基于物联网的老年人意外摔倒的监控报警设计

基于物联网的老年人意外摔倒的监控报警设计

近年来，物联网在定位追溯、报警联动、远程控制等管理和服务领域应用广泛，其通过将无处不在的末端设备和各种设施通过通讯网络实现互联互通，提供安全可控乃至个性化的实时服务。

专家指出，意外摔倒已成为高龄老人致死的第一杀手。老人因意外摔倒不能及时救助会造成严重的后果，发生意外时若能及时发现报警，可大幅减少摔倒后的危险程度。

国内关于老年人远程监护、及时救助方面的研究还不多，本设计将应用物联网感知和定位老人意外摔倒的信息并报警提醒使得老年人的意外摔倒得到及时的救助。

系统的方案设计

本系统利用现代电子技术及通讯技术，通过对人体红外线的监测，并将监测的数据与正常活动下进行比对来判断是否发生意外；当老人意外跌倒，系统可立即发现并定位地理位置自动报警并通知亲属，这样可以避免老人发生意外无人救助或猝死。这个装置不但无射线，对人体无害，而且老人无需任何操作，系统逻辑框图如图1。

系统的硬软件设计

硬件主要构成：ARM单片机、三轴加速度传感器。人体形姿的转变中，重力是影响运动变化过程的主要因素。人体运动的速度、加速度以及位移在摔倒过程和正常行走状态均会产生明显差异。采用三轴加速度传感器，在人体运动过程中实时检测到三个轴向的加速度，运用算法取一定时间域的叠加值，并经过处理模块进行数据处理进行相关运算，然后比对分析判断出人体相应的运动状态和摔倒信息。如果判断为意外摔倒，系统将通过网络定位地理区域等信息并发送监控系统，监控系统在第一时间通知给监护对象的亲属，使得老年人使用改系统得到及时的救助。

基于三轴加速度传感器的摔倒检测

导致老年人摔倒有很多因素，比如视力障碍、脑梗阻、突发心脏病、行动关节出问题等等，不管哪种突发因素，其摔倒的共性都是人体失去平衡能力。这种不由自主产生的突发行为导致老年人摔倒在地上，在摔倒过程中发生的可能的姿势包括前俯摔倒、后仰摔倒、向左摔倒和向右摔倒，如图2所示。

图1 系统逻辑框图

图2 人体摔倒姿势分析

本设计中摔倒检测是采用ADXL345三轴数字输出加速度传感器实时采集人体运动过程中三个方面的加速度信号从而感知人体姿态的变化，老年人平时运动速度相对较慢，而在摔倒过程中加速度变化会很明显，其中有四个主要变化特征可作为摔倒检测判别准则。一是，ADXL345的Free_ Fall中断可以检测跌倒开始发生的失重；二是，ADXL345的Activity中断可以检测出跌倒时候与地面发生冲击的撞击；三是，ADXL345的Inactivity中断可以检测跌倒撞击地面之后的短暂静止状态；四是，发生跌倒之后，人体经过翻转三轴加速度与初始值的变化。

便携式终端设计

本系统便携式监护终端基于Android操作系统设计实现功能。Android系统是专为移动设备设计的软件平台，其良好的可移植性、应用程序的开放性等特征具备便携式意外摔倒监护终端设计的可行性和技术要求，Android采用嵌入式Linux内核，在ARM上的移植与Linux的移植类似，主要分为三个部分：引导程序、系统内核及文件系统的移植。

该便携式监护终端的Android操作系统中，关键部分是加速度传感器驱动，它是连接Android操作系统和硬件设备的关键纽带，其对硬件抽象层和ADXL345三轴数字输出加速度传感器皆很重要，加速度传感器参数初始化、分析处理检测到的加速度变化等功能都由该部件实现，便携式终端硬

件结构如图3。

图3 便携式终端硬件结构图

结束语

本文提出了一种基于物联网的老年人摔倒监控报警系统的设计方案，采用了三轴加速度传感器实时检测摔倒状态，结合物联网技术，实现基于Android系统的便携式监护终端设计，完成了基于物联网的智能化监控报警系统的硬件及软件设计，成功帮助老年意外摔倒及时通知救助。当然，物联网技术应用广泛，在老年人的心脏病发作监测、小孩走失跟踪等应用领域还有待进一步研究。

图4 降水量在三种布站方案下的内插随机误差与距离的关系曲线

表2 不同季节气温及降水量在不同布站方案下的最大容许误差及最大容许距离

结语

（1）统计分析了贺兰山沿山地区近三年日平均气温与月降水量的结构函数与距离的关系，其拟合曲线基本呈线性关系，在研究的区域内，结构函数随距离的增加而增大，但不同季节的结构函数均不同，气温的空间梯度变化在冬季最大，然后是秋季、春季、夏季。

（2）分析了内插标准误差与距离的关系，当大于某一距离时，无论是气温还是雨量，正三角形中心内插的精度最低，且这一临界距离仅在夏季气温时最大，最大约为25 km，其余均在10 km以内。所以重点分析正三角形中心内插，而在此内插方案下，贺兰山沿山地区布站精度小于等于10.5 km时，均满足内插的标准误差小于观测的随机误差。

（3）采用统计方法分析站网时，要求在不同距离上有较多的站点且每一站点的数据尽可能的丰富。文章仅研究贺兰山沿山地区，站点不够密集、且研究的时间跨度有限，有可能导致研究结果不够准确。而站网的合理分布是一个较复杂的问题，还应考虑重要城镇、主要工矿企业、人口聚集区、主要交通干线及其他防汛重点区域。文章仅从纯业务的角度考虑了气象观测间距问题。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.033