三轴加速度传感器在跌倒检测中的应用
人体跌倒检测系统
人体跌倒检测系统马博妍;周红仙【摘要】在社会逐渐走向高龄化的今天，老年人所占的比率逐渐增加，他们的行动安全已成为重要的社会问题。
针对老年人易跌倒的问题，除了事前的防范之外，在发生跌倒情况时第一时间内尽快送至医院以降低伤害，也有重大意义。
因此，建立一套完善的跌倒探测系统是相当重要的。
利用电子信息技术实现对老年人身体姿态和运动的监控，让老年人不再因为害怕跌倒而减少外出、减少活动，使他们可以更加放心的走出家门，提高老年人晚年生活的品质。
在分析比较国内外跌倒检测及相关技术的基础上，并考虑到产品的实用性和系统的成本等因素，本文设计了基于三轴加速度传感器、嵌入式单片机的跌倒探测器，利用三轴加速度传感器采集人体的三维加速度值，并由单片机进行分析，当探测到有异常跌倒发生时，发出报警，定位具体位置发送跌倒信号。
本文设计对解决老人的行动安全问题、构建以人为本的和谐社会有着非常积极的意义。
%In today's society gradually aging, and gradually increase the proportion of older persons, their operational security has become an important social issue. Problems easy to fall for the elderly, in addition to the advance guard in addition to falls occurred when brought to the hospital as soon as possible in order to reduce damage in the first, there are significant and, therefore, establish a perfect fall detection system is very important. Older people using electronic information technology posture and movement monitoring, no longer out less for fear of falling in the elderly, reduce activities, so that they can more safely out of the House, improving the quality of life in old age. In analysis compared both at home and abroad fell detection and the relatedtechnology of based Shang, and consider to products of practical and system of cost, factors, paper design has based on three axis acceleration sensor, and embedded single tablets machine of fell detector, using three axis acceleration sensor collection human of three dimensional acceleration value, and by single tablets machine for analysis, dang detection to has exception fell occurred Shi, issued alarm, positioning specific location sent fell signal. Designed to solve the security problem, building a people-oriented harmonious society has a very positive meaning.【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷),期】2017(034)001【总页数】5页(P47-50,51)【关键词】跌倒探测器;三轴加速度传感器;跌倒检测算法【作者】马博妍;周红仙【作者单位】秦皇岛市第一中学，河北唐山 063000;东北大学秦皇岛分校实验教育中心，河北唐山 063000【正文语种】中文2010年中国迎来了老龄人口的爆发，中国65岁以上老年人口达1.44亿人，老龄人口占人口比重的11%，预计今后还将以100万每年的速度继续增长[1]。
跌倒检测-跌倒报警-Android
跌倒检测-跌倒报警-Android摘要随着当今社会老龄化进程的逐步加剧，老年人跌倒造成的致病率、住院率和死亡率急速提高，带来了严重的社会经济负担。
因此，在不影响老年人正常活动的前提下，通过科学的手段监测老年人的活动，在检测到跌倒后迅速报警求助，可以有效地减少老年人跌倒带来的健康伤害和医疗开支。
在分析比较国内外跌倒检测相关技术研究后，本文提出了一种基于三轴加速度传感器和陀螺仪的跌倒检测与报警系统。
三轴加速度传感器和陀螺仪实时采集老人在日常活动中产生的加速度和角速度数据，通过蓝牙传送到Android 手机。
手机上运行的软件对接收到的数据进行分析处理，并判断老年人的运动状态。
当系统检测到跌倒发生时，发出铃声提醒老人，老人可以确认报警或取消误报。
若在5s内没有做出响应，系统将按照设定的报警方式通知联系人。
报警方式有发短信和打电话，短信内容包含老年人跌倒时所在的位置信息。
老人也可以在感到身体不适时自主报警。
