一种低功耗多功能跌倒检测报警系统的制作方法
【专利摘要】一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，有用于根据使用者选择的不同工作模式来控制相应的检测装置以及进行睡眠呼吸检测并根据检测结果进行报警的姿态检测腰带单元，分别与姿态检测腰带单元无线连接的：用于通过加速度和压力的变化来检测人是否跌倒的多功能检测背心单元，用于通过压力的变化来检测人是否跌倒的左脚多点压力检测鞋垫单元和右脚多点压力检测鞋垫单元，用于使用者选择不同检测模式的移动应用客户端。本发明可以对室内外佩戴者是否跌倒进行检测判断，还可以对佩戴者的睡眠进行呼吸监测，通过定位、报警、移动通信模块向监护人或佩戴者发出报警信息，当发生跌倒时，可以提供及时的救援，在睡眠过程中发生呼吸暂停时，可以提供及时的警报。
【专利说明】
一种低功耗多功能跌倒检测报警系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种跌倒检测报警系统。特别是涉及一种采用控制和无线通讯一体的低功耗蓝牙的低功耗多功能跌倒检测报警系统。
【背景技术】
[0002]根据世界卫生组织最新数据显示，跌伤是世界各地意外或非故意伤害死亡的第二大原因。在致命的跌伤中，65岁以上成年人所占比例最大;非致命跌伤中大部分需要进行治疗，这种跌伤导致丧失1700万残疾调整生命年，而发病率最高的群体为65岁以上老年人。老年人跌倒发生率高、后果严重，是老年人伤残和死亡的重要原因之一
[0003]根据中华人民共和国国家统计局第六次全国人口普查数据显示，我国65岁以上老年人占所有人口的8.87 %，呈持续上涨趋势;根据2015年国家统计局发布的数据显示我国60岁以上老年人已突破2亿。我国已进入老龄化社会，跌倒严重威胁着老年人的身心健康、日常活动及独立生活能力，也增加了家庭和社会的负担，因此针对65岁以上老年人，设计一套可穿戴、无附带感、高准确率的多功能跌倒检测报警装置十分必要。
[0004]目前可穿戴的跌倒检测设备例如专利201310390912.X、201520022443.0，论文“Testing Of A Long-term Fall Detect1n System Incorporated Into A Custom VestFor The Elderly”(IEEE EMBS Conference,Alan K.Bourke，Pepijn ff.J.van de Ven,etc.2008)，《跌倒检测关键技术的研究与应用》(北京工业大学硕士论文，李强，2013)等，多为单一位置参数检测，如放在腰部的检测装置或放在脚底的检测装置，检测位置单一，误报率大;跌倒检测控制系统多采用单片机或DSP芯片，结合无线通讯如ZigBee、W1-F1、蓝牙，移动通讯以及各检测模块进行工作，例如专利201310093230.2、201420560210.1，论文“AZigBee-Based Locat1n-Aware Fall Detect1n System for Improving ElderlyTelecare” (Environ.Re s.Public Health，Ch ih-Ning Huang，2014)等，功耗大，体积大，功能拓展性差，使用灵活性差。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构合理、使用方便、误判率很低、功能多样化、功耗极低能够在使用者跌倒和发生睡眠呼吸暂停时及时发出警报的低功耗多功能跌倒检测报警系统。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，包括有用于根据使用者选择的不同工作模式来控制相应的检测装置以及进行睡眠呼吸检测并根据检测结果进行报警的姿态检测腰带单元，分别与所述的姿态检测腰带单元无线连接的:用于通过加速度和压力的变化来检测人是否跌倒的多功能检测背心单元，用于通过压力的变化来检测人是否跌倒的左脚多点压力检测鞋垫单元和右脚多点压力检测鞋垫单元，以及用于使用者选择不同检测模式的移动应用客户端。
