一种防跌倒预警系统的研究与实现

跌倒是造成世界上意外伤害死亡的第二大原因,如何预防跌倒已成为保障老人生命的关键。目前常见"跌倒报警器"的传感模块一般采用单一的三轴加速度计,测量精度受限,仅能实现人体跌倒后的报警功能而不能实现跌倒前的预警。文章设计并实现了一种基于MEMS惯性传感单元的防跌倒预警器,率先设计了含"三轴加速度计+三轴陀螺仪+三轴磁力计"的高精度多模态传感模块,内嵌跌倒预警算法,并通过蜂鸣器和振动器警示。对九名健康年轻实验对象进行了总计81次的跌倒实验,系统结合基于阈值的跌倒预警算法,结果表明,其检测灵敏度可达98.61%且特异度为98.61%,平均预警时间为300 ms。未来研究将嵌入全球移动通信系统(Global System For Mobile,GSM)、全球定位系统(Global Positioning System,GPS)等电路模块功能及配备穿戴式安全气囊,有望在易跌人群中实现实时防护和及时救治。

穿戴式跌倒防护安全气囊研究

跌倒是造成老年人意外伤害或死亡的首要原因,全世界65岁以上老人中每年大约有1/3发生过跌倒,对人体尤其是髋关节造成较大伤害。利用充气气囊作为缓冲来减轻伤害是目前跌倒防护最有效的手段。该文对穿戴式跌倒防护安全气囊系统的总体构成、定位精度、充气机构、囊体结构参数等关键技术展开研究,并完成样机实现。系统由电源模块、主控模块、传感模块、定位模块、通讯模块、充气机构、压缩气瓶和囊体结构等关键部分组成。其中定位模块支持GPS和WIFI两种位置定位方式,室外定位精度仅约7 m,室内定位精度约60 m。设计出了充气机构以及基于人体髋部结构的仿生吸震囊体的优化结构参数,对8 g、12 g和16 g等多规格压缩气瓶进行了冲刺可靠性试验,并用高速动态记录仪测得充满气的平均时间为386.9 ms。此外,采用MIMICS软件及人体髋部位置的二维电子计算机断层扫描图片建立了人体髋骨的三维有限元模型,并采用ANSYS软件建立髋保护缓冲气囊的有限元模型,分别建立了无防护情况下侧方跌倒和有髋保护缓冲气囊防护情况下侧方跌倒模型。对比结果显示,髋骨受到的峰值冲击力比不采用任何防护减小了70%,而能量吸收则减小了83.8%。

基于nRF905和MSP430的惯性传感器无线数传系统设计

介绍一种可用于人体跌倒检测的惯性传感器数据无线传输系统,该系统由采集数据的无线传感器节点、接收数据的基站以及监控数据和发配置命令的上位机组成。系统软件采用中断的方法对数据收发实时处理。经测试,上位机和节点之间能够进行可靠性良好、实时性强的数据包和配置命令的无线传输,系统可应用于人体跌倒过程中人体加速度和角速度的实时无线采集。

基于315 Mhz无线射频技术的全向遥控小夜灯

21世纪的人口老龄化浪潮已经成为了全球发展的趋势。自从2000年以来,我国逐渐步入了老龄化国家行列。老年人的健康问题、老年人人口数量的发展趋势等问题,现在已经受到很大的重视。老年人由于身体机能下降,夜间起夜、吃药、喝水等活动的频率增加,在黑暗中发生摔倒和撞伤的几率也增大。尤其对于独居老人,夜间发生意外伤害不易得到救助。本文针对老年人夜间活动不便设计了一种小夜灯,采用无线射频遥控技术,可以远程对小夜灯开关进行控制,且无需对准灯头,减少老年人夜间寻找灯泡开关的不便。按键设计简单大方,便于老年人夜间轻松稳定地按下。采用LED灯头和电路结构、亮度的优化设计,控制小夜灯成本,降低功耗和节约电能,解决部分老年人对于用经济成本方面的顾虑。

基于MPU6000的低功耗无线人体传感器网络节点设计

针对有线人体传感器网络节点具有携带不便、传输距离有限的缺点,设计并实现了一种用于人体运动监测的无线人体传感器网络节点;文中首先介绍了节点的硬件设计实现方案,节点控制器采用MSP430F2418PM,传感器采用六轴惯性传感器模块MPU6000,射频模块采用nRF24L01;然后对软件设计实现流程和节点的节能工作模式进行了详细阐述和实验验证;实验结果表明,该研究实现的无线节点具有反应灵敏和功耗低的特点,在15 m范围内无线传输稳定,最高传输速率可达2 Mbps,采集的惯性数据能够明显反映人体的正常运动和跌倒的特征;该节点在人体异常步态监测、康复评估和跌倒预警等方面具有潜在重要应用价值。

基于惯性传感的穿戴式跌倒预警防护系统

针对老人跌倒伤害预防的社会难题,设计了一种穿戴式跌倒预警和防护系统,该系统包括跌倒预警器、安全气囊装置、远程监护平台和监护人手机应用程序。当跌倒发生时,跌倒预警器会触发安全气囊快速充气,以减少老人跌倒后所受到的损伤。老人倒地后,跌倒预警器会报警,并发送短信给监护人求助。同时,跌倒过程人体运动学数据会发送到远程监护平台,并显示跌倒事件发生的位置。最后通过实验验证该跌倒预警和防护系统功能的可靠性。结果表明,该系统可以较准确地检测跌倒,完成跌倒预警报警、气囊快速充气、数据传输和存储、监控平台实时定位等一系列功能,对减少老年人跌倒的直接损伤和缩短救助老人的时间有一定帮助。