qǐng)D2，示出了力敏傳感器在足底的分區(qū)：本跌倒檢測(cè)裝置將足底分為六個(gè)模塊：L_A,L_B,L_C,R_A,R_B,R_C。其中，左腳區(qū)域中：L_A包含了傳感器L₁-L₄，L_B包含了傳感器L₇和L₈，L_C包含了傳感器L₅和L₆；右腳區(qū)域中：R_A包含了傳感器R₁-R₄，R_B包含了傳感器R₇和R₈，R_C包含了傳感器R₅和R₆。這些區(qū)域分別代表了腳掌的前足、后足、側(cè)面區(qū)域。壓力傳感器的壓力值變化與人體重心變化有關(guān)，通過(guò)這些區(qū)域來(lái)判斷出人體的重心，并作為跌倒判斷指標(biāo)之一。

壓力傳感器的選型：壓力傳感器種類(lèi)很多，如電容式、壓阻式、壓電式等，其中絕大多數(shù)存在體積太大或者精確度差等原因，不適合用于測(cè)量足底壓力。所以本系統(tǒng)采用的傳感器需要有穿著舒適、體積小、精度高等特點(diǎn)。根據(jù)這些特點(diǎn)，綜合考慮足底壓力測(cè)量的多個(gè)因素，最終選擇了FSR402力敏傳感器作為測(cè)量元件。

如圖3所示，為本發(fā)明的力敏傳感器的電路原理圖，其中FSR402提供兩個(gè)輸出引腳。當(dāng)來(lái)自于外界的壓力作用在力敏傳感器的感應(yīng)區(qū)時(shí)，F(xiàn)SR402的阻值會(huì)發(fā)生變化。且隨著外界作用力的增大，F(xiàn)SR402的阻值會(huì)減少。通過(guò)外接電路的分壓原理將壓力值轉(zhuǎn)換為電壓值進(jìn)行測(cè)量。有圖中，可知左腳放置有L₁-L₈，8個(gè)傳感器；右腳放置有R₁-R₈，8個(gè)傳感器。

FSR402力敏傳感器由高分子聚合物薄膜構(gòu)成，長(zhǎng)度為53mm，敏感部位的直徑為7.6mm，厚度為0.3mm，具有纖薄、輕柔、小巧等特點(diǎn)，適合足底壓力的檢測(cè)。隨著表面壓力的增加，F(xiàn)SR的電阻值減小，并具有較好的靈敏度。壓力信號(hào)測(cè)量電路將足底壓力引起的FSR電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，輸出到中央控制模塊完成數(shù)據(jù)采集。由于FSR是壓阻型傳感器，且電導(dǎo)率與壓力值是線(xiàn)性關(guān)系。

足底先由力敏傳感器在足底各個(gè)分區(qū)采集數(shù)據(jù)，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換與第一單片機(jī)數(shù)據(jù)分析，最后由第一無(wú)線(xiàn)通信模塊將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。其中由第一電源模塊為各部分供電。

單片機(jī)的選型：采用基于Cortex-M3核心的32位微控制器STM32F103rct6。該芯片屬于32位ARM微控制器，大容量的產(chǎn)品具有512K字節(jié)的Flash，最大64K的SRAM；功耗在同類(lèi)單片機(jī)中較低，具有多達(dá)8個(gè)的定時(shí)器，并且每一個(gè)引腳都可作為外部中斷觸發(fā)中斷；具有最高72Mhz的工作頻率，處理速度較快，片內(nèi)資源豐富，性?xún)r(jià)比較高。

加速度計(jì)及陀螺儀選型：采用MPU-6050六軸加速度計(jì)陀螺儀，其角速度全格感測(cè)范圍為±250、±500、±1000與±2000°/sec(dps)，用戶(hù)可程式控制的加速器全格感測(cè)范圍為±2g、±4g±8g與±16g。傳輸可透過(guò)最高至400kHz的IC或最高達(dá)20MHz的SPI(MPU-6050沒(méi)有SPI)。

電源模塊的選型：電源模塊采用3.7V鋰電池(可充電)。電源模塊可以給第一單片機(jī)以及第二單片機(jī)供電，并完成相應(yīng)的功能。

蜂鳴器的選型：蜂鳴器采用5V電磁式有源蜂鳴器，結(jié)合蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路可以使蜂鳴器發(fā)出警報(bào)提示跌倒?fàn)顟B(tài)。