[0007]所述的姿态检测腰带单元包括有设置在腰带上的检测报警部分，所述的检测报警部分包括有由低功耗蓝牙模块构成的主控制模块，分别连接在主控制模块上的:用于检测检测人体在运动中左右向和前后向姿态变化的六轴陀螺仪，用于提供电源的柔性电池供电模块，用于报警的报警装置，用于对佩带者进行定位的定位模块，以及用于与使用跌倒检测报警系统者的监护人进行无线通信的移动通信模块。
[0008]所述的报警装置是蜂鸣器或显示灯，或者是蜂鸣器和显示灯。
[0009]所述的检测报警部分设置在所述腰带位于人身前部的位置处。
[0010]所述的多功能检测背心单元包括有设置在背心上的用于采集胸部信号的检测部分，所述的检测部分包括有:用于与姿态检测腰带单元中的主控制模块进行无线通信的由低功耗蓝牙模块构成的胸部控制模块，分别与所述的胸部控制模块相连接的用来采集人行动过程中加速度信号的加速度传感器、用于采集胸腔压力信号的压力传感器和用于向胸部控制模块提供电源的第一钮扣电池供电模块。
[0011]所述的检测部分设置在所述背心的前侧胸部位置处。
[0012]所述的左脚多点压力检测鞋垫单元和右脚多点压力检测鞋垫单元结构相同，均包括有设置在鞋垫上的用于采集脚部信号的检测部分，所述的检测部分包括有:用于与姿态检测腰带单元中的主控制模块进行无线通信的由低功耗蓝牙模块构成的脚底控制模块，分别各通过一个通过压电转换电路与所述的脚底控制模块相连接的用于采集脚底压力信号的薄膜压力传感器，以及用于向脚底控制模块提供电源的第二钮扣电池供电模块。
[0013]本发明的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，全套装置采用可穿戴设计，符合人的穿戴习惯无任何附带感;采用四个蓝牙工作站组成的低功耗蓝牙网络系统，装置使用灵活性、自动性增强，体积减小，功耗大大降低，测试数据显示BLE连接同步的总电流消耗仅为0.0864mA，BLE连接建立的总电流消耗低至0.0061mA;采用三位一体的跌倒检测方式，误报率极低；装置的功能拓展性增强，可通过不同配件组合实现跌倒检测报警以及睡眠呼吸暂停检测报警功能。本发明可以对室内外佩戴者是否跌倒进行检测判断，还可以对佩戴者的睡眠进行呼吸监测，通过定位、报警、移动通信模块向监护人或佩戴者发出报警信息，当发生跌倒时，可以提供及时的救援，在睡眠过程中发生呼吸暂停时，可以提供及时的警报，判断正确率极高。
【附图说明】
[0014]图1是本发明低功耗多功能跌倒检测报警系统的整体构成框图；
[0015]图2是本发明姿态检测腰带单元的构成框图；
[0016]图3是本发明多功能检测背心单元的构成框图；
[0017]图4是本发明左脚多点压力检测鞋垫单元的构成框图；
[0018]图5是本发明右脚多点压力检测鞋垫单元的构成框图；
[0019]图6是本发明中压电转换电路的电路原理图。
[0020]图中
[0021]1:姿态检测腰带单元I 一1:六轴陀螺仪
[0022]I 一2:柔性电池供电模块I 一3:主控制模块
[0023]I — 4:报警装置I 一 5:定位模块
[0024]I —6:移动通信模块2:多功能检测背心单元
[0025]2 — 1:加速度传感器2 — 2:压力传感器
[0026]2 — 3:第一钮扣电池供电模块2 — 4:胸部控制模块
[0027]3:左脚多点压力检测鞋垫单元3 — 1:薄膜压力传感器
[0028]3一2:脚底控制模块3 — 3:第二钮扣电池供电模块
[0029]4:右脚多点压力检测鞋垫单元4一 1:薄膜压力传感器
[0030]4 — 2:脚底控制模块4一 3:第二钮扣电池供电模块
[0031]5:移动应用客户端
【具体实施方式】
[0032]下面结合实施例和附图对本发明的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统做出详细说明。
