专利名称：基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种定位系统及方法，特别涉及一种基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位系统及方法。
背景技术：
跌倒在老年人群和行动不便的病症患者中非常普遍，严重影响了他们的身体健康，并给他们的心理造成了很多的恐惧和压力。因此在养老院、医院、疗养中心这些老年人或行动不便的病症患者较多的地方，很有必要开发跌倒检测定位系统，能够对跌倒进行准确检测并定位，然后通知监控中心，以便于进行及时救助。目前的跌倒检测技术主要是运用倾角传感器检测身体的角度变化来进行跌倒检测，或者采用加速度传感器通过检测身体跌倒时对地面的冲击大小来进行跌倒检测。一些跌倒检测系统不具有定位功能，只是通过GPRS、CDMA进行无线数据传输，虽然能够通知监护中心或者监护人跌倒，但无法进行定位，不便于进行及时救助。一些跌倒检测系统采用了 GPS定位，相对于没有定位功能的系统有了提高。但GPS定位在室内场合便失去了作用。经过对现有技术的文件检索发现，中国专利名称为“一种单臂式心电辅助跌倒检测仪”，专利号为102166119A，该专利提出了结合三维加速度传感器信号和心电检测信号进行跌倒检测分析，并通过无线通讯协议ZigBee发送至监护中心进行存储和分析，通过监护中心的数据分析，判断是否发生跌倒事件。该系统的不足在于使用传感器较多，且无法对跌倒进行定位，不便于进行跌倒后的及时救助；另外该系统采用了将信息传送至监护中心后进行分析从而确定跌倒事件的这种集中型机制，如果有多人使用该跌倒检测装置，会造成监护中心的信息堵塞，从而造成通讯延迟或信息丢失。经过对现有技术的文件检索发现，中国专利名称为“人体跌倒检测与报警装置”， 专利号为102136180A，该专利提出了采用两个加速度传感器、两个陀螺仪进行跌倒检测，利用GPS模块进行定位，利用GSM模块进行跌倒检测数据传输。该系统的不足在于采用了较多的传感器，不便于携带与佩戴；GPS无法实现室内、地下等场合定位，对于实际应用存在很大限制；采用GSM模块进行信息传输，会产生费用，且依赖于GSM网络。经过对现有技术的文件检索发现，中国专利名称为“便携式人体跌倒检测系统”， 专利号为201127606，该专利提出采用加速度传感器进行跌倒检测，利用单片机进行数据处理，远程无线与通信定位单元采用gpsOne定位和CDMA无线通信模块。该系统的不足在于对于跌倒检测只使用了阈值比较，无法准确检测，容易引起误判；通信模块依托于付费网络。总之，以往的跌倒检测定位系统存在着这样或那样的不足，有些方面亟需提高或改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位系统及方法，
4以解决现有的跌倒检测定位系统准确性差、存在使用限制、设备成本及维护成本高的问题。本发明提出一种基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位系统，包括至少三个参考节点模块、跌倒检测定位模块、网关节点模块及PC机。参考节点模块设置在检测区域中， 用于提供位置信息；跌倒检测定位模块佩戴在检测人员身上，且分别与三个参考节点模块相连，采用三维加速度传感器Z轴信号差分、冲击检测、静态倾角检测进行跌倒检测；网关节点模块，与跌倒检测定位模块相连，用于建立网络和传输信息；PC机与网关节点模块相连，用于根据网关节点模块发送来的信息确定跌倒位置。进一步的，跌倒检测定位模块进一步包括三维加速度传感器、射频前置模块、定位控制器以及电源模块。三维加速度传感器用于检测三个相互正交方向的加速度；射频前置模块用于进行无线通讯；定位控制器与三维加速度传感器及射频前置模块相连，用于进行数据传输、根据三个相互正交方向的加速度进行跌倒检测、以及根据参考节点模块提供的位置信息进行定位运算；电源模块分别与三维加速度传感器、射频前置模块及定位控制器相连，用于提供电力。进一步的，定位控制器又进一步包括A/D转换模块、MCU模块及无线射频模块，A/D 转换模块与三维加速度传感器相连，用于将三维加速度传感器输出的三路模拟量转换为数字量;MCU模块与A/D转换模块相连，用于根据A/D转换模块传输来的加速度信号进行跌倒检测；无线射频模块分别与射频前置模块及MCU模块相连，用于将射频前置模块接受到的各个参考节点模块的位置信息传输给MCU模块，以进行定位运算。进一步的，跌倒检测定位模块还包括报警按键、取消报警按键、蜂鸣器以及状态指示灯，报警按键、取消报警按键、蜂鸣器以及状态指示灯均与定位控制器相连。进一步的，参考节点模块进一步包括射频前置模块、控制器及电源模块，射频前置模块用于进行无线通讯；控制器与射频前置模块相连，用于数据传输，以及提供参考节点模块当前的位置坐标信息；电源模块分别与射频前置模块及控制器相连，用于提供电力。进一步的，网关节点模块进一步包括射频前置模块、控制器、UART转USB模块及电源模块，射频前置模块用于进行无线通讯；控制器与射频前置模块相连，用于数据传输； UART转USB模块分别与控制器及PC机相连，用于将串口信号转换为USB电平信号；电源模块分别与射频前置模块、控制器及UART转USB模块相连，用于提供电力。本发明另提出一种基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位方法，包括以下步骤(I)通过至少三个节点在检测区域建立网络；(2)采用三维加速度传感器Z轴信号差分、冲击检测、静态倾角检测进行跌倒检测；(3)若被检测者跌倒，则根据网络中各个节点的位置坐标信息，对被检测者的位置进行定位运算；(4)将运算结果发送给监护中心。进一步的，进行跌倒检测包括以下步骤(1)采集被检测者三个相互正交方向的加速度；(2)对Z轴方向加速度进行差分运算，并判断差分结果是否大于一第一阈值；(3) 若差分结果大于该第一阈值，则进行冲击检测，并判断冲击幅值是否大于一第二阈值；(4) 若冲击幅值大于该第二阈值，则进行静态倾角检测，并判断静态倾角是否大于一第三阈值；
