一种腕带触压检测摔倒装置及其所构成的报警系统和其实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种腕带触压检测摔倒装置，主要由表盘（1），以及设置在表盘（1）两侧的腕带（2）组成，其特征在于，在表盘（1）的内部设有中央处理器（11），与中央处理器（11）相连接的3轴加速度传感器（12），以及与中央处理器（11）相连接的腕带触压检测电路（13）等组成。本发明同时还公开一种由腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统及其实现方法。本发明的腕带触压检测摔倒装置不仅可以作为手表使用，而且在经过防水处理后还能带进浴室，因此更适合用于高危险的摔倒场合，其应用面较广。同时，本发明通过两次不同条件状况的中断使能判断才能最终确定是否发生摔倒行为，且其判定标准非常合理和科学，因此能极大的降低人体摔倒误判率。
【专利说明】一种腕带触压检测摔倒装置及其所构成的报警系统和其实 现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种对人体运动的行为、状态等进行检测和识别的装置，具体是指一 种腕带触压检测摔倒装置及其所构成的报警系统和其实现方法。
【背景技术】
[0002] 目前，老年人摔倒逐渐成为一个重要的公共健康问题。摔倒不仅可能会致使老年 人失去意识，而且还会造成残疾或引起死亡。因此，对老年人的行为进行跟踪分析，并自动 检测出摔倒行为，使摔倒者得到及时救助便是一种非常必要的技术工作。
[0003] 然而，目前的人体摔倒检测技术均是单纯的采用内置加速度传感器的加速度变化 情况来判断是否有摔倒行为发生。由于发生摔倒行为的动作复杂多样化，如分前仰摔倒、后 仰摔倒和侧仰摔倒等情况，以及在摔倒过程中人体所佩戴的加速度传感器的位置不同和摔 倒过程中人体反应动作各不相同，均会对加速度的变化情况产生影响。如设备佩戴在躯干 时，则在人体起步走动，从站立状态到坐下状态均会产生与摔倒情况相近的加速度变化情 况；由于摔倒行为发生的一个高发地点在浴室，设备佩戴在躯干位置在洗浴时要除下不大 适合。因此设备最适合作为手表佩戴在手腕上，作防水处理后沐浴时亦不需要摘下。如设 备佩戴在手腕，由于手腕平常活动情况更多样复杂，如击掌，甩手等动作也会产生与摔倒情 况相近的加速度变化。
[0004] 综上所述，目前人们单纯的采用加速度变化情况来判定摔倒行为时，其误判率较 高，不能真实、客观的反应出实际情况，不利于推广和应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服目前人们所采用的摔倒检测技术存在误判率较高的缺陷， 提供一种高效、简洁、误判率低的腕带触压检测摔倒装置。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种由上述腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系 统及其实现方法。
[0007] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种腕带触压检测摔倒装置，主要由表盘， 以及设置在表盘两侧的腕带组成，同时还在表盘的内部设有中央处理器，与中央处理器相 连接的3轴加速度传感器，以及与中央处理器相连接的腕带触压检测电路；且在一侧的腕 带内部设有与腕带触压检测电路相连接的腕带触压感应装置I，在另一侧的腕带内部设有 与腕带触压检测电路相连接的腕带触压感应装置II。
[0008] 进一步地，所述腕带触压感应装置I和腕带触压感应装置II均由内置在腕带上表 面和下表面处的金属薄片，以及填充在两片金属薄片之间的弹性电介质组成。
[0009] 为确保使用效果，所述腕带触压检测电路优先采用电容信号转换集成电路来实 现，而弹性电介质则优先采用为醋酸纤维来实现。