足底與胸部之間的通信：當(dāng)力敏傳感器將數(shù)據(jù)通過(guò)第一無(wú)線(xiàn)通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去后，由置于胸部的第二無(wú)線(xiàn)通信模塊接收，再輸給第二單片機(jī)，第二單片機(jī)同時(shí)匯總來(lái)自于足底與腰部的信號(hào)，綜合分析人體的狀態(tài)，從而判斷出人體是否跌倒。

其中，足底的算法來(lái)自于兩腳之間的數(shù)據(jù)融合：前述壓力分區(qū)計(jì)算模型中有L_A，L_C，L_B，將其看為判別矩陣，分別代表各部分是否有壓力。其中各個(gè)傳感器的壓力輸出值為L(zhǎng)(i)，R(i)，其中i∈(1，8)。輸出為真則為1，輸出為假則為0。

(1)判定當(dāng)左右兩腳中其中一腳(或者兩腳都)有五個(gè)或者五個(gè)以上的傳感器輸出值為真；

則有：

其中，L_sum和R_sum代表左右兩腳中所有傳感器的有效值和，也即是判斷左右兩腳的傳感器是否有五個(gè)或者五個(gè)以上輸出值為真。

(2)左右兩腳中其中一腳的前足與另一腳的后足同時(shí)有壓力輸出值，且為真。

L_B＝[L₇ L₈]，R_B＝[R₇ R₈] (3)

公式(2)中，當(dāng)判定條件(1)不滿(mǎn)足時(shí)，則進(jìn)行條件(2)的判斷。其中，L_A為前足的壓力傳感器矩陣。R_A為后足的壓力傳感器矩陣。為了保證前足區(qū)域有壓力施加于傳感器上，并排除單一方向的傾斜使得傳感器L₁和L₂有壓力值輸出而L₃與L₄無(wú)壓力值輸出，將L₁和L₂放置在矩陣的第一行，L₃與L₄放置在矩陣的第二行。圖4所示為前足矩陣的設(shè)計(jì)依據(jù)圖，圖中說(shuō)明了前足矩陣LA中需要確定L₁與L₃加上L₂與L₄的值，這樣當(dāng)計(jì)算矩陣行列式值時(shí)能夠保證有：

det(L_A)＝L₁*L₃+L₂*L₄/det(L_A)＝L₁*L₄+L₂*L₃

det(R_A)＝R₁*R₃+R₂*R₄/det(R_A)＝R₁*R₄+R₂*R₃

同理，對(duì)于公式(3)有，L_B代表左腳的后足區(qū)域，R_B代表右腳的后足區(qū)域。其中，L_B與R_B中分別包含兩個(gè)壓力傳感器。

這樣，當(dāng)進(jìn)行左右腳的結(jié)合時(shí)，便有左腳的前足與右腳的后足；或者是，右腳的前足與左腳的后足進(jìn)行判定：

矩陣Φ則表示了將兩腳的前足和后足進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最后進(jìn)行判定條件(2)的判定。矩陣Φ的行列式值的大小則表示了判定條件(2)是否成立，當(dāng)矩陣Φ的行列式值等于0時(shí)，則表示判定條件(2)不成立。反之，則成立。矩陣Φ的行列式表達(dá)式如下：

Det(Φ)＝|L_A|·|R_B·L_a^T|+|R_A|·|-L_B·L_B^T| (5)

如果Det(Φ)＞0，則判斷人體處于正常狀態(tài)，否則還需要做出進(jìn)一步判定人體是否平衡。

(3)左右兩腳的側(cè)面同時(shí)有壓力輸出值，且為真。

L_C＝[L₅ L₆]，R_C＝[R₅ R₆] (6)

當(dāng)判別條件(1)與(2)均不成立時(shí)，需要進(jìn)行條件(3)的判定。公式(6)中表示了L_C與R_C矩陣，分別代表了左右兩腳的外側(cè)傳感器。將兩矩陣結(jié)合之后便可以判定人體是否處于平衡狀態(tài)。這里用Ψ′表示條件(3)的判別矩陣：

Ψ′＝[|L_C·L_C^T||R_C·R_C^T|] (7)

其中，|L_C·L_C^T|，|R_C·R_C^T|將會(huì)轉(zhuǎn)換矩陣LC，RC成為一數(shù)值。將矩陣Ψ′與其轉(zhuǎn)置矩陣相乘得到最終的結(jié)果：

Ψ＝Ψ′·Ψ′^T (8)

