技术领域
[0001] 本
发明涉及
电子领域，特别是涉及一种生物体跌倒检测装置及方法。
背景技术
[0002] 随着我国人口老龄化的加剧和人们生活
水平的提高，老年人的健康问题已经成为需要重点关注的方面。老人跌倒极易引起脑卒中、脑溢血等导致伤残和死亡的
疾病。如果能够在最短的时间对其进行救治，就可以极大程度的降低跌倒对老年人所产生的伤害。
[0003] 现有的跌倒监测报警系统分为三类：基于视频图像的跌倒监测报警系统，基于声学的跌倒监测报警系统，基于
加速度
传感器的跌倒监测报警系统。
[0004] 基于视频图像的跌倒监测报警系统是在目标活动区域安装摄像头，对目标行为进行观测，通过
图像处理的方法来监测是否有跌倒发生。这种跌倒监测系统成本高，并且受到活动区域的影响巨大。
[0005] 基于声学的跌倒监测报警系统是通过分析跌倒时的音频
信号来进行监测，这种监测方式准确度比较低，跌倒误判率高。
[0006] 基于加速度传感器的跌倒监测报警系统通过佩戴在生物体上的加速度传感来采集动作信息，来对跌倒行为进行判别监测。目前基于这种技术的跌倒监测报警系统应用比较广泛。但是
现有技术的跌倒监测报警装置仅仅对跌倒的这一特征进行报警，缺乏具体应用价值。因为跌倒一般分为两种，即病理性跌倒和非病理性跌倒。非病理性跌倒的情况下，目标可以自己站起并回复到普通状态，并不会引发相应的急速病变，危及到老人的身体健康。病理性跌倒则可能会引起老人身体状况的迅速恶化，危及到老人的身体健康甚至是生命安全。
[0007] 综上所述，现有的技术无法准确有效地判断生物体发生跌倒时的类型。
发明内容
[0008] 基于此，有必要针对现有技术的跌倒监测报警装置对跌倒的这一特征进行报警，缺乏具体应用价值问题，提供一种对病理性跌倒进行报警的生物体跌倒检测装置及方法。
[0009] 为实现本发明目的而提供的一种生物体跌倒检测装置，包括跌倒监测单元、血压监测单元和微处理单元；
[0010] 所述跌倒监测单元，用于在所述微处理单元的控制下，对生物体的加速度信息进行采集处理，并发送所述采集处理的加速度信息至所述微处理单元；
[0011] 所述血压监测单元，用于在所述微处理单元的控制下，对生物体的血压和/或
脉搏信息进行采集处理，并发送所述采集处理的血压和/或脉搏信息至所述微处理单元；
[0012] 所述微处理单元，用于控制所述跌倒监测单元启动和接收所述生物体的加速度信息，并对所述加速度信息分析判断，并根据判断结果启动所述血压监测单元，检测所述生物体的血压和/或脉搏信息并进行分析处理，并根据处理结果生成报警信息。
[0013] 较优地，所述的生物体跌倒检测装置，还包括体温监测单元，用于在所述微处理单元的控制下，对生物体的体温信息进行采集与处理，并发送所采集的体温信息至所述微处理单元；
[0014] 所述微处理信息，还用于根据判断结果启动所述体温监测单元，检测所述生物体的体温信息并进行分析处理，并根据处理结果生成报警信息。
[0015] 较优地，所述的生物体跌倒检测装置，还包括
定位单元、数据传输单元和显示单元，分别连接于所述微处理单元；
[0016] 所述定位单元，用于获取所述生物体跌倒检测装置的
位置信息；
[0017] 所述数据传输单元，用于发送经所述微处理单元生成的跌倒报警信息或病急报警信息；
[0018] 所述显示单元，用于输入控制信息、显示输出信息。
[0019] 较优地，所述微处理单元包括加速度分析处理子单元、脉博血压分析处理子单元、体温分析处理子单元和信息生成子单元；
[0020] 其中：
[0021] 所述加速度分析处理子单元，用于对接收到的所述生物体的所述加速度信息进行分析，判断并根据判断结果启动所述血压监测单元和体温监测单元；
[0022] 所述脉博血压分析处理子单元，用于检测所述生物体的血压和/或脉博信息，并对所述生物体的血压和/或脉博信息进行分析处理，判断是否有血压突变状况发生，生成血压状况信息，发送给所述信息生成子单元；
[0023] 所述体温分析处理子单元，用于检测所述生物体的体温信息，并对所述生物体的体温信息进行分析处理，判断生物体体温是否有突变状况发生，生成体温状况信息，发送给所述信息生成单元；
[0024] 所述信息生成子单元，用于根据接收到的血压状况信息和体温状况信息，判断生物体是否发生病理性跌倒，并在生物体发生病理性跌倒时，生成报警信息。
