[发明专利]基于多传感器协同的人体跌倒检测预警装置

摘要

本发明涉及一种基于多传感器协同的人体跌倒检测预警装置。本发明由主机及一个或多个从机组成。主机包括传感器通信模块，微处理器，GSM通信芯片，GPS位置芯片，LED灯，按钮，电源及其他外设；从机包括加速度传感器或压力传感器，微控制器，传感器通信芯片。主机通过传感器网络从机传感器处获得数据并检测跌倒，预警。可穿戴式无线监测实现更加便携和用户友好的跌倒监测、采用多传感器协同和混合定位实现更加准确的全面的跌倒监测、基于自适应监测模型实现更具个性化和面向个体的跌倒监测。

主权项

基于多传感器协同的人体跌倒检测预警装置，包括主机、第一从机和第二从机，其特征在于：主机负责处理数据并判断是否跌倒，第一从机获取身体某部位的当前加速度数据，以判断是否跌倒，第二从机获取当前使用者脚底的压力数据，由主机判断是否跌倒；所述的主机由主机微处理器模块（1‑1）、GSM通信模块（1‑2）、WIFI通信模块（1‑3）、主机电源模块（1‑4）、GPS模块（1‑5）、蜂鸣器模块（1‑6）、LED模块（1‑7）与按钮模块（1‑8）组成；GSM通信模块（1‑2）直接与主机微处理器模块（1‑1）相连，负责发送报警信号，取得GSM基站信息来定位；WIFI通信模块（1‑3）与主机微处理器模块（1‑1）输入输出端口相连，扫描附近的WIFI基站信息用来定位；主机电源（1‑4）使用可充电式电源，给主机所有电子器件提供电源；GPS模块（1‑5）与主机微处理器模块（1‑1）输入输出端口相连，通过GPS卫星信号来精确定位用户的位置，在触发报警后开始工作延长使用寿命；主机微处理器模块（1‑1）负责与各从机的通信和模型的运算，通过各传感器传来的数据来判断用户是否跌倒，并负责检测电池电量情况；蜂鸣器模块（1‑6）、LED模块（1‑7）与主机微处理器模块（1‑1）输出端口相连，通过发光发声来与用户交互，在跌倒检测时用来判断此次判断是否误判，在低电压情况下提醒用户充电，在其它情况下提醒用户穿戴本装置或者检查从机；按钮模块（1‑8）与主机微处理器模块（1‑1）输入端口相连，在跌倒检测时用来与用户交互决定此次判断是否误判，在其它情况下同来提供紧急求助按钮；所述的主机微处理器模块（1‑1）为一个带ZIGBEE通信模块的微处理器，包括一块MSP430F14X芯片，其中第1引脚DVcc与电源相连，第8引脚XIN与晶振Y1一端相连，第9引脚与XOUT与晶振Y1另一端相连，第10引脚VeREF+与电源相连，第11引脚VREF‑/VeREF接地，第12引脚P1.0/TACLK和第13引脚P1.1/TA0分别和按钮模块（1‑8）中的开关S1和S2的一端相连，第26引脚P2.6/ADC12CLK与WIF通信I模块（1‑3）的nRF24l01芯片的第7引脚IRQ相连，第27引脚P2.7/TA0与WIFI通信模块（1‑3）的nRF24l01芯片第2引脚CE相连，第28引脚P3.0/STE0与WIFI通信模块（1‑3）的nRF24l01芯片第3引脚CSN相连，第29引脚P3.1/SIMO0与WIFI通信模块（1‑3）的nRF24l01芯片第5引脚MOSI相连，第30引脚P3.2/SOMI0与WIFI通信模块（1‑3）的nRF24l01芯片的第6引脚MISO相连，第31引脚P3.3/UCLK0与WIFI通信模块（1‑3）的nRF24l01芯片的第4引脚SCK相连，第34引脚P3.6/UIXD1与GSM通信模块（1‑2）的19引脚TXD0相连，第35引脚P3.7/URXD1与GSM通信（1‑2）模块的18引脚RXD0相连，第37引脚P4.1/TB1与LED模块（1‑7）中的电阻R5一端相连，第38引脚P4.2/TB2与GSM通信模块（1‑2）的15引脚相连，第41引脚P4.5/TB5通过电阻R16与GSM通信模块（1‑2）的31引脚相连，第48引脚与P5.4/MCIK与蜂鸣器（1‑6）中的电阻R6一端相连，第54引