基于可穿戴方式老人跌倒預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計

李嘉祺　胡詩甜　胡嘉威　陳剛

摘要：跌倒是對老人身體造成嚴(yán)重危害的常見原因。論文設(shè)計了一種基于可穿戴式的老人跌倒預(yù)警系統(tǒng)，其中三軸加速度傳感器、陀螺儀用來采集跌倒過程中人體的加速度及角速度信號。系統(tǒng)通過閾值分析監(jiān)測老人的運動行為，并將運動數(shù)據(jù)上傳到PC服務(wù)器端。實驗表明，該系統(tǒng)能對老人跌倒實現(xiàn)及時監(jiān)測及預(yù)警。

關(guān)鍵詞：可穿戴式設(shè)備；老人跌倒預(yù)警；閾值分析；支持向量機

1概述

當(dāng)今社會人口老齡化問題日益突出，如何對老人進(jìn)行智能有效監(jiān)護(hù)成為當(dāng)代醫(yī)療科技關(guān)注的焦點。老人的身體機能較差，在日常生活中很容易發(fā)生跌倒。隨著低功耗藍(lán)牙4.0標(biāo)準(zhǔn)的推出及普及，可穿戴設(shè)備的低功耗、便攜、云端互聯(lián)等性能優(yōu)勢越來越明顯。針對可穿戴式老人跌倒預(yù)警系統(tǒng)的研究，有的僅僅提出跌倒的檢測方法，并沒有提出老人跌倒后的措施；有的提出紐扣型可穿戴節(jié)點的預(yù)警系統(tǒng)，但其所有實驗數(shù)據(jù)均在模擬環(huán)境中得出，與實際情況存在偏差；有的設(shè)計出可穿戴式老人摔倒及其生理監(jiān)測系統(tǒng)，但其功能過于復(fù)雜。因此，本文提出這種基于可穿戴式的老人跌倒預(yù)警系統(tǒng)能在短時間內(nèi)對老人跌倒進(jìn)行有效預(yù)警，并提供客戶界面方便分析老人近段時間的身體狀況。系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

本可穿戴式老人跌倒預(yù)警系統(tǒng)在老人跌倒后能通過隨身攜帶的智能手機快速檢測并給予援助，功能模塊包括超低功耗、實時運動采集、智能行為分析、撥打親情電話、運動數(shù)據(jù)提交到PC服務(wù)器等。

2硬件平臺設(shè)計

老人跌倒預(yù)警系統(tǒng)的運動數(shù)據(jù)由可穿戴節(jié)點采集，設(shè)備具有易于佩戴、體型微小、耗電量低等特點，采用nRF51822作為BLE硬件，MPU6050為運動傳感器硬件，共同組成數(shù)據(jù)采集平臺，為了實現(xiàn)便攜，元件選用貼片封裝。系統(tǒng)采用LDO方案降壓，用500毫安鋰電池供電，如圖2所示。

3軟件平臺設(shè)計

為了更大限度提高系統(tǒng)的工作時間，MPU6050的12 INT引腳與nRF51822的14引腳相連。若一段時間內(nèi)MPU6050沒有傳送有效數(shù)據(jù)到nRF51822，則系統(tǒng)判定老人休息，nRF51822進(jìn)入到休眠狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到運動數(shù)據(jù)時，MPU6050的加速度傳感器通過設(shè)定好的mpu6050_register_write0、mpu6050_regis—ter_readf）兩個函數(shù)實現(xiàn)中斷，喚醒nRF51822。安卓平臺采集可穿戴節(jié)點的運動數(shù)據(jù)，實現(xiàn)跌倒判讀，PC端服務(wù)器保存安卓平臺發(fā)送的運動數(shù)據(jù)。