[0025] 为实现本发明目的还提供一种生物体跌倒检测方法，包括以下步骤：
[0026] 步骤S100，微处理单元控制所述跌倒监测单元启动，跌倒监测单元对生物体的加速度信息进行采集处理，并发送所述采集处理的加速度信息至所述微处理单元；
[0027] 步骤S200，跌倒监测单元接收所述生物体的加速度信息，并对所述加速度信息分析判断，并根据判断结果启动所述血压监测单元；
[0028] 步骤S300，所述血压监测单元检测所述生物体的血压和/或脉搏信息并进行分析处理，并根据处理结果生成报警信息。
[0029] 较优地，所述的生物体跌倒检测方法，所述步骤S200中，还包括根据判断结果启动所述体温监测单元的步骤；
[0030] 所述步骤S300中，还包括所述体温监测单元检测所述生物体的体温信息并进行分析处理，并根据处理结果生成报警信息的步骤。
[0031] 本发明的有益效果：本发明所述生物体跌倒检测装置及方法，通过监测生物体脉搏和/或血压以及体温，其能够准确有效地判断所发生跌倒的类型，并通过监测位置坐标信息确定准确位置，就能够在最短的时间对发生病理性跌倒的使用者进行救治，从而极大程度的降低跌倒对使用者特别是老年人所产生的伤害。
附图说明
[0032] 图1为本发明
实施例生物体跌倒检测装置结构示意图；
[0033] 图2为本发明实施例生物体跌倒检测装置血压监测单元示意图；
[0034] 图3为本发明实施例生物体跌倒检测方法
流程图；
[0035] 图4为本发明生物体跌倒检测装置跌倒状态时脉搏波曲线的变化示意图。
具体实施方式
[0036] 为了使本发明生物体跌倒检测装置及方法的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明生物体跌倒检测装置及方法进行进一步详细说明。
[0037] 本发明实施例中，以所述生物体为人体而描述本发明，但是，应当说明的是，本发明同样适用于其他生物体，如熊猫等，其他生物体如果利用到本发明的生物体跌倒检测装置和方法，同样受到本发明
权利要求的保护。
[0038] 本发明的生物体跌倒检测装置佩戴于人体
手腕部位，类似于运动腕表。
[0039] 如图1所示，本发明生物体跌倒检测装置，包括跌倒监测单元100、血压监测单元200、体温监测单元300、定位单元400、数据传输单元500和微处理单元600；
[0040] 跌倒监测单元100、血压监测单元200、体温监测单元300、定位单元400和数据传输单元500分别连接于微处理单元600。
[0041] 跌倒监测单元100，用于在所述微处理单元的控制下，对生物体的加速度信息进行采集处理，并发送所述采集处理的加速度信息至微处理单元600；
[0042] 血压监测单元200，用于在所述微处理单元的控制下，对生物体的血压和/或脉搏信息进行采集处理，并发送所述采集处理的血压和/或脉搏信息至所述微处理单元600；
[0043] 体温监测单元300，用于在所述微处理单元的控制下，对生物体的体温信息进行采集与处理，并发送所采集的体温信息至所述微处理单元600；
[0044] 定位单元400，用于获取所述生物体跌倒检测装置的位置信息；
[0045] 较佳地，所位定位单元400为GPS定位设备。
[0046] 数据传输单元500，用于发送经所述微处理单元600生成的跌倒报警信息或病急报警信息。
[0047] 微处理单元600，用于控制所述跌倒监测单元启动和接收所述生物体的加速度信息，并对所述加速度信息分析判断，并根据判断结果启动所述血压监测单元和体温监测单元，检测所述生物体的血压和/或脉搏信息、体温信息并进行分析处理，并根据处理结果生成报警信息。
[0048] 较佳地，所述报警信息包括但不限于跌倒报警信息和/或病急报警信息。
[0049] 跌倒监测单元100包括加速度传感器101和与其相连接加速度
信号处理模
块102；加速度信号处理模块102连接微处理单元600；
[0050] 加速度传感器101，用于采集并发送生物体加速度信息至所述加速度信号处理模块102；
[0051] 作为一种可实施方式，加速度传感器101采用三维加速度传感器进行跌倒检测；
[0052] 加速度信号处理模块102，用于接收所述加速度传感器101采集到的生物体加速度信息，对所述生物体加速度信息进行放大和滤波以及
