[发明专利]一种基于生物雷达的居家人员摔倒检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于生物雷达的居家人员摔倒检测系统和方法。生物雷达、信号放大器、滤波器、模数转换器、微控制器单元、处理器依次连接，生物雷达接收到人体的雷达信号数据后输出两路正交信号，发送到信号放大器和滤波器，通过信号放大器调整信号增益同时将入信号带宽限制在适用于人类的身体健康范围，通过滤波器和信号放大器输出滤波、放大调节后的正交信号到模数转换器经模数转换后发送到微控制器单元，微控制器单元通过串行端口将数字化正交信号发送到处理器。本发明采用了生物雷达，适用于检测人体的摔倒信号，构建设计了自动检测人是否摔倒的深度学习方法，用于居家人员能减少摔倒后无人救助事故的发生。

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域的一种人体摔倒检测系统和方法，更具体地说，本发明涉及面向居家人员(比如独居老人和残疾人等)的自动检测摔倒的系统和方法。

背景技术

现代社会的一个普遍问题是全球老龄化。根据世界卫生组织统计，2019年全球65岁以上的人口已经超过9％。65岁后，人类在协调、保持平衡、肌肉活动等方面都出现问题，这些负面变化会增加摔倒的风险。摔倒的发作通常会导致身体机能的下降。摔倒过后，等待求助的时间越少，康复后的身体恢复效果越好。

在2019冠状病毒病大流行期间，居家人员摔倒检测这一问题变得更加重要，因为大量的人被迫呆在家里，对于摔倒而无法求助的人来说，提供自动检测摔倒的方法是必要的。然而，目前各式各样的可穿戴式摔倒传感器出现在市场，它们的主要缺点是必须佩戴在身上，如果使用对象因为不舒服而忘记佩戴或拒绝使用，那么这些传感器就毫无用处。因此，不显眼的非可穿戴式摔倒检测方法具有更大的应用范围，一旦在用户家中安装相关装置后，就不需要用户进行任何额外操作。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种基于生物雷达的自动摔倒检测系统和方法，可以检测是否发生摔倒的事件，以避免因居家人员摔倒后无人救助的事故。本发明面向的主要用户人群为独居老人、残疾人等居家人员。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一、一种基于生物雷达的居家人员摔倒检测系统：

如图1所示，所述的系统包括正交信号的生物雷达、信号放大器、滤波器、模数转换器、微控制器单元和处理器，生物雷达、信号放大器、滤波器、模数转换器、微控制器单元、处理器依次连接，实现连贯的信号传输和调制；生物雷达具有I和Q正交的两个独立输出通道，生物雷达接收到人体的雷达信号数据后输出两路正交信号，发送到信号放大器和滤波器，通过信号放大器调整信号增益同时将入信号带宽限制在适用于人类的身体健康范围，这样可以检测到一定距离的使用对象的运动情况，尤其是摔倒事件，适合于检测人类的摔倒事件。通过滤波器和信号放大器输出滤波、放大调节后的正交信号(If、Qf)到模数转换器(ADC)经模数转换后发送到微控制器单元(MCU)，微控制器单元(MCU)通过串行端口将数字化正交信号(Id和Qd)发送到处理器，进行进一步处理。

所述的微控制器单元(MCU)经振荡器(VCO)和生物雷达的控制端连接，用微控制器单元(MCU)通过设置振荡器(VCO)输入的电平来控制调整信号收发器中生物雷达的探测频率，防止生物雷达探测信号之间的干扰。

所述的生物雷达为改造的信号收发器，是在信号收发器基础上设计的，工作频率会因振荡器(VCO)输入后而发生变化。

振荡器通过电压的调节实现调节频率。在具体情况下，通过振荡器后的频率与振荡器的控制电压成单调递增的关系，振荡器后的频率即生物雷达工作频率，通过改变振荡器的控制电压而调节生物雷达的工作频率。

设置两个生物雷达，两个生物雷达成90度角布置。

二、一种基于生物雷达的居家人员摔倒检测方法：

将生物雷达布置在居家室内，采用生物雷达朝向人体进行探测采集雷达信号数据，选取能量最高的正交(I或Q)信号以进行后续分析处理；