关键词：跌倒检测，跌倒报警，AndroidAbstractAs the world aging process quickened, fall accidents of the elderly resulting in the increase of morbidity, hospitalization rate and mortality rate has brought a serious social and economic burden. Therefore, in the premise of not affecting the normal activities of the elderly, reliable method, which can monitor an elder’s daily activities and alert care center when detect a fall, is essential to reduce fall related injuries and medical expenses.Based on the analysis of the fall detection technology in the world, this paper presents an autonomous fall detection and alerting system based on a3-axial accelerator and gyroscope. The 3-axial accelerator can capture the data about the activities of daily living of the elders, the data is then sent to a mobile phone via Bluetooth. The software runs on the phone will analyze and process the data and judge an elder’s movement state by using a threshold-based fall detection algorithm. When the system detects a fall, the phone will make sound to alert the elder, the elder can make sure the alert or cancel the false positive. If there is no response in 5s, the system will alert according the settings. The alert methods are sending text messages and making calls. The message contains the position information of the elder who falls. The elder can also alert by himself when he feels bad.Key Word: fall detection, fall alert, Android目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论................................................... - 1 -1.1 研究背景及意义...................................... - 1 -1.2 国内外研究现状...................................... - 1 -1.3 论文的主要内容及组织结构............................ - 2 - 第2章跌倒检测技术........................................... - 3 -2.1 理论基础 ........................................... - 3 -2.1.1跌倒分析 ................................... - 3 -2.1.2 坐标建立................................... - 4 -2.2 跌倒检测技术 ....................................... - 4 -2.2.1 可穿戴计算技术............................. - 4 -2.2.2 硬件平台介绍............................... - 5 -2.3 跌倒检测算法 ....................................... - 6 -2.3.1 阈值法..................................... - 6 -2.3.2 支持向量机方法............................. - 7 -第3章总体方案.............................................. - 11 -3.1 功能需求 .......................................... - 11 -3.1.1场景描述 .................................. - 11 -3.1.2用例分析 .................................. - 12 -3.1.3典型用例行为描述........................... - 13 -3.2 性能需求 .......................................... - 15 -3.2.1性能需求 .................................. - 15 -3.2.2性能补充描述 .............................. - 15 -3.3 系统架构 .......................................... - 16 - 第4章系统设计与实现........................................ - 17 -4.1 可穿戴设备软件..................................... - 17 -4.1.1设计 ...................................... - 17 -4.1.2实现 ...................................... - 18 -4.2 智能手机端软件..................................... - 20 -4.2.1 ReceiveData类 ............................ - 22 -4.2.2 DataProcess类 ............................ - 23 -4.2.3 FallDetection类 .......................... - 25 -4.2.4 Alert类 .................................. - 27 -4.2.5 getSettings类 ............................ - 31 -4.2.6 Contact类 ................................ - 34 -4.2.7 Position类 ............................... - 37 -- 40 -- 40 -- 42 -5.2.1 实验数据分析.............................. - 42 -5.2.2 跌倒识别评估.............................. - 44 -结论......................................................... - 47 - 致谢......................................................... - 48 - 参考文献..................................................... - 49 -第1章绪论1.1 研究背景及意义21世纪被称为“银发世纪”，人口老龄化是当今社会面临的重大挑战之一。
一文深度了解加速度传感器的应用场景
一文深度了解加速度传感器的应用场景加速度传感器有两种：一种是角加速度传感器，是由陀螺仪改进过来的。
另一种就是线加速度传感器。
它也可以按测量轴分为单轴、双轴和三轴加速度传感器。
现在，加速度传感器广泛应用于游戏控制、手柄振动和摇晃、汽车制动启动检测、地震检测、工程测振、地质勘探、振动测试与分析以及安全保卫振动侦察等多种领域。
下面就举例几种应用场景，更好的认识加速度传感器。
三轴加速度传感器的应用1、车身安全、控制及导航系统中的应用加速度传感器已被广泛应用于汽车电子领域，主要集中在车身操控、安全系统和导航，典型的应用如汽车安全气囊（Airbag）、ABS 防抱死刹车系统、电子稳定程序（ESP）、电控悬挂系统等。
目前车身安全越来越得到人们的重视，汽车中安全气囊的数量越来越多，相应对传感器的要求也越来越严格。
整个气囊控制系统包括车身外的冲击传感器（Satellite Sensor）、安置于车门、车顶，和前后座等位置的加速度传感器（G-Sensor）、电子控制器，以及安全气囊等。
电子控制器通常为16位或32位MCU，当车身受到撞击时，冲击传感器会在几微秒内将信号发送至该电子控制器。
随后电子控制器会立即根据碰撞的强度、乘客数量及座椅/安全带的位置等参数，配合分布在整个车厢的传感器传回的数据进行计算和做出相应评估，并在最短的时间内通过电爆驱动器（Squib Driver）启动安全气囊保证乘客的生命安全。
通常仅靠ABS和牵引控制系统无法满足车辆在弯曲路段上的行车安全要求。
该场合下电子稳定性控制系统(ESC) 就能够通过修正驾驶员操作中的转向不足或过度转向，来控制车辆使其不偏离道路。
该系统通过使用一个陀螺仪来测量车辆的偏航角，同时用一个低重力加速度传感器来测量横向加速度。
将所得测量数据与通过行驶速度和车轮倾斜角两项数据计算得到的结果进行比对，从而调整车辆转向以防止发生侧滑。
除了车身安全系统这类重要应用以外，目前加速度传感器在导航系统中的也在扮演重要角色。
05-30-ADI三轴加速度传感器在跌倒检测中的应用
三轴加速度传感器在跌倒检测中的应用由ADI_Amy于 2016-5-23 创建的讨论∙喜爱• 显示 0 喜欢0∙评论• 0人们在跌倒后会面临双重危险。
显而易见的是跌倒本身可能对人体产生伤害；另外，如果跌倒后不能得到及时的救助，可能会使结果更加恶化。
例如，许多老年人由于其身体比较虚弱，自理能力和自我保护能力下降，常常会发生意外跌倒，如果得不到及时的救助，这种跌倒可能会导致非常严重的后果。
有资料显示，很多严重的后果并不是由于跌倒直接造成的，而是由于跌倒后，未得到及时的处理和救护。
当出现跌倒情况时，如果能够及时地通知到救助人员，将会大大地减轻由于跌倒而造成的危害。
不仅是对老人，在很多其他情况下，跌倒的报警也是非常有帮助的，尤其是从比较高的地方跌倒下来的时候。
比如人们在登山，建筑，擦窗户，刷油漆和修理屋顶的时候。
这促使人们越来越热衷于对跌倒检测以及跌倒预报仪器的研制。
近年来，随着iMEMS®加速度传感器技术的发展，使得设计基于三轴加速度传感器的跌倒检测器成为可能。
这种跌倒检测器的基本原理是通过测量佩戴该仪器的个体在运动过程中的三个正交方向的加速度变化来感知其身体姿态的变化，并通过算法分析判断该个体是否发生跌倒情况。
当个体发生跌倒时，仪器能够配合GPS模块以及无线发送模块对这一情况进行定位及报警，以便获得相应的救助。
而跌倒检测器的核心部分就是判断跌倒情况是否发生的检测原理及算法。
ADXL345是一款3轴、数字输出的加速度传感器。
本文将在研究跌倒检测原理的基础上，提出一种基于ADXL345的新型跌倒检测解决方案。
iMEMS加速度传感器ADXL345iMEMS 半导体技术把微型机械结构与电子电路集成在同一颗芯片上。
iMEMS加速度传感器就是利用这种技术，实现对单轴、双轴甚至三轴加速度进行测量并产生模拟或数字输出的传感器。
根据不同的应用，加速度传感器的测量范围从几g到几十g不等。
数字输出的加速度传感器还会集成多种中断模式。
基于MPU6050加速度传感器的跌倒检测与报警系统设计
