一种实时检测老年人跌倒的保护系统的制作方法

本发明涉及防跌倒安全保护系统，具体为一种实时检测老年人跌倒的保护系统。

背景技术：

1、髋部骨折因其高病残率及高致死率被称为“危险骨折”，是老年人的最后一次骨折，在我国，髋部骨折也己经成为老年人口重要的致死原因。但如果在跌倒发生过后，能够及时将人送至医院实施救助，就可以最大化地减少受到的伤害。然而由于跌倒的老年人很多都是空巢老人，无法及时得到救治；而且昏厥导致的长时间躺在地面情形，会加重造成的伤害。跌倒除了带来经济负担和社会负担之外，对于跌倒的老人造成的身心伤害更是不可忽视，会让人畏惧跌倒，从而刻意限制自己的活动，影响到正常的生活。

2、随着传感器技术以及人工智能的发展，小而精的可穿戴设备使得用户能够在不影响其日常生活的情况下使用。方便、便携的特点使可穿戴设备与跌倒检测和保护完美契合，并通过算法来实时检测人的运动状态，在跌倒发生时能够及时的触发安全气囊保护老人髋部；对外界的及时报警，能够得到第一时间的治疗，减轻伤害，其中，尤为重要的就是对于跌倒的检测和保护。现有跌倒检测主要包括三大类：1、声频检测方法，采取对跌倒碰触地面时引起的声波振动频率变化的分析识别跌倒事件，但该识别方法受限于特殊的环境，容易被影响；2、视频图像方法，通过视频监视器采集人体运动信息，利用图像处理分析人体姿态，但该方法成本高，易受到光线干扰，暴露用户隐私；3、基于穿戴式传感器方法，使用佩戴的加速度传感器、陀螺仪、压力传感器等对人体运动信息做姿态研究，其检测过程不受环境限制。

3、现有的可穿戴式跌倒防护装置/设备/系统存在以下问题：

4、1、对于跌倒的检测，现有的算法对于误报率的控制还远不能达到实际的应用要求；

5、2、现有的跌倒检测和保护系统，由于气瓶对于触发机构的限制，导致尺寸过大，佩戴不方便；

6、3、现有的可穿戴实时跌倒检测和保护系统普遍价格过高，使得广大的普通家庭无法接受，特别是对于医疗条件较差的农村；

7、4、现有可穿戴检测和保护系统的功耗过大，导致整个系统体量大，不便于使用。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种实时检测老年人跌倒的保护系统，本发明的检测算法依次通过卡尔曼滤波，特征提取，参数调优等过程，实现跌倒与正常活动的二分类，具有较高的鲁棒性；单一的惯性传感器使得用户能够轻易且在不影响舒适性的前提下完成佩戴，使得本系统能够自动完成对运动数据的采集和处理，并实现对人运动状态的判定。通过舵机驱动传动机构，带动撞针直线运动刺破气瓶的原理实现对气瓶放气的控制，满足在短时间内打开气瓶释放气体的需要。并且借助无线通讯模块gsm和gprs定位模块实现对人报警信息的自动发送以及跌倒地点的定位，在人失去意识的特殊情况下向外界求助。可以很好的解决上述现有技术存在的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种实时检测老年人跌倒的保护系统，包括数据采集模块、数据分析处理模块、控制模块、触发模块、保护模块、报警模块和电源模块；

4、所述数据采集模块用于采集用户跌倒过程的加速度、角速度和位移；

5、所述数据分析处理模块用于分析加速度、角速度、位移数据的获取过程；分析直接使用加速度积分带来的误差；比较直接积分与利用滞后滤波得到的竖直方向速度和位移曲线；实现对跌倒的检测；

6、所述控制模块根据所述分析处理模块检测到的跌倒数据，控制所述触发模块和报警模块运行；

7、所述触发模块用于触发所述保护模块启用以保护跌倒的用户；

8、所述报警模块用于发生跌倒后发出警报；

9、所述电源模块用于所述数据采集模块、所述数据分析处理模块、所述控制模块、所述触发模块和所述报警模块供电。

10、进一步地，所述数据分析处理模块内的跌倒检测算法为基于机器学习算法，结合支持向量机算法和阈值算法引入位移这的特征，以作为跌倒检测的判断条件；

11、所述数据分析处理模块的分析步骤包括：

12、s1、人体运动参数数据的输入；包括加速度、角速度、位移数据；

13、s2、数据预处理：利用巴特沃斯滤波器对数据处理后得到的竖直方向速度和位移曲线；

14、s3、特征提取：利用二阶滞后滤波后积分获得三轴加速度和角速度、竖直方向速度和角度、俯仰角和横滚角；

15、s4、数据的分类计算：利用支持向量算法和阈值算法计算；

16、s5、输出结果。

17、进一步地，所述保护模块包括储气瓶和气囊，所述触发模块包括舵机、凸轮和撞针，所述舵机的输出轴与所述凸轮固定连接，所述撞针的尖端用于戳破所述储气瓶的密封盖，所述撞针的另一端与所述凸轮抵接，所述撞针设有沟槽，所述撞针还通过所述沟槽连通有导气管，所述导气管的自由端与所述气囊连通；