數(shù)值Ψ的大小則可以判定人體是否處于平衡狀態(tài)。當(dāng)Ψ等于0時(shí)，則判斷人體較低處于不平衡狀態(tài)。反之，則需要結(jié)合加速度、角度進(jìn)行進(jìn)一步判斷人體是否跌倒。

進(jìn)一步，力敏傳感器的布局主要基于人體重心的判斷來(lái)計(jì)算人體是否跌倒。力敏傳感器主要置于：足底大腳趾區(qū)域、第2～4跖骨區(qū)域、后足區(qū)域。通過(guò)相應(yīng)區(qū)域來(lái)獲取人體足底的信息，從而分析出重心來(lái)判斷人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

再進(jìn)一步，足底的算法來(lái)自于兩腳之間的數(shù)據(jù)融合。當(dāng)左右兩腳所測(cè)數(shù)據(jù)傳送至胸部的處理芯片之后，將會(huì)進(jìn)行算法判斷：

首先進(jìn)行加速度、角度、以及足底的狀態(tài)判斷。其中，加速度、角度的閾值選取設(shè)定為A與β，足底閾值的選取設(shè)定為α。足底的數(shù)值處理首先利用三個(gè)判別條件判定人體是否處于平衡狀態(tài)，根據(jù)公式(1)-(8)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，如果最后輸出值為0，則需要結(jié)合加速度、角度進(jìn)行判斷。同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)有來(lái)自于胸部模塊的加速度傳感器的信號(hào)、角度的信號(hào)、足底的狀態(tài)信號(hào)。這樣，分析當(dāng)加速度與角度大于各自設(shè)定的閾值時(shí)，且足底在同時(shí)刻輸出的信號(hào)為0，則判定人體跌倒；相反，如果有一個(gè)條件不滿(mǎn)足，則說(shuō)明人體處于正常狀態(tài)。當(dāng)判斷人體跌倒的時(shí)候，將會(huì)使放在胸部的蜂鳴器報(bào)警來(lái)提示跌倒。

本發(fā)明實(shí)施中，在足底部分，所述力敏傳感器用來(lái)檢測(cè)被穿戴者的腳踩力，所述力敏傳感器模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與第一單片機(jī)連接，所述第一單片機(jī)與第一無(wú)線(xiàn)通信模塊連接，所述第一單片機(jī)與第一電源連接。所述三軸加速度以及陀螺儀用來(lái)獲取人體信號(hào)，并同時(shí)連接在第二單片機(jī)，所述第二單片機(jī)與第二無(wú)線(xiàn)通信模塊連接，所述第二無(wú)線(xiàn)通信模塊與第一無(wú)線(xiàn)通信模塊相連，所述第二單片機(jī)與第二電源模塊相連。

首先，將被保護(hù)者穿好含有壓力檢測(cè)的鞋，此時(shí)第一電源模塊為標(biāo)簽各部分進(jìn)行供電，第一電源模塊采用3.7V鋰電池。同時(shí)利用分壓的方法將力敏傳感器FSR402中的電阻值轉(zhuǎn)換為電壓值。這樣，當(dāng)打開(kāi)第一電源模塊時(shí)，便可以使足底各部分正常工作。進(jìn)一步，胸部的模塊由第二單片機(jī)控制，第二單片機(jī)將收到三軸加速度傳感器以及陀螺儀的數(shù)據(jù)并進(jìn)行加速度、角度分析，并結(jié)合來(lái)自于足底的數(shù)據(jù)來(lái)判斷人體是否跌倒。這樣，打開(kāi)第二電源模塊之后，胸部各個(gè)模塊進(jìn)入正常工作模式。這時(shí)，被測(cè)試者開(kāi)始行走后，通過(guò)位于左右兩腳共16個(gè)力敏傳感器FSR402采集左右兩腳(即大腳趾、第2～4跖骨與足跟)數(shù)據(jù)，并通過(guò)其輸出將所測(cè)得的數(shù)據(jù)傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)將傳送給第一單片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再將處理后的數(shù)據(jù)打包傳送至第一無(wú)線(xiàn)通信模塊，再由第二無(wú)線(xiàn)通信模塊接收，并傳輸至第二單片機(jī)。這個(gè)過(guò)程所涉及到第一單片機(jī)的信息處理，依據(jù)為：

(1)判定當(dāng)左右兩腳中其中一腳(或者兩腳都)有五個(gè)或者五個(gè)以上的傳感器輸出值為真

則有：

其中，L_sum和R_sum代表左右兩腳中所有傳感器的有效值和，也即是判斷左右兩腳的傳感器是否有五個(gè)或者五個(gè)以上輸出值為真。

(2)左右兩腳中其中一腳的前足與另一腳的后足同時(shí)有壓力輸出值，且為真。

L_B＝[L₇ L₈]，R_B＝[R₇ R₈] (3)