[0033]如图1所示，本发明的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，包括有用于根据使用者选择的不同工作模式来控制相应的检测装置以及进行睡眠呼吸检测并根据检测结果进行报警的姿态检测腰带单元I，分别与所述的姿态检测腰带单元I无线连接的:用于通过加速度和压力的变化来检测人是否跌倒的多功能检测背心单元2，用于通过压力的变化来检测人是否跌倒的左脚多点压力检测鞋垫单元3和右脚多点压力检测鞋垫单元4，以及用于使用者选择不同检测模式的移动应用客户端5，所述移动应用客户端是可以是手机、平板电脑或电脑。
[0034]如图2所示，所述的姿态检测腰带单元I包括有设置在腰带上的检测报警部分，所述的检测报警部分设置在所述腰带位于人身前部的位置处，工作在主从模式，作为整个系统中心节点，并实时监测腰部姿态特征，协同胸部位置的加速度传感器和双脚压力传感器的数据进行跌倒判断。所述的检测报警部分包括有由低功耗蓝牙模块构成的主控制模块1-3,分别连接在主控制模块I一3上的:用于检测检测人体在运动中左右向和前后向姿态变化的六轴陀螺仪I一 I，用于提供电源的柔性电池供电模块I 一2，用于报警的报警装置I 一4，用于对佩带者进行定位的定位模块I 一5，以及用于与使用跌倒检测报警系统者的监护人进行无线通信的移动通信模块I一6。其中，所述的柔性电池1-2由天津辉能科技发展有限公司发明，所述的主控模块低功耗蓝牙1-3采用TI公司的CC2541或CC2640，所述的移动通信模块1一6可以采用SIM通讯模块;所述的定位模块1一5可以采用GPS定位模块;所述的报警装置I 一4是蜂鸣器或高亮度LED，或者是蜂鸣器和高亮度LED。六轴陀螺仪I 一 I放置方向Y轴为垂直方向、X轴为水平方向、z轴为垂直人体平面方向，主要检测人在运动中左右向和前后向的姿态变化，当检测角度超过校准阈值时，协同其他检测数据进行行为判断。
[0035]如图3所示，所述的多功能检测背心单元2包括有设置在背心上的用于采集胸部信号的检测部分，所述的检测部分设置在所述背心的前侧胸部位置处，配合其检测单元能够在穿戴者行走时判断跌倒，在穿戴者睡眠时监测呼吸状态，在呼吸暂停时发出警报。所述的检测部分包括有:用于与姿态检测腰带单元I中的主控制模块I一3进行无线通信的由低功耗蓝牙模块构成的胸部控制模块2 — 4，分别与所述的胸部控制模块2 — 4相连接的用来采集人行动过程中加速度信号的加速度传感器2 — 1、用于采集胸腔压力信号的压力传感器2 — 2和用于向胸部控制模块2 — 4提供电源的第一钮扣电池供电模块2 — 3。其中，所述的加速度传感器2 — I是采用的是通用的加速度计;所述的压力传感器2 — 2是采用薄膜压力传感器，可以采用FlexPressure IM-S-1-C20薄膜压力传感器，所述的纽扣电池2_3采用通用的3.6V锂离子纽扣电池，所述胸部控制模块2 — 4采用TI公司的CC2541或CC2640。
[0036]根据实验数据显示跌倒过程中在胸部测量加速度的变化效果优于腰部或脚部，故将加速度传感器放置在胸腔前侧，用来检测人行动过程中加速度的变化，当短时间内(2-3s)加速度变化超过预设阈值，胸部控制模块将向主控模块传输数据，协同其他数据进行跌倒判断；胸部控制模块还连接了多点胸腔压力传感器，当系统工作在睡眠呼吸暂停检测模式时，背心进行用户睡眠呼吸暂停检测，检测原理是呼吸引起肺部体积变化从而导致胸腔体积的变化，当呼吸发生暂停时，胸腔体积不变，胸腔与背心之间的压力维持恒定，该压力传感器的量程为5KG，当检测到压力在一定时间内不发生变化时向主控模块发出信号，再由主控模块发送警报信号。
[0037]如图4、图5所示，所述的左脚多点压力检测鞋垫单元3和右脚多点压力检测鞋垫单元4结构相同，均包括有设置在鞋垫上的用于采集脚部信号的检测部分，工作在从机模式，对脚底压力参数进行实时检测，获得佩戴者脚部运动特征。所述的检测部分包括有:用于与姿态检测腰带单元I中的主控制模块I 一 3进行无线通信的由低功耗蓝牙模块构成的脚底控制模块3 — 2或4一 2，分别与所述的脚底控制模块3 — 2或4 一 2相连接的用于米集脚底压力信号的薄膜压力传感器3 — I或4一 1，以及用于向脚底控制模块3 — 2或4一2提供电源的第二钮扣电池供电模块3 — 3或4一3，其中，所述的薄膜压力传感器3 — I或4一I是通过压电转换电路与所述脚底控制模块3 — 2或4 一 2相连。