一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種人體行為檢測系統(tǒng)，特別涉及的是一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年，有許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)在政府和社會的支持下開展了人性化的、以改善老人的生活品質(zhì)為目標(biāo)的各種技術(shù)的研究工作。其中，可以探測老人跌倒并能夠及時將這一危險狀況報告到醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心的跌倒檢測技術(shù)也越來越得到各大研究機(jī)構(gòu)的重視。目前跌倒檢測技術(shù)的方法很多，從信號采集的渠道進(jìn)行分類，將跌倒檢測技術(shù)分為三類:基于視頻的跌倒檢測系統(tǒng)，基于聲學(xué)的跌倒檢測系統(tǒng)，基于穿戴式傳感器的跌倒檢測系統(tǒng)。
[0003]基于視頻的跌倒檢測系統(tǒng)是通過一個或幾個視頻攝像頭捕捉人體運(yùn)動的畫面，經(jīng)過特別設(shè)計的圖像處理的算法，確定是否存在具有跌倒的一些圖像特征。如南京大學(xué)謝靖設(shè)計的基于頭部運(yùn)動軌跡和3D視覺的跌倒檢測系統(tǒng)，采用了 3D攝像頭Kinect。通過Kinect可以同時獲取的彩色圖像和深度圖像。對輸入的深度圖像前景分割獲得人的輪廓并定位頭部附近區(qū)域，通過對彩色圖像膚色識別獲得膚色區(qū)域，兩者結(jié)合完成對頭部的定位。將頭部運(yùn)動速度作為判斷跌倒的依據(jù)。
[0004]聲學(xué)檢測系統(tǒng)通過對跌倒時的音頻信號的檢測作為跌倒的判據(jù)，在一般情況下，這種方法不能得到一個良好的精度。通常聲學(xué)檢測系統(tǒng)輔助其他檢測方法對跌倒進(jìn)行判斷。
[0005]基于穿戴式傳感器的跌倒檢測系統(tǒng)是指嵌入了微型傳感器和控制器的可穿戴的設(shè)備，包括衣服，帽子，鞋，首飾等。這種檢測系統(tǒng)通過實時監(jiān)測人體的活動采集人體運(yùn)動數(shù)據(jù)，建立人體運(yùn)動模型。通過檢測人體的運(yùn)動數(shù)據(jù)是否符合跌倒運(yùn)動模型，來判斷是否發(fā)生了跌倒。
[0006]縱觀三種檢測方法，基于視頻的檢測系統(tǒng)，容易暴露使用者的隱私，同時使用成本高算法復(fù)雜不易推廣?；诼晫W(xué)的系統(tǒng)誤判率太高不適合單獨(dú)使用。而穿戴式的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于易于攜帶，成本低，但是檢測精度需要進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對居家養(yǎng)老的老年人，利用加速度計構(gòu)成檢測裝置，通過信號處理和模式識別技術(shù)識別人體跌倒，利用無線傳輸技術(shù)將人體跌倒信號傳送到接收器，實現(xiàn)跌倒報警。同時利用GPS定位，將定位信息和報警信息通過無線模塊傳送到管理中心，或者通過GSM模塊發(fā)送到家人或者急救中心的手機(jī)上。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0009]一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其組成信號采集模塊、無線傳輸模塊、人機(jī)交互模塊，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用頻率工作于2.4GHz免費(fèi)頻段，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最大傳輸速率250kbps。
[0010]所述的一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其特征在于硬件電路系統(tǒng)部分主要由:鋰電池、電源管理電路、加速度傳感器電路、GPS電路、GSM電路、人機(jī)接口電路和無線通信和微控制器電路構(gòu)成。
[0011]所述的一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其特征在于采集部分包括加速度信號采集和GPS信號采集，主要完成加速度傳感器的配置和數(shù)據(jù)讀取。
[0012]所述的一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其特征在于線傳輸部分包括GSM模塊和ZigBee模塊。
[0013]所述的一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的兩個上位機(jī)，一個是測試終端用于實時分析三軸加速度信號，分析各種處理方式的效果；另一個是實時監(jiān)視跌倒?fàn)顟B(tài)，發(fā)生跌倒事件時，對下位機(jī)發(fā)回來的GPS信號處理，在地圖上顯示出來。