[0010] 其中，所述腕带触压检测电路主要由信号调理电路、与信号调理电路相连接的积 分器I和积分器II，以及与积分器I和积分器II相连接的参考振荡器组成；所述腕带触压 感应装置I与积分器I相连接，而腕带触压感应装置II则与积分器II相连接。
[0011] 一种由腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统，其还包括有设置在表盘内部并 均与中央处理器相连接的定位装置、手动报警按键及无线通讯收发模块，通过无线网络与 无线通讯收发模块相连接的云端服务器，以及通过无线网络与云端服务器相连接的报警终 端。其中，该报警终端为智能手机、电话、笔记本电脑或平板电脑。
[0012] 一种由腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统的实现方法，主要包括以下步 骤： (1) 启动报警系统，设定3轴加速度传感器任一轴的中断阈值，开启加速度中断使能， 并进行腕带触压检测电路的初始化校准，进入待机等待状态； (2) 当3轴加速度传感器任一轴的加速度值a大于预先设定的加速度中断阈值时，触发 加速度中断处理程序，并延迟2分钟开启腕带触压中断使能； (3) 当腕带有触压行为发生时，则触发腕带触压中断处理程序，发出预报警提醒信号5 秒，并执行步骤（4);否，则返回待机等待状态； (4) 判定腕带触压检测摔倒装置是否离开接触物体？是，则判定为误判，报警系统取消 报警；否，则判定为摔倒且人体已无意识，则执行步骤（5); (5) 报警系统的蜂鸣器发出求救报警声，并同时触发定位装置进行定位； (6) 报警系统将定位信息上传至云端服务器，并通过云端服务器将定位信息转换成地 理位置信息发送给预设的紧急联系人。
[0013] 为确保使用效果，步骤（1)所述的"3轴加速度传感器任一轴的中断阈值"的取值 为2g。同时，步骤（1)中所述的"腕带触压检测电路的初始化校准"是指：在腕带戴上手腕 后没有接触外物的初始条件下，由腕带触压感应装置I的电容值Cxi与腕带触压感应装置 Π的电容值Cx2分别通过积分器I和积分器II转换成相应的电压，并经信号调理电路处理 得到一个恒定的电压差输出，中央处理器通过ADC引脚获取当前电压值，同时通过DAC输出 脚调整参考电阻值，使得腕带触压检测电路电压输出值为0。
[0014] 本发明与现有技术相比具有以下的优点和有益效果： (1)本发明的腕带触压检测摔倒装置不仅可以作为手表使用，而且在经过防水处理后 还能带进浴室，因此更适合用于高危险的摔倒场合，其应用面较广。
[0015] (2)本发明能在不改变腕带触压检测摔倒装置结构的前提下实现其报警功能，不 仅使得其产品结构较为简单，其制作成本较为低廉，而且还使得其使用非常方便。
[0016] (3)本发明需要通过两次不同条件状况的中断使能判断才能最终确定是否发生摔 倒行为，且其判定标准非常合理和科学，因此能极大的降低人体摔倒误判率，比传统判定方 法相比，其误判率能下降30%以上。
[0017] (4)本发明通过中断触发的方式处理，算法简洁，响应迅速，省电低功耗，更适合于 受尺寸限制的手腕穿戴设备。
[0018] (5)本发明开创性的使用了云端服务报警方式，能将摔倒者的位置信息以在线地 图的方式通过互联网与全球范围内的紧急联系人取得联系，从而能确保摔倒者及时获得救 助。
[0019] (6)本发明的报警提示能通过各种方式传递，能适应不同层次的使用者。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的腕带触压感应装置的整体结构示意图。
[0021] 图2为本发明的腕带触压感应装置在受到外界非导电物触压时的结构示意图。
[0022] 图3为本发明的腕带触压感应装置在受到外界导电物触压时的结构示意图。
[0023] 图4为本发明的腕带触压检测电路结构示意图。
[0024] 图5为本发明的报警系统结构原理图。
[0025] 图6为本发明的报警流程示意图。