所述压电转换电路如图6所示，是采用TI公司的0PA2349搭建，实现将脚底压力的变化转换为可控的电压值。薄膜压力传感器3 — I或4一 I可以采用FlexPressure IM-S-1-C20薄膜压力传感器，纽扣电池采用通用的3.6V锂离子纽扣电池，优点在于模块超薄、敏感度强、无任何附带感。薄膜压力传感器厚度仅为0.25mm毫米，传感器压力量程为100KG，反应时间小于3ys，当传感器无外界负载时电路处于高阻状态，当传感器感受到外界压力时，电路电阻随之变化，本发明中对零负载状态即穿鞋抬脚状态进行了参数校正，以该参数作为跌倒参考值，当检测到双脚压力值接近参考值时，协同其他检测数据进行跌倒判断。所述脚底控制模块3 — 2或4 一 2采用TI公司的CC2541或CC2640。
[0038]本发明的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，在判断跌倒者处于危险跌倒状态时，发出鸣叫报警警示跌倒者周围的行人，同时通过短信报警通知跌倒者的监护人，佩戴者在睡眠过程中发生呼吸暂停时，发出鸣叫报警警示佩戴者以及佩戴者家属，将佩戴者唤醒以防发生危险。本发明实现姿态检测腰带单元分别与多功能检测背心单元、左脚多点压力检测鞋垫单元和右脚多点压力检测鞋垫单元之间的通讯和控制连接，以BLE4.1协议为基础，功耗极低，快速建立连接，模块化工作，从而实现整个系统的功能，功耗大大减低，体积减小，成本降低，装置使用时间增长。
[0039]本发明的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统的四个检测单元通过不同的组合搭配，可以有三种工作模式:跌倒检测模式A、跌倒检测模式B和睡眠呼吸检测模式。对应跌倒检测模式A为完整系统工作模式，对应跌倒检测模式B为腰带和鞋垫组合的工作模式，对应睡眠呼吸暂停检测模式为腰带和背心组合的工作模式。
[0040]本发明中各控制模块均采用兼备控制功能和无线通讯功能的低功耗蓝牙，其优点在于大大降低了整个装置的功耗，测试数据显示BLE连接同步的总电流消耗仅为0.0864mA，BLE连接建立的总电流消耗低至0.0061mA，在降低功耗的同时由于省去了通用设计的控制模块如单片机芯片、DSP芯片等，成本降低，模块体积减小；电池模块连接有稳压电路，所述稳压电路采用TI公司TPS71525DCKR芯片进行搭建，使整个系统工作在最低功耗状态，保证输出的稳定性。
[0041 ]四个低功耗蓝牙组成的低功耗蓝牙网络系统，以BLE4.1协议为基础，功耗极低，快速建立连接，模块化工作。腰部模块，工作在主从模式，作为整个系统中心节点，并实时监测腰部姿态特征;两个足底模块工作在从机模式，对脚底压力参数进行实时检测，获得佩戴者脚部运动特征;一个胸部背心模块工作在从机模式，对穿戴者呼吸状态和身躯运动状态进行监测。使用者佩戴装置后，主控制模块主动扫描并连接脚底控制模块及胸部控制模块，实现信息交互。
[0042]本发明的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统工作过程，首先用户通过移动应用客户端5选择系统工作模式，并对系统的参数进行校正，使用者的监护人移动应用客户端将设置信息发送给主控模块I 一3，主控模块I 一3根据用户选择的工作模式进行工作；当工作在跌倒检测模式A时，系统为完整系统配置，结合主控制模块、胸部控制模块和脚底控制模块的数据对跌倒进行协同判断，当判断为跌倒时系统向报警、定位、移动通讯模块发送信号，实现鸣叫报警、短信报警功能，当判断为无跌倒时，系统自动返回检测状态；当工作在腰带和鞋垫组合的工作模式时，系统为部分系统配置，结合主控制模块和脚底控制模块的数据对跌倒进行协同判断，当判断为跌倒时系统向报警、定位、移动通讯模块发送信号，实现鸣叫报警、短信报警功能，当判断为无跌倒时，系统自动返回检测状态；当工作在腰带和背心组合的工作模式时，系统为部分系统配置，结合主控制模块和胸部控制模块的数据对用户睡眠呼吸暂停进行判断，当判断为呼吸暂停时系统向报警模块发送信号，实现鸣叫报警功能，当判断为无呼吸暂停时，系统自动返回检测状态