[0014]利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用頻率工作于2.4GHz免費(fèi)頻段，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最大傳輸速率250kbps。硬件電路系統(tǒng)部分主要由:鋰電池、電源管理電路、加速度傳感器電路、GPS電路、GSM電路、人機(jī)接口電路和無線通信和微控制器電路構(gòu)成。鋰電池和電源電路為系統(tǒng)中其他所有有源器件提供電能；加速度傳感器電路檢測設(shè)備當(dāng)前在X、Y、Z三個方向上的加速度；人機(jī)接口電路實現(xiàn)手動報警和解除報警的功能；無線通信和微控制器電路負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)處理并通過無線的方式與監(jiān)控中心通信。
[0015]本發(fā)明還包括:
[0016]采集部分包括加速度信號采集和GPS信號采集，主要完成加速度傳感器的配置和數(shù)據(jù)讀?。粚PS模塊進(jìn)行配置和輸出信號的采集。
[0017]無線傳輸部分包括GSM模塊和ZigBee模塊。GSM模塊選用的是西門子公司推出的TC35-0EM模塊，主要在室外使用而且使用者走出了 ZigBee網(wǎng)絡(luò)，發(fā)生跌倒事件時發(fā)送短信。ZigBee模塊基于TI的CC2530，主要在室內(nèi)使用，發(fā)生跌倒事件時將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。
[0018]開發(fā)了兩個上位機(jī)，一個是測試終端用于實時分析三軸加速度信號，分析各種處理方式的效果；另一個是實時監(jiān)視跌倒?fàn)顟B(tài)，發(fā)生跌倒事件時，對下位機(jī)發(fā)回來的GPS信號處理，在地圖上顯示出來。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0020]本發(fā)明可以讓使用者得到及時的救助，減小心理負(fù)擔(dān)，同時為解決獨(dú)居老人發(fā)生危險性跌倒后無法得到及時救助的社會問題提供了可行的解決思路；
[0021]采用無線傳感技術(shù)，使得整個設(shè)備小型化的同時提高了系統(tǒng)的使用范圍，方便解決老人摔倒的問題，為老人提供必要的保護(hù)。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2為跌倒檢測算法程序流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0025]一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其組成信號采集模塊、無線傳輸模塊、人機(jī)交互模塊，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用頻率工作于2.4GHz免費(fèi)頻段，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最大傳輸速率250kbps。
[0026]其特征在于硬件電路系統(tǒng)部分主要由:鋰電池、電源管理電路、加速度傳感器電路、GPS電路、GSM電路、人機(jī)接口電路和無線通信和微控制器電路構(gòu)成。
[0027]其特征在于采集部分包括加速度信號采集和GPS信號采集，主要完成加速度傳感器的配置和數(shù)據(jù)讀取。
[0028]其特征在于線傳輸部分包括GSM模塊和ZigBee模塊。
[0029]其特征在于所述的兩個上位機(jī)，一個是測試終端用于實時分析三軸加速度信號，分析各種處理方式的效果；另一個是實時監(jiān)視跌倒?fàn)顟B(tài)，發(fā)生跌倒事件時，對下位機(jī)發(fā)回來的GPS信號處理，在地圖上顯示出來。
[0030]結(jié)合圖1，圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。整個系統(tǒng)分為三個部分:信號采集部分、無線傳輸部分、人機(jī)交互部分。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用頻率工作于2.4GHz免費(fèi)頻段，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最大傳輸速率250kbps。硬件電路系統(tǒng)部分主要由:鋰電池、電源管理電路、加速度傳感器電路、GPS電路、GSM電路、人機(jī)接口電路和無線通信和微控制器電路構(gòu)成。