[0026] 以上附图中附图标记的名称分别为： 1 一表盘，2-腕带，3 -z?端服务器，4一报警终端，11 一中央处理器，12 -3轴加速度 传感器，13-腕带触压检测电路，14 一定位装置，15-手动报警按键，16-无线通讯收发模 块，21-金属薄片，22-弹性电介质，131-积分器I，132-积分器II，133- /[目号调理电路， 134-参考振荡器。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0028] 实施例1 如图1?5所示，本发明所述的腕带触压检测摔倒装置包括有表盘1，设置在表盘1两 侧的腕带2,设置在表盘1的内部的中央处理器11，设置在表盘1内部并与中央处理器11 相连接的3轴加速度传感器12和腕带触压检测电路13,以及设置在两条腕带2内部的腕带 触压感应装置I和腕带触压感应装置II。
[0029] 腕带触压感应装置I内置于表盘1 一侧的腕带2内部，腕带触压感应装置II则内 置于表盘1另一侧的腕带2内部。为确保实际效果，所述腕带触压感应装置I和腕带触压 感应装置II均由内置在腕带2上表面处和下表面处的金属薄片21，以及填充在两片金属薄 片21之间的弹性电介质22组成，其结构如图2所示。为了确保使用效果，本发明不仅需要 弹性电介质22具有较好的弹性回复力，而且其还必须对受力比较敏感。在同等条件下经多 种材料筛选实验证明，醋酸纤维能在厚度为〇. 2mm的腕带2上，受力为0. 2N的测试环境下 (模拟手臂平放的平均受力），其腕带2能增加13PF的容值变化，经过腕带触压检测电路13 的处理后能输出高于1.8V电压，完全能满足中央处理器的中断输入脚的要求。因此，本发 明的弹性电介质22优先采用醋酸纤维能实现。
[0030] 腕带触压检测电路13则优先采用电容信号转换集成电路来实现，其具体结构如 图4所示，即主要由信号调理电路133、与信号调理电路133相连接的积分器I 131和积分 器II 132,以及与积分器I 131和积分器II 132均相连接的参考振荡器134组成。同时，该 腕带触压检测电路13还包含有外围电路。其中，腕带触压感应装置I与积分器I 131相连 接，腕带触压感应装置II与积分器II 132相连接。
[0031] 所述的信号调理电路133为由减法器、电阻R1、低通滤波器A、电阻R2以及功率放 大器P顺次连接所形成。连接时，积分器I 131和积分器II 132输出端分别与减法器的正、 负极相连接；而参考振荡器134则为积分器I 131和积分器II 132提供工作所需震荡频率。
[0032] 所述的外围电路则包括有温度传感器，晶振电容(；s。，一端与低通滤波器A的正极 相连接、另一端接地的电容cu ;-端与功率放大器P的同向输入端相连接、另一端接地的电 容Q ;串接在功率放大器P的反向输入端与输出端之间的电阻Ru，以及一端与功率放大器 P的反向输入端相连接、另一端则与功率放大器P的输出端一起形成腕带触压检测电路13 的电压输出端V〇 UT的电阻Ru。
[0033] 其中，电容(；s。用于确定参考振荡器134的频率，并由参考振荡器134驱动积分器 I 131和积分器II 132,并使他们在时间和相位上同步。而积分器I 131和积分器II 132的 振幅则通过电容Cxl和Cx2确定。由于积分器具有很高的共模抑制比和分辨率，故比较两个 振幅的差值得到的信号就能反映出两边电容的相对变化量。该差值信号通过一个二级的低 通滤波器转化成直流电压信号，并经过输出可调的放大器转换成符合处理器要求的电压。 [0034] 本装置具有初始化自动校准功能，在装置佩戴上手腕后，程序通过处理器内置模 数转换器ADC读取处理电路输出电压，并通过处理器内置数模转换器ADC调整电压改变Rcx 大小，使得输出电压接近于〇。
[0035] 在完成初始设置后，只要腕带触压感应装置I的电容值Cxl或腕带触压感应装置 Π的电容值Cx2的电容值产生变化，并经过信号调理电路133处理后输出电压，该输出 V wt电压加至中央处理器11中断输入脚，从而通知中央处理器11有触压事件发生。
