李嘉祺　胡詩(shī)甜　胡嘉威　陳剛

摘要：跌倒是對(duì)老人身體造成嚴(yán)重危害的常見原因。論文設(shè)計(jì)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(lái)采集跌倒過(guò)程中人體的加速度及角速度信號(hào)。系統(tǒng)通過(guò)閾值分析監(jiān)測(cè)老人的運(yùn)動(dòng)行為，并將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)上傳到PC服務(wù)器端。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能對(duì)老人跌倒實(shí)現(xiàn)及時(shí)監(jiān)測(cè)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(jī)

1概述

當(dāng)今社會(huì)人口老齡化問題日益突出，如何對(duì)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(diǎn)。老人的身體機(jī)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(shì)越來(lái)越明顯。針對(duì)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(cè)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(diǎn)的預(yù)警系統(tǒng)，但其所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在模擬環(huán)境中得出，與實(shí)際情況存在偏差；有的設(shè)計(jì)出可穿戴式老人摔倒及其生理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但其功能過(guò)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(shí)間內(nèi)對(duì)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(shí)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(guò)隨身攜帶的智能手機(jī)快速檢測(cè)并給予援助，功能模塊包括超低功耗、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)采集、智能行為分析、撥打親情電話、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)提交到PC服務(wù)器等。

2硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

老人跌倒預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)由可穿戴節(jié)點(diǎn)采集，設(shè)備具有易于佩戴、體型微小、耗電量低等特點(diǎn)，采用nRF51822作為BLE硬件，MPU6050為運(yùn)動(dòng)傳感器硬件，共同組成數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，為了實(shí)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(tái)設(shè)計(jì)

為了更大限度提高系統(tǒng)的工作時(shí)間，MPU6050的12 INT引腳與nRF51822的14引腳相連。若一段時(shí)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(cè)到運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，MPU6050的加速度傳感器通過(guò)設(shè)定好的mpu6050_register_write0、mpu6050_regis—ter_readf）兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)中斷，喚醒nRF51822。安卓平臺(tái)采集可穿戴節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)跌倒判讀，PC端服務(wù)器保存安卓平臺(tái)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。