基于MPU6050加速度传感器的跌倒检测与报警系统设计∗卓从彬;杨龙频;周林;罗丹【摘要】Through analyzing the change of the motion state(SVM)and the attitude features of different stage of elderly people’s activities of daily life and falling down,a falling detection system is designed based on MPU6050 acceleration transducer,which is wearable. It samples users’ acceleration values and transmits to computer through wireless technology (HC-60 Bluetooth). Using MATLAB simulation tool to analyze the acceleration values and find their difference sets up different fall detection threshold with different stage of elderly people. Finally, experimental results show that the algorithm of setting different falling detection threshold to different ages has a higher accuracy and practicability.%分析不同年龄段老年人行为和跌倒状态变化( SVM)和姿态特征变化(姿态角)，设计一种基于加速度传感器的跌倒检测系统。
使用MPU6050加速度传感器，通过无线传输(HC-06蓝牙模块)将采集到的数据传输到PC机上保存。
基于Arduino和三轴加速度传感器的跌倒检测报警系统
随着人类生活水平的不断提高，人口老龄化成为一个全球性的发展趋势。
目前，我国已经进入了老龄化社会，老年人的身心健康问题得到人们更多的关注。
老年人因生理结构衰老和身体机能减退，发生意外跌倒的概率和频率非常高。
跌倒可以导致老年人身体组织挫伤、骨折甚至危及生命，并从心理上给老年人造成了压力和恐惧感。
实际上很多伤亡并不是由于意外跌倒本身造成的，而是由于跌倒发生后，老年人没有得到及时的救治造成的。
尤其现在社会上存在很多讹诈现象，导致人们不敢轻易伸出援助之手。
因此，在老年人发生跌倒后，如何尽早被发现，并发出求救信号进行及时救治变得格外重要。
为了老年人更健康地生活，研究设计一个老年人的跌倒检测与报警系统具有十分重要的研究价值和实际意义。
目前，研究开发人体跌倒检测系统方面的技术有很多种，最常见的是图像分析和加速度分析法。
都是基于视频图像分析的室内跌倒自动检测系统，这种技术准确性高，人体动作清晰可见，但需要多部摄像机同时工作，且暴露了用户的个人隐私，监测范围有限，受环境的影响也很大。
另一种加速度分析方法，主要基于微机电系统（Micro-Electromechanical System，MEMS）传感器。
MEMS 技术近几年得到了快速发展，广泛应用在跌倒检测、状态检测、运动检测等方面。
文献[7-9]都是利用MEMS技术进行人体跌倒检测的，目前国内一些基于MEMS 技术的跌到检测虽可较好实现跌倒检测，但大多计算量较大、设计复杂、价格昂贵，难以得到广泛的应用。
设计一种基于Arduino和三轴加速度传感器的跌倒检测报警系统，实时采集人体加速度参数和地理位置信息，应用于老年人意外跌倒后及时报警，兼具了性价比高、设计简单、实时性高、低功耗、可扩展的特点，实验证明了该系统的可行性和准确性。
1 系统总体设计跌倒检测报警系统由Arduino最小系统、加速度参数采集模块、GPS定位模块、GSM通信模块组成，其系统框图如图1所示。
图1 跌倒检测报警系统框图Arduino实时接收加速度参数采集模块传来的人体加速度参数值，单片机通过接收来的加速度值，经过跌倒检测算法来判断穿戴者的体态，如果检测出跌倒的发生，便触发跌倒报警机制。
单片机控制的老人防跌倒系统硬件设计探讨
单片机控制的老人防跌倒系统硬件设计探讨一、引言老年人防跌倒系统是一种针对老年人跌倒引发的意外伤害而设计的辅助设备。
随着人均寿命的延长和老龄化问题的日益突出，老年人的健康和安全问题备受关注。
因此，研发一种能够及时检测老人跌倒并及时报警的防跌倒系统具有重要的现实意义。
本文将探讨一种基于单片机的老人防跌倒系统的硬件设计方案。
二、硬件设计方案（一）嵌入式单片机嵌入式单片机作为老人防跌倒系统的核心控制部件，负责采集和处理各种传感器信号，并实现与其他硬件模块的通讯和控制。
可以选择性能稳定、功耗低的常见单片机，如STM32系列、ATmega系列等。
通过编程控制，实现对传感器数据的采集、数据处理算法的运行和报警功能的触发。
（二）三轴加速度传感器三轴加速度传感器用于检测老人的行为动作，如跌倒、活动强度等。
通过感应老人身体的加速度变化，来判断是否发生了跌倒事件。
常用的三轴加速度传感器有MPU6050、ADXL345等，可直接通过I2C或SPI接口与单片机通讯。
（三）压力传感器压力传感器用于检测老人是否跌倒。
可将其放置在老人常踩的位置，如床底下、地面上。
一旦老人发生跌倒，传感器就会感应到来自地面的冲击并进行判断，通过与单片机的通讯，触发报警系统。
常见的压力传感器有薄膜式压力传感器、压阻式压力传感器等。
（四）红外传感器红外传感器用于检测老人是否离开了指定区域，如床边或房间门口。
通过发射和接收红外信号，并进行距离的计算，可以实现老人是否越过了限定区域。
常用的红外传感器有红外对射传感器、红外反射传感器等。
将红外传感器放置在限定区域进行监测，一旦老人离开区域，即触发报警系统。
（五）无线通信模块无线通信模块用于将报警信号发送给监护人或医护人员。
可以选择WiFi模块、蓝牙模块、GSM模块等进行数据传输。
通过与监护人的手机或电脑相连接，实现实时的数据传输和报警信息的发送。
（六）功放与喇叭功放与喇叭用于播放报警音。
当系统检测到老人发生跌倒或离开限定区域时，通过控制功放输出报警音，提醒附近的人员注意。
新型老人跌倒报警系统的研究
高昊李玉丽张涛程鑫（作者单位：吉林建筑大学）◎引言：随着科技的发展，医疗水平的提高，人的平均寿命在逐年增加。
目前，我国60岁以上老年人口占总人口的14%，已进入老龄化社会。
老龄化问题给社会带来了前所未有的压力，如空巢老人的安全问题，社会养老资金问题，子女的养老负担问题等都对我国经济社会的发展产生影响。
为了满足老年人生活的人身安全、身体健康，与远方子女的及时联系等要求，老人安全监控报警系统应运而生。