[0036] 在实际运行时，电容值Cxl和电容值Cx2在以下两种情况下会发生变化，其一为如图 2所示的非导电物触压时，即当腕带2的任意一边受到非导电物体触压时，两金属薄片21之 间的距离d便会减小，根据电容公式：C= ε · S/4 π kd可知，受到物体触压的腕带触压感应 装置电容值增大。
[0037] 其二为图3所示的导电物触压时，导电物体相当于一个自电容Cp与腕带2电容Cx 并联，根据电容并联公式C=C1+C2，同样导致电容值C增大。
[0038] 实施例2 本实施例为在实施例1的基础上通过增加电子原件所形成的一套新的云端式报警系 统，其具体结构如图5所示。
[0039] 即本实施例在实施例1的基础上还在其表盘1内部设置有定位装置14、手动报警 按键15、无线通讯收发模块16、以及云端服务器3和报警终端4。
[0040] 其中，所述的定位装置14、手动报警按键15及无线通讯收发模块16均分别与中央 处理器11相连接，无线通讯收发模块16则通过无线网络与云端服务器3相连接并进行数 据交换，而报警终端4则通过无线网络与云端服务器3相连接并进行数据交换。
[0041] 为了确保不同客户的使用需求，该报警终端4可以为智能手机、电话、笔记本电脑 或平板电脑，即本发明的报警系统除了以常规的电话和短信方式报警外，还可以采用云端 服务报警方式。所谓的云端服务报警方式则是指，腕带触压检测摔倒装置报警系统将定位 装置14所定位的位置原始信息，包括但不限于经纬度、小区ID号或无线路由设备号等上传 到云端服务器3上，而云端服务器3将自动查询该定位信息的经纬度，并通过互联网即时通 讯工具通知注册账号登录查看。
[0042] 实施例3 本实施例为实施例2的实现方法，其流程如图6所示，即其包括以下步骤： (1)启动报警系统，设定3轴加速度传感器任一轴的中断阈值，开启加速度中断使能， 并进行腕带触压检测电路初始化校准，进入待机等待状态。其中，该腕带触压检测电路初始 化校准是指完成实施例2中所述的腕带触压检测摔倒装置的初始设置，即在腕带2没有接 触外物的初始条件下，由腕带触压感应装置I的电容值Cxi与腕带触压感应装置II的电容 值Cx2分别通过积分器I 131和积分器II 132转换成相应的电压，并经信号调理电路133 处理及通过中央处理器DAC输出脚调整参考电阻的电阻值使得Vwt输出值为0。
[0043] (2)当3轴加速度传感器任一轴的加速度值a大于预先设定的加速度中断阈值时， 触发加速度中断处理程序，并延迟2分钟开启腕带触压中断使能。
[0044] 即，在实际的使用过程中，当3轴加速度传感器在X轴、Y轴或Z轴的任一轴向上 的加速度值a > 2g时，则中央处理器11便触发加速度中断处理程序。再经过2分钟的时 间用于排除其它不稳定因素后，最后开启腕带触压中断使能。
[0045] (3)当腕带有触压行为发生时，则触发腕带触压中断处理程序，发出预报警提醒信 号5秒，并执行步骤（4);否，则进入待机等待状态。
[0046] (4)判定腕带触压检测摔倒装置是否离开物体？是，则判定为误判，报警系统取消 报警；否，则判定为摔倒且人体已无意识，则执行步骤（5)。
[0047] (5 )报警系统的蜂鸣器发出求救报警声，并同时触发定位装置进行定位。
[0048] (6)报警系统将定位信息上传至云端服务器，并通过云端服务器将定位信息转换 成地理位置信息发送给预设的紧急联系人。
[0049] 本实施例的过程需要捕捉两个条件，其一是"3轴加速度传感器的任一轴加速度 值a大于预设的中断阈值，即a > 2g";其二是"腕带产生的中断值"。本发明通过上述两个 参数值的中断来综合判定是否出现摔倒行为，因此能极大程度的降低误报的概率。
[0050] 如上所述，便可以很好的实现本发明。
【权利要求】
1. 一种腕带触压检测摔倒装置，主要由表盘（1 )，以及设置在表盘（1)两侧的腕带（2) 组成，其特征在于，在表盘（1)的内部还设有中央处理器（11 )，与中央处理器（11)相连接的 3轴加速度传感器（12)，以及与中央处理器（11)相连接的腕带触压检测电路（13);且在一 侧的腕带（2)内部设有与腕带触压检测电路（13)相连接的腕带触压感应装置I，在另一侧 的腕带（2)内部设有与腕带触压检测电路（13)相连接的腕带触压感应装置II。