(5)若静态倾角大于该第三阈值，则判定该被检测者跌倒。进一步的，冲击检测依照公式
权利要求
1.一种基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位系统，其特征在于，包括至少三个参考节点模块，设置在检测区域中，用于提供位置信息；一跌倒检测定位模块，佩戴在检测人员身上，且分别与三个参考节点模块相连，采用三维加速度传感器Z轴信号差分、冲击检测、静态倾角检测进行跌倒检测；一网关节点模块，与该跌倒检测定位模块相连，用于建立网络和传输信息；一 PC机，与该网关节点模块相连，用于根据该网关节点模块发送来的信息确定跌倒位置。
2.如权利要求I所述的基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位系统，其特征在于， 该跌倒检测定位模块进一步包括一三维加速度传感器，用于检测三个相互正交方向的加速度；一射频前置模块，用于进行无线通讯；一定位控制器，与该三维加速度传感器及该射频前置模块相连，用于进行数据传输、根据三个相互正交方向的加速度进行跌倒检测、以及根据该参考节点模块提供的位置信息进行定位运算；一电源模块，分别与该三维加速度传感器、该射频前置模块及该定位控制器相连，用于提供电力。
3.如权利要求2所述的基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位系统，其特征在于， 该定位控制器又进一步包括一 A/D转换模块，与该三维加速度传感器相连，用于将三维加速度传感器输出的三路模拟量转换为数字量；一 MCU模块，与该A/D转换模块相连，用于根据该A/D转换模块传输来的加速度信号进行跌倒检测；一无线射频模块，分别与该射频前置模块及该MCU模块相连，用于将该射频前置模块接受到的各个参考节点模块的位置信息传输给该MCU模块，以进行定位运算。
4.如权利要求2所述的基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位系统，其特征在于， 该跌倒检测定位模块还包括一报警按键、一取消报警按键、一蜂鸣器以及一状态指示灯，该报警按键、该取消报警按键、该蜂鸣器以及该状态指示灯均与该定位控制器相连。
5.如权利要求I所述的基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位系统，其特征在于， 该参考节点模块进一步包括一射频前置模块，用于进行无线通讯；一控制器，与该射频前置模块相连，用于数据传输，以及提供该参考节点模块当前的位置坐标信息；一电源模块，分别与该射频前置模块及该控制器相连，用于提供电力。
6.如权利要求I所述的基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位系统，其特征在于， 该网关节点模块进一步包括一射频前置模块，用于进行无线通讯；一控制器，与该射频前置模块相连，用于数据传输；一 UART转USB模块，分别与该控制器及该PC机相连，用于将串口信号转换为USB电平信号；一电源模块，分别与该射频前置模块、该控制器及该UART转USB模块相连，用于提供电力。
7.一种基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位方法，其特征在于，包括以下步骤 通过至少三个节点在检测区域建立网络；采用三维加速度传感器Z轴信号差分、冲击检测、静态倾角检测进行跌倒检测；若被检测者跌倒，则根据网络中各个节点的位置坐标信息，对被检测者的位置进行定位运算；将运算结果发送给监护中心。
8.如权利要求7所述的基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位方法，其特征在于， 进行跌倒检测包括以下步骤采集被检测者三个相互正交方向的加速度；对Z轴方向加速度进行差分运算，并判断差分结果是否大于一第一阈值；若差分结果大于该第一阈值，则进行冲击检测，并判断冲击幅值是否大于一第二阈值；若冲击幅值大于该第二阈值，则进行静态倾角检测，并判断静态倾角是否大于一第三阈值；若静态倾角大于该第三阈值，则判定该被检测者跌倒。
9.如权利要求8所述的基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位方法，其特征在于， 冲击检测依照公式
10.如权利要求8所述的基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位方法，其特征在于，静态倾角检测依照公式
全文摘要
本发明提出一种基于无线传感网络的区域性跌倒检测定位系统，包括至少三个参考节点模块、跌倒检测定位模块、网关节点模块及PC机。参考节点模块设置在检测区域中，用于提供位置信息；跌倒检测定位模块佩戴在检测人员身上，且分别与三个参考节点模块相连，采用三维加速度传感器Z轴信号差分、冲击检测、静态倾角检测进行跌倒检测；网关节点模块，与跌倒检测定位模块相连，用于建立网络和传输信息；PC机与网关节点模块相连，用于根据网关节点模块发送来的信息确定跌倒位置。
文档编号H04L29/08GK102595324SQ201210091658
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者吉小军, 贾丹, 陈佳欣 申请人:上海交通大学