[0043]以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
【主权项】
1.一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，其特征在于，包括有用于根据使用者选择的不同工作模式来控制相应的检测装置以及进行睡眠呼吸检测并根据检测结果进行报警的姿态检测腰带单元(I)，分别与所述的姿态检测腰带单元(I)无线连接的:用于通过加速度和压力的变化来检测人是否跌倒的多功能检测背心单元(2)，用于通过压力的变化来检测人是否跌倒的左脚多点压力检测鞋垫单元(3)和右脚多点压力检测鞋垫单元(4)，以及用于使用者选择不同检测模式的移动应用客户端(5)。2.根据权利要求1所述的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，其特征在于，所述的姿态检测腰带单元(I)包括有设置在腰带上的检测报警部分，所述的检测报警部分包括有由低功耗蓝牙模块构成的主控制模块(I一3)，分别连接在主控制模块(I一3)上的:用于检测检测人体在运动中左右向和前后向姿态变化的六轴陀螺仪(I 一 I )，用于提供电源的柔性电池供电模块(I一2)，用于报警的报警装置(I一4)，用于对佩带者进行定位的定位模块(I一5)，以及用于与使用跌倒检测报警系统者的监护人进行无线通信的移动通信模块(I 一6)。3.根据权利要求2所述的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，其特征在于，所述的报警装置(I 一 4)是蜂鸣器或显示灯，或者是蜂鸣器和显示灯。4.根据权利要求2所述的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，其特征在于，所述的检测报警部分设置在所述腰带位于人身前部的位置处。5.根据权利要求1所述的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，其特征在于，所述的多功能检测背心单元(2)包括有设置在背心上的用于采集胸部信号的检测部分，所述的检测部分包括有:用于与姿态检测腰带单元(I)中的主控制模块(I一3)进行无线通信的由低功耗蓝牙模块构成的胸部控制模块(2 — 4)，分别与所述的胸部控制模块(2 — 4)相连接的用来采集人行动过程中加速度信号的加速度传感器(2 — 1)、用于采集胸腔压力信号的压力传感器(2 — 2)和用于向胸部控制模块(2 — 4)提供电源的第一钮扣电池供电模块(2 — 3)。6.根据权利要求5所述的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，其特征在于，所述的检测部分设置在所述背心的前侧胸部位置处。7.根据权利要求1所述的一种低功耗多功能跌倒检测报警系统，其特征在于，所述的左脚多点压力检测鞋垫单元(3)和右脚多点压力检测鞋垫单元(4)结构相同，均包括有设置在鞋垫上的用于采集脚部信号的检测部分，所述的检测部分包括有:用于与姿态检测腰带单元(I)中的主控制模块(I 一 3)进行无线通信的由低功耗蓝牙模块构成的脚底控制模块(3 —2或4 一 2)，分别各通过一个通过压电转换电路与所述的脚底控制模块(3 — 2或4 一 2)相连接的用于采集脚底压力信号的薄膜压力传感器(3 — I或4一I)，以及用于向脚底控制模块(3 —2或4一 2)提供电源的第二钮扣电池供电模块(3 — 3或4一 3)。
【文档编号】G08B21/04GK105844857SQ201610164675
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】殷涛, 熊界, 刘志朋, 周晓青
【申请人】中国医学科学院生物医学工程研究所