一、系统整体架构设计本系统主要由四部分组成：第一部分是人体运动采集与跌倒检测模块，包括MCU 、三轴加速传感器、陀螺仪，传感器模块均佩戴在老人的腰部；第二部分是声光报警和个人信息显示模块，由蜂鸣器、RGB 灯及液晶屏组成，第三部分是ZigBee 报警、GSM 报警和定位模块，当佩戴者在小区内或养老院等固定范围内跌倒时，由ZigBee 模块向物业部门发送报警信息，同时GSM 再将报警信息发送到指定联系人手机，确保老人得到及时地救助；第四部分是一键启动、取消报警按钮，目的是为了预防系统产生错误判断而引发的报警以及跌倒状态下未报警的情况。
具体结构如图1所示。
二、跌倒判断系统设计1.硬件设计。
（1）主控芯片。
MCU 采用STM32F103VET6主控芯片，该芯片采用Cortex-M3内核，内部集成多种通信接口（如IIC 、USART 等），程序内存大小为512KB ，CPU 速度能达到72MHz ，作为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计，该主控芯片完全满足数据处理、传输的要求。
（2）传感器。
人体发生跌倒时，其重力、加速度、姿态等都会发生相应变化，如果能用传感器测出实时变化的值，经过数据处理，就能判断是否跌倒。
在本系统我们采用的三轴加速度结合陀螺仪的方法，是因为三轴加速度传感器在较长时间的测量值是正确的，而在较短时间内由于信号噪声的存在，而有误差；陀螺仪在较短时间内则比较准确而较长时间则会有与漂移而存有误差。
一种基于北斗定位的老年人跌倒检测终端设计
STC12C5A60S2
A12/P2.4 A11/P2.3 A10/P2.2
A9/P2.1 A8/P2.0 SS/P4.0
GND XTAL2 XTAL1 RD/P3.7 WR/P3.6
22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12
WT588D_BUSY P22 P21 P20 P40
2
15
起 15°角，就会发现显示器上“P”所对应的数值会呈正数
3 4
25 -5
增加，一直抬起焊接板直到数值达到所要检测的“+15”度
5
-15
6
-25
为止，显示结果如图 6 所示。
7
5
8
15
9
25
10
-5
11
-15
12
-25
反转 反转 正转 正转 正转 反转 反转 反转 正转 正转 正转
100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%
GND
U501
10 11 12 13 14 15 16 17 18
GND RF_IN GND LNA_EN VCC_RF VANT GPIO14 GPIO15 GPIO0
RESET VCC NC
V_BCKP EXTINT
PPS RXD TXD GND
um220-IV
9 8 7 6 5 4 3 BDS_TXD 2 BDS_RXD 1
电子基础
跌倒检测模块启动报警命令后，主控处理器负责将包含自身 位置的求救信息按 GPRS 短消息格式进行封装和打包，并 将打包和封装好的求救信息传送至 GPRS 通信模块。本设 计的主控处理器电路如图 2 所示。 ■■2.2 北斗 RNSS 定位模块
人体摔倒检测技术研究综述
0 引言据国家统计局发布的数据显示[1]，2018年末，我国60周岁及以上人口24949万人，占总人口的17.9%，其中，65周岁及以上人口16658万人，占总人口的11.9%。
现在越来越多的年轻人选择离家去外地求学或者工作，而且其中很多的家庭都是独生子女家庭，年轻人外出谋生，家里剩下日渐年迈的父母，这就形成了“空巢家庭”。
空巢家庭数量会随着社会劳动人口的迁移快速增长，我国一些偏远地区的“空巢家庭”情况特别严重，再加上目前社会养老福利制度尚不完善，地区经济不发达，老年人处于缺少人甚至没有人看护的境地。
在日常生活中，厨房，浴室，卫生间等一些潮湿且容易滑倒的地方，老年人容易滑倒而损害身体健康，严重的则会导致生命危险。
若老年人自身患有脑溢血、心脏病等疾病，而不能经受剧烈运动时，摔倒还可能会威胁到老年人的生命安全。
所以在老年人容易摔倒的地方部署用于摔倒检测的设施显得尤为重要。
针对老年人的摔倒行为，摔倒检测技术能够实时检测，并及时通知家人或医护人员，使长者能够得到及时援助。
根据采用传感方式的不同，现有的摔倒检测技术可分为以下三类：视觉、穿戴式和环境部署式。
接下来，将分别探讨每类跌倒检测技术的系统组成、特点及其应用场合。
1 基于视觉的摔倒检测技术1.1 系统构成目前基于视觉的摔倒检测是利用一些摄像装置收集人体视频图像信息，采用图像处理技术处理图像信息并从中提取出人体摔倒特征，然后经过分析得到人体运动状态。
检测是从各种复杂程度不一的运动信息中辨识出运动目标，并剔除掉冗余的信息, 从而完成获取状态、姿态识别等后续任务。
其中，对于运动信息的提取、处理和分析显得比较重要，其处理与分析效果的好坏将直接影响后续的动作识别以及行为理解等环节。
袁杰[2]提出了基于人体比例特征和基于HOG、SVM两种摔倒检测算法。
蔡祎男[3]采用摄像头采集人体运动视频图像,通过高斯混合模型识别运动目标并提取出目标特征，然后通过这些特征得到人体的运动状态,经过判断确定人体是否摔倒。
基于加速度传感器的摔倒检测报警系统设计
科技与创新┃Science and Technology &Innovation·56·2019年第06期文章编号：2095－6835（2019）06－0056－02基于加速度传感器的摔倒检测报警系统设计陈旭，向琦，陈芳（西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621000）摘要：随着我国人口老龄化进程的加快，对老年人监护问题正逐渐成为一个社会问题。
研究并设计了一种基于加速度传感器的摔倒检测报警系统，以STM32F103单片机为核心，控制加速度传感器实时采集姿态数据，经过数据分析和处理后，利用阈值摔倒检测算法判断摔倒行为，并将老人所在位置以短信方式发送到监护人手机端。
实验测试结果表明，该系统摔倒识别率高达94.5%，准确度高，应用前景较为广泛。
关键词：加速度传感器；摔倒检测；STM32单片机；阈值算法中图分类号：TP273文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2019.06.056目前，中国已成为老年人口最多且人口老龄化发展速度最快的国家之一[1]。
