作者 / 邱亮 千博 西安电子科技大学机电工程学院（陕西 西安 710071）
邱亮(1992-)，男，硕士生，研讨方向：跌倒检测技能、姿态解算算法。
摘要：鉴于现阶段白叟跌倒报警器在带着等方面存在的问题，提出了一种运用陀螺仪、加速度计以及磁力计等惯性传感元件规划的跌倒报警器，文章别离从原理、结构组成与软件规划三个方面临跌倒报警器的研讨进程打开具体论说，终究经过试验测验，验证了所规划的跌倒报警器在实践运用中可以对跌倒进行精确的判别。
0 导言
跟着社会晚年化的加剧，白叟茕居现象越来越遍及。不管关于家人，仍是关于社会来说，白叟健康都是一个急需解决的问题。白叟因为身体各个部分的功用都在退化，因此很简略产生跌倒，而跌倒的产生将会对白叟的身心形成无法估量的损伤。所以对白叟的跌倒进行检测，研讨跌倒报警器具有重要的现实意义。依据上述原因，本文规划了一种可穿戴于腰部的跌倒报警器，跌倒检测设备内部有加速度计、陀螺仪和磁力计等惯性传感元件，可以完结对白叟跌倒的检测，让产生跌倒的白叟可以及时得到医疗救援，下降跌倒对白叟形成的损伤。
1 跌倒报警器研讨现状
跌倒报警器设备是以无线对讲体系作为基础条件研发的新式设备，但就现在跌倒报警器规划状况来说，规划者忽视了白叟把握现代化产品熟练程度。白叟因为操作能力与视力逐步下降，运用现代化设备难度较高。一起，白叟在跌倒之后因为身心都受到不同程度惊吓，无法正确操作跌倒报警器。跟着科学技能水平明显提高，惯性传感技能的运用范畴也越来越广泛，尤其是近年来在跌倒检测范畴的运用，大大的下降了跌倒报警器的研发本钱。惯性传感技能在跌倒检测运用中首要承当两方面作业，一方面是对白叟日常行为进行实时监测，另一方面是运用相关姿态解算算法剖析判别跌倒行为的产生。
2 跌倒报警器的作业原理
白叟因为身体机能的阑珊，简略失去平衡而产生跌倒。在白叟身体跌倒的那一瞬间，白叟的身体产生了向下的重力加速度，身体各个部位的加速度也会产生不同程度的改变。为了可以便利对人体跌倒时各种变量的描绘，有必要树立空间坐标系。假定，以人体作为原点，将人体前后方向当作X轴，左右方向当作Y轴，人上下方向当作Z轴。人在实践运动进程中，所产生的加速度是因为人体运动姿态瞬间产生改变而产生的。在白叟跌倒的进程中，惯性传感元件将会检测到加速度值和身体倾斜角值，经过剖析加速度和视点的改变状况可以判别出人体产生跌倒。
惯性传感技能首要效果便是经过对白叟日子行为进行实时监测，剖析判别出跌倒行为的产生。图1是跌倒报警器体系的原理图，MPU6050六轴传感器模块包含三轴陀螺仪和三轴加速度计，经过I2C接口衔接STM32，依据传感器不同的地址信息别离读取MPU6050的角速度值和加速度值，然后运用四元数算法和姿态操控算法剖析白叟身体姿态和运动状况。
3 依据惯性传感技能的跌倒报警器硬件规划
跌倒报警器由五部分构成：单片机、通讯模块、检测单元、发射模块、家庭电话。中心数据处理模块首要由两部分构成，别离为单片机与通讯模块。经过完结对传感器信号的整合处理操作，完结跌倒判别。
3.1 单片机最小体系
在对单片体系硬件电路规划上，首要由四部分构成，别离为时钟电路、电源电路、复位电路与BDM接口。不同子体系所具有的功用别离为：
1)时钟电路在运用中，可以为单片机供给晶振;
2)电源电路所供给的电源电压为5 V，可以为单片机运转供给安稳电压确保;
3)复位电路在体系电压康复到正常状况下，向单片机宣布复位信号;
4)BDM接口可以为用户供给专门接口，从而完结下载与调试等操作。