鋰電池和電源電路為系統(tǒng)中其他所有有源器件提供電能；加速度傳感器電路檢測設(shè)備當(dāng)前在X、Y、Z三個方向上的加速度；人機(jī)接口電路實現(xiàn)手動報警和解除報警的功能；無線通信和微控制器電路負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)處理并通過無線的方式與監(jiān)控中心通信。采集部分包括加速度信號采集和GPS信號采集，主要完成加速度傳感器的配置和數(shù)據(jù)讀??；對GPS模塊進(jìn)行配置和輸出信號的采集。無線傳輸部分包括GSM模塊和ZigBee模塊。GSM模塊選用的是西門子公司推出的TC35-0EM模塊，主要在室外使用而且使用者走出了 ZigBee網(wǎng)絡(luò)，發(fā)生跌倒事件時發(fā)送短信。ZigBee模塊基于TI的CC2530，主要在室內(nèi)使用，發(fā)生跌倒事件時將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。本發(fā)明中開發(fā)了兩個上位機(jī)，一個是測試終端用于實時分析三軸加速度信號，分析各種處理方式的效果；另一個是實時監(jiān)視跌倒?fàn)顟B(tài)，發(fā)生跌倒事件時，對下位機(jī)發(fā)回來的GPS信號處理，在地圖上顯示出來。
[0031]結(jié)合圖2，圖2為跌倒檢測算法程序流程圖。首先將記錄5s的加速度數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲在TF卡中，同時分析姿態(tài)的變化，當(dāng)檢測到姿態(tài)屬于跌倒姿態(tài)(包括向前跌倒、向后跌倒、向左側(cè)跌倒、向右側(cè)跌倒)，則判定跌倒。加速度超過閾值可能是單一的某個軸加速度超過閾值，也有可能是SVM超過閾值。如果加速度未超過閾值，則重新檢測；超過閾值開始保存加速度數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行姿態(tài)分析，如果判斷是屬于跌倒姿態(tài)，則進(jìn)入報警狀態(tài)。
【主權(quán)項】
1.一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其組成信號采集模塊、無線傳輸模塊、人機(jī)交互模塊，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用頻率工作于2.4GHz免費(fèi)頻段，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最大傳輸速率250kbps。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其特征在于硬件電路系統(tǒng)部分主要由:鋰電池、電源管理電路、加速度傳感器電路、GPS電路、GSM電路、人機(jī)接口電路和無線通信和微控制器電路構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其特征在于采集部分包括加速度信號采集和GPS信號采集，主要完成加速度傳感器的配置和數(shù)據(jù)讀取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其特征在于線傳輸部分包括GSM模塊和ZigBee模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的兩個上位機(jī)，一個是測試終端用于實時分析三軸加速度信號，分析各種處理方式的效果；另一個是實時監(jiān)視跌倒?fàn)顟B(tài)，發(fā)生跌倒事件時，對下位機(jī)發(fā)回來的GPS信號處理，在地圖上顯示出來。
【專利摘要】一種基于無線傳感技術(shù)的人體跌倒檢測系統(tǒng)，其組成信號采集模塊、無線傳輸模塊、人機(jī)交互模塊，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用頻率工作于2.4GHz免費(fèi)頻段，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最大傳輸速率250kbps。針對居家養(yǎng)老的老年人，利用加速度計構(gòu)成檢測裝置，通過信號處理和模式識別技術(shù)識別人體跌倒，利用無線傳輸技術(shù)將人體跌倒信號傳送到接收器，實現(xiàn)跌倒報警。同時利用GPS定位，將定位信息和報警信息通過無線模塊傳送到管理中心，或者通過GSM模塊發(fā)送到家人或者急救中心的手機(jī)上。
【IPC分類】G08C17-02, H04W84-18, G08B25-10
【公開號】CN104680753
【申請?zhí)枴緾N201310615970
【發(fā)明人】張立新, 張祖富
【申請人】哈爾濱功成科技創(chuàng)業(yè)投資有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月27日