公式(2)中，當(dāng)判定條件(1)不滿(mǎn)足時(shí)，則進(jìn)行條件(2)的判斷。其中，L_A為左腳的前足的壓力傳感器矩陣。R_A為右腳的前足的壓力傳感器矩陣。為了保證前足區(qū)域有壓力施加于傳感器上，并排除單一方向的傾斜使得傳感器L₁和L₂有壓力值輸出而L₃與L₄無(wú)壓力值輸出，將L₁和L₂放置在矩陣的第一行，L₃與L₄放置在矩陣的第二行。圖4所示為前足矩陣的設(shè)計(jì)依據(jù)圖，圖中說(shuō)明了前足矩陣L_A中需要確定L₁與L₃加上L₂與L₄的值，這樣當(dāng)計(jì)算矩陣行列式值時(shí)能夠保證有：

det(L_A)＝L₁*L₃+L₂*L₄/det(L_A)＝L₁*L₄+L₂*L₃

det(R_A)＝R₁*R₃+R₂*R₄/det(R_A)＝R₁*R₄+R₂*R₃

同理，對(duì)于公式(3)有，L_B代表左腳的后足區(qū)域，R_B代表右腳的后足區(qū)域。其中，L_B與R_B中分別包含兩個(gè)壓力傳感器。

這樣，當(dāng)進(jìn)行左右腳的結(jié)合時(shí)，便有左腳的前足有右腳的；或者是，右腳的前足與左腳的后足進(jìn)行判定：

矩陣Φ則表示了將兩腳的前足和后足進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最后進(jìn)行判定條件(2)的判定。矩陣Φ的行列式值的大小則表示了判定條件(2)是否成立，當(dāng)矩陣Φ的行列式值等于0時(shí)，則表示判定條件(2)不成立。反之，則成立。矩陣Φ的行列式表達(dá)式如下：

Det(Φ)＝|L_A|·|R_B·L_B^T|+|R_A|·|-L_B·L_B^T| (5)

如果Det(Φ)＞0，則判斷人體處于正常狀態(tài)，否則還需要做出進(jìn)一步判定人體是否平衡。

(3)左右兩腳的側(cè)面同時(shí)有壓力輸出值，且為真。

L_C＝[L₅ L₆]，R_C＝[R₅ R₆] (6)

當(dāng)判別條件(1)與(2)均不成立時(shí)，需要進(jìn)行條件(3)的判定。公式(6)中表示了L_C與R_C矩陣，分別代表了左右兩腳的外側(cè)傳感器。將兩矩陣結(jié)合之后便可以判定人體是否處于平衡狀態(tài)。這里用Ψ′表示條件(3)的判別矩陣：

Ψ′＝[|L_C·L_C^T| |R_C·R_C^T|] (7)

其中，|L_C·L_C^T|，|R_C·R_C^T|將會(huì)轉(zhuǎn)換矩陣L_C，R_C成為一數(shù)值。將矩陣Ψ′與其轉(zhuǎn)置矩陣相乘得到最終的結(jié)果：

Ψ＝Ψ′.Ψ′^T (8)

數(shù)值Ψ的大小則可以判定人體是否處于平衡狀態(tài)。當(dāng)Ψ等于0時(shí)，則判斷人體較低處于不平衡狀態(tài)。反之，則需要結(jié)合加速度、角度進(jìn)行進(jìn)一步判斷人體是否跌倒。當(dāng)判斷人體跌倒的時(shí)候，胸部的蜂鳴器將會(huì)放出警報(bào)。

采用了該發(fā)明中的基于多傳感器融合跌倒檢測(cè)的系統(tǒng)及方法，能夠有效地判斷出人體的狀態(tài)，并結(jié)合多傳感器融合的技術(shù)來(lái)分析出人體是否跌倒；通過(guò)力敏傳感器的合理布局，使得采集的壓力值能夠合理的反映出人體的重心狀態(tài)，在正確地掌握了人體的重心分布之后，結(jié)合胸部的三軸加速度傳感器以及陀螺儀來(lái)更精確地判斷出人體是否跌倒；在降低誤判率的同時(shí)，保護(hù)了用戶(hù)的隱私，并降低了功耗和成本，適用于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

在此說(shuō)明書(shū)中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說(shuō)明書(shū)和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的。