3.2 无线通讯模块电路规划
通讯模块电路首要承当数据信息发送与接纳使命，一起还可以与读卡器、衔接器相衔接。通讯模块电路所产生的数据在单片机操作指令效果之下，可以完结数据信息双向传输，读取PDU与Text格局信息。本文运用的无线通讯模块芯片类型为PSoC27443，从而完结跌倒报警器无线通讯功用。无线通讯模块电路规划如图3所示。无线通讯模块采纳编程摆放方法，一旦其间一个%&&&&&%呈现破损状况，可以随时对其进行替换。
3.3 陀螺仪和加速度计模块
陀螺仪一般被用来检测物体旋转的角速度值。本文在规划跌倒报警器度进程中总共运用了两个陀螺仪，别离用来检测白叟前后站立视点与侧向站立视点。加速度计被用来检测物体由地球引力效果所产生的加速度值。本文选用了飞思卡尔公司所出产的惯性传感器MPU6050，该类型的传感器具有体积相对较小、质量轻等长处。图4为加速度计与陀螺仪两者结构结合示意图，为了可以扫除白叟假摔，下降了对白叟跌倒的误判，传感器内的卡尔曼系数采纳可调理方法。
4 依据惯性传感技能的跌倒报警器体系软件规划
4.1 首要程序
跌倒报警器体系软件部分总共由三部分构成，别离为传感模块、操控模块与报警模块。首要，跌倒报警器需求初始化设置，初始化设置结束之后，再检测是否有发送短音讯，假如有，则依据跌倒报警器的指示履行相应的操作;假如没有，则检测传感信号，若有传感信号，则依据指示做进一步的处理;假如没有，则检测是否有传感器信号，若有，则依据信号进行相应地操作;假如没有，则回来初始状况，进行下一次检测，如此循环往复。主程序流程如图5所示。
4.2 短信息的编码解析
现在，短音讯形式首要有Text形式和协议数据单元PDU(protocol data unit)形式。运用Text形式收发短信代码简略，完结起来比较简略，但缺陷是不能收发中文短信; 而PDU形式不只支撑英文短信，也能发送中文短信。PDU形式收发短信可以运用3种编码方法：
1) 7 bit编码用于发送一般的ASCII字符;
2) 8 bit 编码一般用于发送数据音讯;
3) UCS2编码用于发送16位Unicode字符。
为了支撑中文短信的收发，本体系选用PDU编码形式。终究规划的依据惯性传感技能的跌倒报警器如图6所示。
5 依据惯性传感技能的跌倒报警器的测验
跌倒报警器选用六轴运动传感器检测人体跌倒，选用GPS和基站定位(LBS)相结合的定位方法实时盯梢白叟运转轨道，完结跌倒报警，轨道查询等功用，一起还具有一键SOS呼救功用，具有安稳、牢靠、便利带着等长处，图7显现的是跌倒报警器的外观图。
测验者依照图8佩戴好跌倒报警器后，在平稳的道路上正常行走，经过模仿向前跌倒、向左边跌倒和向右侧跌倒3钟跌倒姿态进行跌倒检测验验。试验成果验证了计划的可行性和精确性，所规划的依据惯性传感技能的跌倒报警器可以精确的检测到跌倒的产生。
6 定论
本文针对白叟跌倒结果的严重性，规划了一种依据惯性传感技能的白叟跌倒报警器。因为结合了现代智能手机，报警器具有设备细巧、带着便利的特色，适用于常常独自活动的白叟。具有安稳、牢靠、便利带着等长处，有着十分广泛的运用远景和宽广的商场。
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本文来源于《电子产品世界》2018年第3期第51页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