据统计，每年有33%的65岁以上老人发生过跌倒[2]。
跌倒除了导致老年人死亡外，还可能导致大量疾病，轻则划伤或骨折；重则昏厥、脑血管意外，甚至瘫痪[3]。
而多数严重后果并非源自摔倒本身，而是在于摔倒后未能及时得到救助和处理，如果在摔倒后第一时间通知救护人员救助，则可大大降低摔倒后的危险程度[4]。
因此，对老人摔倒检测及报警开展研究具有十分重要的实际意义。
1系统设计本文设计的摔倒检测报警系统总体设计如图1所示。
该系统主要由主控芯片、加速度传感器、GPS 定位模块和GSM 通信模块构成。
以STM32F103单片机为主控芯片，利用加速度传感器MPU6050实时采集老人的姿态信息，结合阈值摔倒检测算法判断摔倒行为；当老人摔倒且一分钟无响应时，单片机控制GSM 通信模块，将从GPS 模块获得的位置信息以短信的方式发送到监护人手机端，以便老人得到及时救治。
Android手机三轴加速度传感器使用——老年人摔倒无线检测
得救助 。 然 而使 用 “ 平安钟 ” 有 个先 决 条 件 ： 不管是 报警或是 要与社区 服务中心 联系 ， 都 需 要 老 人 自 己 或 是 刚 好 有 人 在 一 旁 才 可 以去按 动 “ 平 安 钟 上 的 按 钮 。 一 旦 老 人 摔
倒时身体 动弹不了 甚至是昏过去 了 ， 这 时 平 安钟 就 是 有再 好的 报警 功能 也 无 人 起 启 动。 据调查 ， 截至２ ０ Ｉ ２ 年底 ， 我国６ ０ 周 岁以 上 老 年 人口 １ ． ９ ４ ｆ Ｌ， ２ ０ ２ ０ 年 将达 到 ２ ． ４ ３ 亿， ２ ０ ２ ５ 年将突破 ３ ｔ Ｌ。 其中将 近一半空巢 ， 农 村 老龄化水平高 于城镇 １ ． ２ ４ 个百分点 ， 农 村 留 守老 年 人 数量 已 近 ５ ０ ０ ０ 万［ 】 １ 。 空 巢老 人 最让人担忧的 便是老人的安 全 。 在我国 ６ ５
Ｙ轴加速度 （ ｍｓ ／ ）
２． ５ ３ ７ ６ ４ ４． ４ ６ ２ ４ ２ ４． ４ ６ ２ ４ ２
Ｚ 轴加速 度 （ ｍ ｓ ／ ）
７． ６ ８ ９ ５ ３ ５． ６４ ９ ８ ４ ５． ６４ ９ ８ ４
１ ． １跌 倒检 测原理 该文 给出的 跌倒检 测方 案 ， 是 基 于 手 机牌子联想￥ ８ ６ ８ ｔ ， 试 验中 手机 放 置 于 胸 口 位置 ， 首 先 通过 Ａｎ ｄ ｒ ｏ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ 软 件 来 测试 人 体 摔倒时的加 速度变化 ， 并 通 过 软 件 自 带 记 录功能把所 得的数据 整理成表 格形式 ，
∞
表１ 摔 倒 时三 轴 加 速度 以 及合 加 速 度的 变 化
Ｘ轴加速 度 （ ｍ ｓ ／ ）
２． ７ ４８ ３ １ ３． ８ ６８ ７ ３． ８ ６８ ７
一种基于三轴加速度的跌倒检测方法
一种基于三轴加速度的跌倒检测方法李政【摘要】提出了一种新的跌倒检测方法,基于三轴加速度数据和模式识别.这种方法利用MMA7260Q加速度传感器来识别物体运动时的加速度变化.由于在跌倒的过程中,三轴信号包含于宽广的信号区域中,因而文中提出的方法利用加速度峰值和加速度能量曲线来产生三轴加速度信号.利用文中提出的方法可避免由于人体在跌倒时由角度变化而产生的误差.根据实验结果,该方法在检测跌倒发生时的准确率可达90％以上.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)003【总页数】5页(P11-14,18)【关键词】跌倒检测;三轴加速度;模式识别【作者】李政【作者单位】西安电子科技大学物理与光电工程学院,陕西西安 710071【正文语种】中文【中图分类】TP277.1随着社会老龄化的不断发展，预计到2030年空巢老年人家庭的比例将达到90%，届时我国老年人家庭将空巢化［1］，而跌倒已成为老年人发病和死亡的重要原因之一［2］。
人体跌倒是指突发、不自主的、非故意的体位改变，倒在地上或更低的平面上［3］。
据统计，我国人群中因跌倒意外伤害死因顺位中排名第4，而在65岁以上的老年人中则位居首位，并随年龄的增加跌倒的死亡率急剧上升，在85岁以上的老年人中达到了高峰［4］。
若在日常生活中，老年人发生跌倒时，能及时发现，从而避免了更严重的后果［5］。
1 跌倒检测的研究现状跌倒检测是远程健康监护系统中家庭终端的一种实现方式，涉及多个领域，包括信号采集与处理、信号特征提取、数据传输等方面的研究［1］。
本文主要从跌倒特征信号的提取进行研究，通过三轴加速度无线传感器，运用模式识别的理论，对数据进行判别，从而检测是否有跌倒现象发生，进而自动发出报警短信，通知家人或医疗机构。
目前已有多名学者对跌倒检测进行研究，主要方法有:(1)从3个轴加速度各自的变化情况对跌倒进行判断［5］，其不足之处是，以其中某一轴作为判断，对传感器佩戴方位要求严格，这在实际中难以实现。
人体跌倒检测技术研究分类综述
^m m m m2021年第01期(总第217期）人体跌倒检测技术研究分类综述郑杨娇子，张上(三峡大学计算机与信息与学院，湖北宜昌443002)摘要:据近年来的研究统计数据发现，年龄对跌倒的影响因素最为显著。
在65岁及其以上的人群中，每年跌倒的人数 大约占30%。
因此及时检测出老年人的跌倒行为，并做出应对措施是极具现实意义的一项研究内容，同时对于即将到 来的社会老龄化挑战也具有非常重要的研究价值。
从不同的实现方法来看，跌倒检测技术大致分为以下三种:基于计 算机视觉、基于场景传感器和基于可穿戴式设备。
文章对每类检测技术的系统原理以及各自特点进行了初步的讨论和总结。