模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的加速度信息至所述微处理单元600。
[0053] 血压监测单元200通过监测手腕处的脉搏波来进行间接计算，血压监测单元200包括光发射模块201，光接收模块202和脉搏波处理模块203；
[0054] 光发射模块201，用于在所述微处理单元600的控制下，向生物体发射双
波长光线；
[0055] 光接收模块202，用于接收生物体反射的双波长光线，以及将接收到的
光信号转换为
电信号，并将该电
信号传输至所述脉搏波处理模块203；
[0056] 脉搏波处理模块203，用于对电信号进行放大、滤波、二次放大以及模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的信息至所述微处理单元600。
[0057] 如图2所示，作为一种可实施方式，光发射模块201由LED和LED驱动
电路组成；LED驱动电路产生恒定
电流驱动LED发光，光经过人体的反射，返回的光被光接收模块202接收，将光信号转换为电信号，该电信号通过脉搏波处理模块203信号调理后传至微处理单元600内进行运算和处理，如图2所示。
[0058] 体温监测单元300包括
温度传感器301和与其相连接的温度信号处理模块302；
[0059] 温度传感器301，用于采集并发送生物体体温信息至所述温度信号处理模块302；
[0060] 温度信号处理模块302，用于接收所述温度传感器301采集的生物体体温信息，对所述生物体温度信息进行放大和滤波以及模数转换，并发送经放大滤波模数转换后的信息至所述微处理单元600。
[0061] 作为一种可实施方式，所述温度传感器301采用DS18B20单总线
数字传感器，
精度高，数据获取及供电方便。
[0062] 定位单元400，用于获取所述报警装置的位置信息，以便使亲属和医护中心确切掌握信息，及时做出救援反应。
[0063] 数据传输单元500，用于发送经微处理单元600分析处理后的信息。数据传输单元500是本跌倒报警装置与外界(医护中心或亲属手机)进行数据通信的装置。作为一种可实施方式，数据传输单元500采用SIM900 GPRS无线通讯模块通过辅助电路(未示出)与微处理单元600相连，实现信息的无线
数字信号传送。
[0064] 微处理单元600包括加速度分析处理子单元、脉博血压分析处理子单元和体温分析处理子单元；
[0065] 其中：
[0066] 加速度分析处理子单元，用于对接收到的所述生物体的所述加速度信息进行分析，判断并根据判断结果启动所述血压监测单元和体温监测单元；
[0067] 脉博血压分析处理子单元，用于检测所述生物体的血压和/或脉博信息，并对所述生物体的血压和/或脉博信息进行分析处理，判断是否有血压突变状况发生，生成血压状况信息，发送给所述信息生成单元；
[0068] 体温分析处理子单元，用于检测所述生物体的体温信息，并对所述生物体的体温信息进行分析处理，判断生物体体温是否有突变状况发生，生成体温状况信息，发送给所述信息生成单元；
[0069] 信息生成单元，用于根据接收到的血压状况信息和体温状况信息，判断生物体是否发生病理性跌倒，并在生物体发生病理性跌倒时，生成报警信息。
[0070] 作为一种可实施方式，本发明生物体跌倒检测装置，还包括一显示单元700，与微处理单元600连接，用于输入控制信息、显示输出信息。
[0071] 较佳地，所述显示单元为一触控显示屏700。
[0072] 相应地，为实现本发明的目的还提供一种生物体跌倒检测方法，如图3所示，包括以下步骤：
[0073] 步骤S100，微处理单元控制所述跌倒监测单元启动，跌倒监测单元对生物体的加速度信息进行采集处理，并发送所述采集处理的加速度信息至所述微处理单元；
[0074] 步骤S200，跌倒监测单元接收所述生物体的加速度信息，并对所述加速度信息分析判断，并根据判断结果启动所述血压监测单元和体温监测单元；
[0075] 步骤S300，所述血压监测单元和体温监测单元检测所述生物体的血压和/或脉搏信息、体温信息并进行分析处理，并根据处理结果生成报警信息。
[0076] 较佳地，作为一种可实施方式，所述步骤S300中，检测生物体的脉博和/或血压信息进行分析处理，包括如下步骤：