2. 根据权利要求1所述的一种腕带触压检测摔倒装置，其特征在于，所述腕带触压感 应装置I和腕带触压感应装置II均由内置在腕带（2)上表面和下表面处的金属薄片（21)， 以及填充在两片金属薄片（21，21)之间的弹性电介质（22)组成。
3. 根据权利要求2所述的一种腕带触压检测摔倒装置，其特征在于，所述腕带触压检 测电路（13)为电容信号转换集成电路。
4. 根据权利要求1?3任一项所述的一种腕带触压检测摔倒装置，其特征在于，所述腕 带触压检测电路（13)主要由信号调理电路（133)、与信号调理电路（133)相连接的积分器 I (131)和积分器II (132)，以及与积分器I (131)和积分器II (132)相连接的参考振荡器 (134)组成；所述腕带触压感应装置I与积分器I (131)相连接，而腕带触压感应装置II则 与积分器II (132)相连接。
5. 根据权利要求2或3所述的一种腕带触压检测摔倒装置，其特征在于，所述弹性电介 质（22)为醋酸纤维。
6. -种由权利要求1?5任一项所述的一种腕带触压检测摔倒装置所构成的报警 系统，其特征在于，还包括有设置在表盘（1)内部并均与中央处理器（11)相连接的定位装 置（14)、手动报警按键（15)及无线通讯收发模块（16)，通过无线网络与无线通讯收发模 块（16)相连接的云端服务器（3)，以及通过无线网络与云端服务器（3)相连接的报警终端 (4)。
7. 根据权利要求6所述的一种由腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统，其特征在 于，所述报警终端（4 )为智能手机、电话、笔记本电脑或平板电脑。
8. -种由腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统的实现方法，其特征在于，主要包 括以下步骤： (1) 启动报警系统，设定3轴加速度传感器任一轴的中断阈值，开启加速度中断使能， 并进行腕带触压检测电路的初始化校准，进入待机等待状态； (2) 当3轴加速度传感器任一轴的加速度值a大于预先设定的加速度中断阈值时，触发 加速度中断处理程序，并延迟2分钟开启腕带触压中断使能； (3) 当腕带有触压行为发生时，则触发腕带触压中断处理程序，发出预报警提醒信号5 秒，并执行步骤（4);否，则返回待机等待状态； (4) 判定腕带触压检测摔倒装置是否离开接触物体？是，则判定为误判，报警系统取消 报警；否，则判定为摔倒且人体已无意识，则执行步骤（5); (5) 报警系统的蜂鸣器发出求救报警声，并同时触发定位装置进行定位； (6) 报警系统将定位信息上传至云端服务器，并通过云端服务器将定位信息转换成地 理位置信息发送给预设的紧急联系人。
9. 根据权利要求8所述的一种由腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统的实现方 法，其特征在于，步骤（1)所述的"3轴加速度传感器任一轴的中断阈值"的取值为2g。
10.根据权利要求8或9所述的一种由腕带触压检测摔倒装置所构成的报警系统的实 现方法，其特征在于，步骤（1)中所述的"腕带触压检测电路的初始化校准"是指：在腕带戴 上手腕后没有接触外物的初始条件下，由腕带触压感应装置I的电容值Cxi与腕带触压感 应装置II的电容值Cx2分别通过积分器I (131)和积分器II (132)转换成相应的电压，并经 信号调理电路（133)处理得到一个恒定的电压差输出，中央处理器通过ADC引脚获取当前 电压值，同时通过DAC输出脚调整参考电阻值，使得腕带触压检测电路电压输出值为0。
【文档编号】G08B25/10GK104157096SQ201410449046
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】林文涛 申请人:林文涛