关键词:跌倒检测；计算机视觉;传感器；可穿戴式设备中图分类号:TP 3-05 文献标识码:A 文章编号:2096-9759( 2021 )01-0015-04Review on classification of human fall detection technologyZheng Yangjiaozi , Zhang Shang(School of computer and information, Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002, China)Abstract : According to statistics from recent studies, age has the most significant influence on falls.Among people aged 65 and older, falls account for about 30% of all falls each year.Detecting falls in older people and responding to them in a timely manner is therefore a highly relevant area of r esearch, which is also of g reat value in the context of t he upcoming challenges of an ageing society.In terms of d ifferent implementation methods, fall detection technologies can be broadly divided into the following three categories: computer vision-based, scenario-based and wearable device-based. A preliminary discussion and summary of t he system principles and the respective characteristics of each type of testing technology is presented in this paper.Key words:falldetection;computervision;sensor;wearable device〇引言跌倒的发生概率与诸多因素有关，其中年龄对跌倒的影 响因素最为显著。
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三轴加速度传感器在跌倒检测中的应用前言人们在跌倒后会面临双重危险。
显而易见的是跌倒本身可能对人体产生伤害;另外，如果跌倒后不能得到及时的救助，可能会使结果更加恶化。
例如，许多老年人由于其身体比较虚弱，自理能力和自我保护能力下降，常常会发生意外跌倒，如果得不到及时的救助，这种跌倒可能会导致非常严重的后果。
有资料显示，很多严重的后果并不是由于跌倒直接造成的，而是由于跌倒后，未得到及时的处理和救护。
当出现跌倒情况时，如果能够及时地通知到救助人员，将会大大地减轻由于跌倒而造成的危害。
不仅是对老人，在很多其他情况下，跌倒的报警也是非常有帮助的，尤其是从比较高的地方跌倒下来的时候。
比如人们在登山，建筑，擦窗户，刷油漆和修理屋顶的时候。
这促使人们越来越热衷于对跌倒检测以及跌倒预报仪器的研制。
近年来，随着iMEMS?加速度传感器技术的发展，使得设计基于三轴加速度传感器的跌倒检测器成为可能。
这种跌倒检测器的基本原理是通过测量佩戴该仪器的个体在运动过程中的三个正交方向的加速度变化来感知其身体姿态的变化，并通过算法分析判断该个体是否发生跌倒情况。
当个体发生跌倒时，仪器能够配合GPS模块以及无线发送模块对这一情况进行定位及报警，以便获得相应的救助。
而跌倒检测器的核心部分就是判断跌倒情况是否发生的检测原理及算法。
ADXL3451是ADI公司的一款3轴、数字输出的加速度传感器。
本文将在研究跌倒检测原理的基础上，提出一种基于ADXL345的新型跌倒检测解决方案。
iMEMS加速度传感器ADXL345iMEMS 半导体技术把微型机械结构与电子电路集成在同一颗芯片上。
iMEMS加速度传感器就是利用这种技术，实现对单轴、双轴甚至三轴加速度进行测量并产生模拟或数字输出的传感器。
根据不同的应用，加速度传感器的测量范围从几g到几十g不等。
数字输出的加速度传感器还会集成多种中断模式。
这些特性可以为用户提供更加方便灵活的解决方案。
ADXL345是ADI公司最近推出的基于iMEMS技术的3轴、数字输出加速度传感器。
ADXL345具有+/-2g，+/-4g，+/-8g，+/-16g可变的测量范围;最高13bit分辨率;固定的4mg/LSB灵敏度;3mm*5mm*1mm超小封装;40-145uA超低功耗;标准的I2C或SPI数字接口;32级FIFO存储;以及内部多种运动状态检测和灵活的中断方式等特性。
所有这些特性，使得ADXL345有助于大大简化跌倒检测算法，使其成为一款非常适合用于跌倒检测器应用的加速度传感器。
本文给出的跌倒检测解决方案，完全基于ADXL345内部的运动状态检测功能和中断功能，甚至不需要对加速度的具体数值进行实时读取和复杂的计算操作，可以使算法的复杂度降至最低。
中断系统图1给出了ADXL345的系统框图及管脚定义。
图1 ADXL345系统框图及管脚定义ADXL345具有两个可编程的中断管脚：Int1和Int2。
以及Data_Ready、Single_Tap、Double_Tap、Activity、Inactivity、Free_Fall、Watermark、Overrun，共计8个中断源。
每个中断源可以独立地使能或禁用，还可以灵活地选择是否映射到Int1或Int2中断管脚。
所有的功能都可以同时使用，只是某些功能可能需要共用中断管脚。
中断功能通过INT_ENABLE寄存器的相应位来选择使能或禁用，通过INT_MAP寄存器的相应位来选择映射到Int1管脚或Int2管脚。
中断功能的具体定义如下：1. Data_Ready 当有新的数据产生时，Data_Ready中断置位;当没有新的数据时，Data_Ready中断清除。
2. Single_Tap 当加速度值超过一定门限(THRESH_TAP)并且持续时间小于一定时间范围(DUR)的时候，Single_Tap中断置位。
3. Double_Tap 当第一次Single_Tap事件发生后，在一定时间(LATENT)之后，并在一定时间(WINDOW)之内，又发生第二次Single_Tap事件时，Double _Tap中断置位。
图2给出了有效的Single_Tap中断和Double _Tap中断的示意图。