[0077] 步骤S311，向生物体发射波长分别为660nm和1100nm的光线，接收并转换反射的光信号为电信号，再根据光电容积描记法计算出生物体血压值；
[0078] 步骤S312，根据生物体脉博及血压信息判断当生物体血压值降低或者升高预先设定的
阈值时，判断有血压突变状况发生，生成血压状况信息；否则，没有血压突变状况发生，不生成血压状况信息。
[0079] 较佳地，作为一种可实施方式，所述步骤S300中，检测生物体的体温信息并进行分析处理，包括如下步骤：
[0080] 步骤S321，检测得到生物体的体温信息；
[0081] 步骤S322，根据生物体温信息判断是否有体温突变状况发生；如果生物体体温升高或者降低1℃，则判断生物体温有突变状况发生，生成生物体的体温状况信息；否则，没有生物体体温突变状况发生，不生成生物体体温状况信息。
[0082] 作为一种可实施方式，步骤S200中，跌倒监测单元对生物体的加速度信息进行分析处理，包括如下步骤：
[0083] 根据三轴加速度传感器采集到的生物体的三轴加速度，根据三个轴向的加速度通过公式，(1)，计算得到人体加速度强度矢量SMV(Signal Magnitude Vector)，[0084]
[0085] 其中：分别为x轴、y轴、z轴方向上的加速度值。x轴、y轴、z轴分别为人体的向前、向左、向上矢量。
[0086] 判断生物体是否有跌倒状况发生，根据判断结果，启动所述血压监测单元和体温监测单元。
[0087] 即通过三轴加速度和人体加速度强度矢量SMV的值，本发明实施例通过4个方面特征判断依据来确定人体是否有跌倒状况发生。
[0088] 判断是否跌倒，是通过综合分析，使用多个判断依据，从而避免误报警。
[0089] 作为一种可实施方式，所述三轴加速度传感器为ADXL345传感器，其通过三轴加速度以及加速度矢量值来综合判断生物体是否有跌倒状况发生，当有跌倒状况发生时，启动所述血压监测单元和体温监测单元。
[0090] 作为一种可实施方式，所述通过三轴加速度传感器检测得到三轴加速度以及加速度矢量值，判断生物体是否有跌倒状况发生，包括如下步骤：
[0091] 步骤S110，根据三轴加速度传感器的自由落体中断检测得到的3轴加速度以及加速度矢量值SMV判断生物体是否有失重状态发生；
[0092] 在生物体跌倒的开始都会发生失重现象，失重可以作为病理性跌倒状态的第一个判断依据，当其失重的加速度小于1g时，判断生物体有病理性跌倒的失重情况发生。
[0093] 其中，作为一种可实施方式，所述检测由ADXL345的Free_Fall(自由落体)中断来检测得到。
[0094] 步骤S120，根据三轴加速度传感器的活动中断检测得到的3轴加速度以及加速度矢量值SMV判断生物体是否有撞击状态发生；
[0095] 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(活动中断)来检测。
[0096] 因此，Free_Fall中断之后，紧接着产生Activity(活)中断是跌倒状态的第二个判断依据。
[0097] 步骤S130，根据三轴加速度传感器的静止中断检测得到的3轴加速度以及加速度矢量值SMV判断生物体是否有静止状态发生；
[0098] 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(静止)中断来检测。因此，Activity中断(活动中断)之后的Inactivity中断是跌倒状态的第三个判断依据。
[0099] 步骤S140，根据三轴加速度传感器读取静止中断之后的三轴加速度以及加速度矢量值SMV，并与初始状态的三轴加速度以及加速度矢量值SMV进行比较，判断确定人体是否有跌倒状况发生。
[0100] 人体跌倒之后，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。读取Inactivity中断(静止中断)之后的三轴加速度数据，以及加速度矢量值SMV，并与初始状态的三轴加速度以及加速度矢量值SMV进行比较，作为第四个判断依据，判断确定人体是否有跌倒状况发生。