18、进一步地，所述气囊的材料为聚氨醋，所述储气瓶为含有33g二氧化碳气体的气瓶。

19、进一步地，所述报警模块的报警数据包括用户的跌倒信息和位置信息，所述报警模块通过蓝牙与用户的移动通讯设备连接以传递跌倒信息；用户的移动通讯设备通过移动网络将位置信息传递给预设移动通讯设备。

20、技术方案的有益效果是：

21、1、本发明提供的系统可实现传感器数据的采集，速度和位移特征的提取，跌倒的检测和判断，采用机械式触发实现气囊的触发；用户使用时通过腰带把传感器佩戴固定在腰间，控制模块实时处理传感器采集到的信号，内置的阈值算法检测到用户正处于跌倒状态的时候，通过控制模块控制保护模块的气囊充气瞬间打开起到缓冲作用从而保护用户髋部，减少跌倒带来的伤害；

22、2、本发明的数据分析处理模块内的检测算法将依次通过卡尔曼滤波，特征提取，参数调优等过程，实现跌倒与正常活动的二分类，具有较高的鲁棒性；单一的惯性传感器使得用户能够轻易且在不影响舒适性的前提下完成佩戴，该系统能够自动完成对运动数据的采集和处理，有效的实现对人运动状态的判定；

23、3、本发明通过舵机驱动传动机构，带动撞针直线运动刺破气瓶的原理实现对气瓶放气的控制，满足在短时间内打开气瓶释放气体对气囊充气的需要；

24、4、对用户状态监测和特征参数监控，借助无线通讯模块gsm和gprs定位模块实现对人报警信息的自动发送以及跌倒地点的定位，在用户失去意识时的特殊情况下向外界求助；

25、5、本发明的整个系统结构紧凑、成本低、可重复使用、佩戴方便、识别准确率高、误报率低、鲁棒性强的跌倒检测和髋部保护系统。

技术特征：

1.一种实时检测老年人跌倒的保护系统，其特征在于：包括数据采集模块、数据分析处理模块、控制模块、触发模块、保护模块、报警模块和电源模块；

2.根据权利要求1所述的一种实时检测老年人跌倒的保护系统，其特征在于：所述数据分析处理模块内的跌倒检测算法为基于机器学习算法，结合支持向量机算法和阈值算法引入位移这的特征，以作为跌倒检测的判断条件；

3.根据权利要求1所述的一种实时检测老年人跌倒的保护系统，其特征在于：所述保护模块包括储气瓶和气囊，所述触发模块包括舵机、凸轮和撞针，所述舵机的输出轴与所述凸轮固定连接，所述撞针的尖端用于戳破所述储气瓶的密封盖，所述撞针的另一端与所述凸轮抵接，所述撞针设有沟槽，所述撞针还通过所述沟槽连通有导气管，所述导气管的自由端与所述气囊连通。

4.根据权利要求3所述的一种实时检测老年人跌倒的保护系统，其特征在于：所述气囊的材料为聚氨醋，所述储气瓶为含有33g二氧化碳气体的气瓶。

5.根据权利要求1所述的一种实时检测老年人跌倒的保护系统，其特征在于：所述报警模块的报警数据包括用户的跌倒信息和位置信息，所述报警模块通过蓝牙与用户的移动通讯设备连接以传递跌倒信息；用户的移动通讯设备通过移动网络将位置信息传递给预设移动通讯设备。

技术总结
本发明属于防跌倒安全保护系统技术领域，公开了一种实时检测老年人跌倒的保护系统，包括数据采集模块、数据分析处理模块、控制模块、触发模块、保护模块、报警模块和电源模块；数据采集模块采集用户跌倒过程的加速度、角速度和位移；数据分析处理模块分析计算是否为跌倒；控制模块控制触发模块和报警模块运行；触发模块触发保护模块启用以保护跌倒的用户。本发明通过卡尔曼滤波，特征提取，参数调优等过程，实现跌倒与正常活动的二分类，使得用户在不影响舒适性的前提下完成佩戴，使得本系统能够自动完成对运动数据的采集和处理，并实现对用户跌倒状态的判定，保护模块对用户进行保护，报警模块发出报警以向外界紧急求助。

技术研发人员：彭磊,曹治东,晁瑞
受保护的技术使用者：重庆市急救医疗中心（重庆市第四人民医院、重庆市急救医学研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12