脚TDO/TDI与烧录电路的第1引脚相连，第55引脚TDI/TCLK与主机烧录电路的第3引脚相连，第56引脚TMS与主机烧录电路的第4引脚相连，第57引脚TCK和主机烧录电路的第5引脚相连，第58引脚与主机烧录电路的第7引脚相连；第61、62引脚接地，第63引脚接电源；所述的GSM通信模块（1‑2）由TC35模块、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R16组成、发光二极管D5、三极管Q2和开关S3组成；TC35模块的第1、2、3、4、5引脚接电源；TC35模块的6、7、8、9、10引脚接地；TC35模块的15引脚与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端与开关S3的一端和主机微处理器模块（1‑1）中的MSP430F14X芯片的38引脚相连，开关S3的另一端接地；TC35模块的18、19引脚与主机微处理器模块（1‑1）中的MSP430F14X芯片的35、34引脚相连；TC35模块的24引脚与SIM卡的第1引脚相连；TC35模块的25引脚与SIM卡的第2引脚相连；TC35模块的26引脚与SIM卡的第6引脚相连；TC35模块的27引脚与SIM卡的第3引脚相连；TC35模块的28引脚与SIM卡的第1引脚相连；TC35模块的29引脚与SIM卡的第4引脚相连； TC35模块的31引脚与电阻R16一端相连，电阻R16的另一端与主机微处理器（1‑1）的41引脚相连；TC35模块的32引脚与电阻R12一端相连，电阻R12的另一端三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与发光二极管D5的负极相连，发光二极管的正极与电源相连；所述的WIFI通信模块（1‑3）由芯片nRF24l01组成，芯片nRF24l01的第1引脚接电源；芯片nRF24l01的第2引脚接主机微处理器模块（1‑1）中的MSP430F14X芯片的27引脚；芯片nRF24l01的第3引脚接主机微处理器（1‑1）中的MSP430F14X芯片的28引脚；芯片nRF24l01的第4引脚接主机微处理器（1‑1）中的MSP430F14X芯片的31引脚；芯片nRF24l01的第5引脚接主机微处理器（1‑1）中的MSP430F14X芯片的29引脚；芯片nRF24l01的第6引脚接主机微处理器（1‑1）中的MSP430F14X芯片的30引脚；芯片nRF24l01的第7引脚接主机微处理器（1‑1）中的MSP430F14X芯片的26引脚；芯片nRF24l01的第8引脚接地；所述的蜂鸣器模块（1‑6）由蜂鸣器BELL、三级管Q1、电阻R6组成；蜂鸣器BELL一端与电源相连，另一端与三极管Q1集电极相连；三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与主机微处理器中的中的MSP430F14X芯片的48引脚相连；所述的LED模块（1‑7）由电阻R5和发光二极管组成；电阻R5的一端与主机微处理器模块(1‑1)中的MSP430F14X芯片的37引脚相连，另一端与发光二极管的正极相连，发光二极管负极接地；所述的按钮模块（1‑8）由开关S1、S2、电阻R14、电阻R15组成；开关S1一端与主机微处理器模块的（1‑1）中的MSP430F14X芯片的第12引脚相连，另一端与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端与电源相连；开关S2一端与主机微处理器模块（1‑1）中的MSP430F14X芯片的第13引脚相连，另一端与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端接电源； 