[0101] 具体地，人体跌倒之后，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。设跌倒监测单元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(本实施例中，初始状态为：X轴0g，Y轴-1g，Z轴0g)。读取静止(Inactivity)中断之后的三轴加速度数据，并与初始状态进行比较。
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。因此，跌倒检测的第四个依据就是跌倒后的静止状态下加速度值与初始状态发生变化，且矢量变化超过一定的
门限值(比如0.7g)，判断确定人体是否有跌倒状况发生。
[0102] 作为一种可实施方式，步骤S300检测生物体的脉博和/或血压信息进行分析处理，包括如下步骤：
[0103] 步骤S311：向生物体发射波长分别为660nm和1100nm的光线，接收并转换反射的光信号为电信号，再根据光电容积描记法计算出生物体血压值；
[0104] 步骤S312：根据生物体脉博和/或血压信息判断当生物体血压值降低或者升高预先设定的阈值时，判断有血压突变状况发生，生成血压状况信息；否则，没有血压突变状况发生，不生成血压状况信息。
[0105] 采用光电容积描记法能够检测出人体所测位置的血流变化，而血管内的血流变化与血管内的实时血压有一定的相关性。通过分析脉搏波的变化曲线来定性的研究人体实时血压的变化曲线具备极大的合理性，而实时血压的变化在能够反映人体的某些病理性特征的出现。例如在病理性跌倒过程中，血压会有剧烈的
波动，反映到脉搏波曲线上就会出现如图4所示的曲线。
[0106] 正常状态下人的脉象平稳，韵律一致；而患有心脏疾病的患者则存在脉象韵律不齐、心脏偷停、早搏等现象；老年人在病理性跌倒发生时，亦会产生脉象韵律不齐等特征。
[0107] 在本发明实施例中，采用如下的公式(2)来描述脉率的均匀度：
[0108]
[0109] 其中，ni为心脏每搏抽样数据点的个数，S为方差。作为一种可实施方式，取N＝8，即统计8个准脉搏周期的抽样数据点数。脉率均匀的判定标准，即S≤4.5。若采集到的脉搏波信号满足上述判定条件，则认为该脉搏波属于脉率均匀脉象，否则判断为脉率不均匀脉象。
[0110] 所述脉搏波抽样提取方法包括但不限于小波分析、BP网络方法等。
[0111] 作为一种可实施方式，所述阈值根据灵敏度分为几个级别：非常灵敏20，普通灵敏30，不太灵敏40。
[0112] 作为一种可实施方式，如果在短时间内，例如3-8秒，出现多于一次的血压大幅的波动，例如血压变化大于血压的25％，即判定有血压突变状况发生。
[0113] 作为一种可实施方式，步骤S300中，检测生物体的体温信息进行分析处理，包括如下步骤：
[0114] 步骤S321，通过铂热
电阻进行体表温度的检测，电桥来检测铂热电阻的阻值变化，计算得到体温信息；
[0115] 由于生物体跌倒检测装置佩戴于人体手腕部位，类似于运动腕表。所以作为一种可实施方式，可以通过安装在腕表后面和
皮肤接触的铂热电阻进行体表温度的检测，电桥来检测铂热电阻的阻值变化，计算得到体温值。
[0116] 步骤S322，根据生物体温信息判断是否有体温突变状况发生；如果生物体体温升高或者降低1℃，则判断生物体温有突变状况发生，生成生物体的体温状况信息；否则，没有生物体体温突变状况发生，不生成生物体体温状况信息。
[0117] 根据生物体温信息判断，如果生物体体温升高或者降低1℃，则判断生物体温有突变状况发生；否则，没有生物体体温突变状况发生。
[0118] 病理性跌倒发生时，会伴随着体温的变化。一般超过1至2℃时，就会出现生命危险，当目标生物体的体温变化比较大时，表明目标由于跌倒诱发了危及生命的病症，此时必须向其家属或医院发送病重报警，则生成生物体的体温状况信息。
[0119] 本发明实施例的生物体跌倒检测装置及方法，通过监测跌倒及生物体脉搏和/或血压以及体温，其能够准确有效地判断所发生跌倒的类型，并通过监测位置坐标信息确定准确位置，就能够在最短的时间对发生病理性跌倒的使用者进行救治，从而极大程度的降低跌倒对使用者，特别是老年人所产生的伤害。
[0120] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