图2 Single_Tap和Double _Tap中断示意4. Activity 当加速度值超过一定门限(THRESH_ACT)时，Activity中断置位。
5. Inactivity 当加速度值低于一定门限(THRESH_INACT)并且持续超过一定时间(TIME_INACT)时，Inactivity中断置位。
TIME_INACT可以设定的最长时间为255s。
需要指出的是，对于Activity和Inactivity中断，用户可以针对X、Y、Z轴来分别进行使能或禁用。
比如，可以只使能X轴的Activity中断，而禁用Y轴和Z轴的Activity 中断。
另外，对于Activity和Inactivity中断，用户还可以自由选择DC coupled工作方式或者AC coupled工作方式。
其区别在于，DC coupled工作方式下，每个采样点的加速度值将直接与门限(THRESH_ACT或THRESH_INACT)进行比较，来判断是否发生中断;而AC coupled 工作方式下，新的采样点将以之前的某个采样点为参考，用两个采样点的差值与门限(THRESH_ACT或THRESH_INACT)进行比较，来判断是否发生中断。
AC coupled工作方式下的Activity检测，是选择检测开始时的那一个采样点作为参考，以后每个采样点的加速度值都与参考点进行比较。
如果它们的差值超过门限(THRESH_ACT)，则Activity中断置位。
AC coupled工作方式下的Inctivity检测，同样要选择一个参考点。
如果新采样点与参考点的加速度差值超过门限(THRESH_INACT)，参考点会被该采样点更新。
如果新采样点与参考点的加速度差值小于门限(THRESH_INACT)，并且持续超过一定时间(TIME_INACT)，则Inctivity 置位。
6. Free_Fall 当加速度值低于一定门限(THRESH_FF)并且持续超过一定时间(TIME_FF)时，Free_Fall中断置位。
与Inactivity中断的区别在于，Free_Fall中断主要用于对自由落体运动的检测。
因此， X、Y、Z轴总是同时被使能或禁用;其时间设定也比Inactivity 中断中要小很多，TIME_FF可以设定的最大值为1.28s;而且Free_Fall中断只能是DC coupled工作方式。
7. Watermark 当FIFO里所存的采样点超过一定点数(SAMPLES)时，Watermark中断置位。
当FIFO里的采样点被读取，使得其中保存的采样点数小于该数值(SAMPLES)时，Watermark中断自动清除。
需要指出的是，ADXL345的FIFO最多可以存储32个采样点(X、Y、Z三轴数值)，且具有Bypass模式、普通FIFO模式、Stream模式和Trigger模式，一共4种工作模式。
FIFO 功能也是ADXL345的一个重要且十分有用的功能。
但是本文后面给出的解决方案中，并没有使用到FIFO功能，所以，在此不做详细介绍。
8. Overrun 当有新采样点更新了未被读取得前次采样点时，Overrun中断置位。
Overrun功能与FIFO的工作模式有关，当FIFO工作在Bypass模式下，如果有新采样点更新了DATAX、DATAY和DATAZ寄存器里的数值，则Overrun中断置位。
当FIFO工作在其他三种模式下，只有FIFO被存满32点时，Overrun中断才会置位。
FIFO里的采样点被读取后，Overrun中断自动清除。
跌倒过程中的加速度变化特征对跌倒检测原理的研究主要是找到人体在跌倒过程中的加速度变化特征。
图3给出的是加速度在不同运动过程中的变化曲线，包括(a)步行上楼、(b)步行下楼、(c)坐下、(d)起立。
假设跌倒检测器被固定在被测的人体上。
其中红色的曲线是Y轴(垂直方向)的加速度曲线，其正常静止状态下应该为-1g;黑色和$的曲线分别是X轴(前后方向)和Z轴(左右方向)的加速度曲线，其正常静止状态下应该为0g;绿色的曲线是三轴加速度的矢量和，其正常静止状态下应该为+1g。
a. 步行上楼b. 步行下楼c. 坐下d. 起立图3 不同运动过程中的加速度变化曲线由于老年人的运动相对比较慢，所以在普通的步行过程中，加速度变化不会很大。
最明显的加速度变化就是在坐下动作中Y轴加速度(和加速度矢量和)上有一个超过3g的尖峰，这个尖峰是由于身体与椅子接触而产生的。
而跌倒过程中的加速度变化则完全不同。
图4给出的是意外跌倒过程中的加速度变化曲线。
通过图4和图3的比较，可以发现跌倒过程中的加速度变化有4个主要特征，这可以作为跌倒检测的准则。
这4个特这在图4中以红色的方框标注，下面将对其逐一进行详细介绍。
图4 跌倒过程中的加速度变化曲线1. 失重：在跌倒的开始都会发生一定的失重现象。
在自由落体的下降过程，这个现象会更加明显，加速度的矢量和会降低到接近0g，持续时间与自由落体的高度有关。
对于一般的跌倒，失重现象虽然不会有像自由落体那么明显，但也会发生合加速度小于1g的情况(通常情况下合加速度应大于1g)。
因此，这可以作为跌倒状态的第一个判断依据。
可以由ADXL345的Free_Fall中断来检测。
2. 撞击：失重之后，人体发生跌倒的时候会与地面或其他物体发生撞击，在加速度曲线中会产生一个很大的冲击。
这个冲击可以通过ADXL345的Activity中断来检测。
因此，Free_Fall中断之后，紧接着产生Activity中断是跌倒状态的第二个判断依据。
3. 静止：通常，人体在跌倒后，也就是撞击发生之后，不可能马上起来，会有短暂的静止状态(如果人因为跌倒而导致昏迷，甚至可能是较长时间的静止)。
表现在加速度曲线上就是会有一段时间的平稳。
这可以通过ADXL345的Inactivity中断来检测。
因此，Activity 中断之后的Inactivity中断是跌倒状态的第三个判断依据。
4. 与初始状态比较：跌倒之后，人体会发生翻转，因此人体的方向会与原先静止站立的姿态(初始状态)不同。
这使得跌倒之后的静止状态下的三轴加速度数值与初始状态下的三轴加速度不同(见图4)。
假设跌倒检测器固定在被测人体上的某个部位，这样初始状态下的三轴加速度数值可以认为是已知的(本例中，初始状态为：X轴0g，Y轴-1g，Z轴0g)。
读取Inactivity中断之后的三轴加速度数据，并与初始状态进行比较。
如图4所示，重力加速度方向由Y轴上的-1g变为了Z轴上的1g，这说明人体发生了侧向跌倒。