所述的第一从机由第一从机微处理器模块（1‑9）、三轴加速度传感器模块（1‑10）、第一从机电源模块（1‑11）组成；三轴加速度传感器模块（1‑10）通过I2C协议与MCU相连，持续检测X，Y，Z三轴方向上的加速度；带ZIGBEE通信模块的第一从机微处理器模块（1‑9）负责取得加速度传感器传送回来的信号，在能量波动较小情况下工作在低功耗模式，延长从机的使用寿命；传送三轴加速度传感器模块（1‑10）上的信号回主机并固定时间间隔向主机传送信号，向主机报告从传感器状态；所述的第一从机微处理器模块（1‑9）为一个带ZIGBEE通信模块的微处理器模块，它由MSP430F2013芯片、电阻R1、滤波电容C1和电容C2组成；MSP430F2013芯片的第1引脚与电源相连并连接电容C1、电容C2的正极，电容C1、电容C2另一端接地；MSP430F2013芯片的第2引脚与LED相连；MSP430F2013芯片的第3引脚与三轴加速度传感器模块（1‑10）的MMA845x芯片的11引脚相连；MSP430F2013芯片的第4引脚与WIFI通信模块（1‑3）的第7引脚相连；MSP430F2013芯片的第5引脚与WIFI通信模块（1‑3）的第2引脚相连；MSP430F2013芯片的第6引脚与WIFI通信模（1‑3）的第3引脚相连；MSP430F2013芯片的第7引脚与WIFI通信模块的（1‑3）的4引脚相连；MSP430F2013芯片的第8引脚与WIFI通信模块（1‑3）的第5引脚相连；MSP430F2013芯片的第9引脚与WIFI模块的第6引脚相连；MSP430F2013芯片的第10引脚与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端接电源；MSP430F2013芯片的第11引脚与从机烧录电路的第2引脚相连；MSP430F2013芯片的第12引脚与三轴加速度传感器模块（1‑10）的MMA845x芯片的第4脚相连；MSP430F2013芯片的第13引脚与三轴加速度传感器模块（1‑10）的MMA845x芯片的第6引脚相连；MSP430F2013芯片的第14接地； 所述的三轴加速度传感器模块（1‑10）由MMA845x芯片、电容C3、电容C4组成和滤波电容C5组成；MMA845x芯片的第1引脚与电源相连并与电容C3一端相连，电容C3的另一端接地；MMA845x芯片的第2引脚与电容C4一端相连，电容C4另一端接地；MMA845x芯片的第4引脚与上拉电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端接电源；MMA845x芯片的第5引脚接地；MMA845x芯片的第6引脚接上拉电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电源； MMA845x芯片的第7引脚接地；MMA845x芯片的第10引脚接地；MMA845x芯片的第11引脚接第一从机微处理器模块（1‑9）中的MSP430F2013芯片的第3引脚；MMA845x芯片的第12引脚接地；MMA845x芯片的第14引脚接电源并与滤波电容C5的正极相连，电容C5的另一端接地；所述的第一从机电源模块（1‑11）由电池和电容C6组成；电池的负极接地，电池正极一端与电容C6正极相连，电容C6的负极接地； 所述的第二从机由第二从机微处理器模块（1‑12）、压力传感器模块（1‑13）和第二从机电源模块（1‑14）组成；压力传感器模块（1‑3）通过I2C协议与第二从机微处理器模块（1‑12）相连，持续检测用户足底压力；第二从机微处理器（1‑12）负责取得压力感器传送回来的信号，在压力波动较小情况下工作在低功耗模式，延长从机的使用寿命；传送压力加速度传感器模块（1‑13）上的信号回主机并固定时间间隔向主机传送信号，向主机报告从传感器状态；所述的第二从机微处理器模块（1‑12）与第一从机微处理器（1‑9）一致；所述的第二从机电源模块（1‑14）与第一从机电源模块（1‑11）一致；所述的压力传感器模块（1‑13）由压力传感器构成。