三軸加速度傳感器在跌倒檢測中的應用

而跌倒過(guò)程中的加速度變化則完全不同。圖4給出的是意外跌倒過(guò)程中的加速度變化曲線(xiàn)。通過(guò)圖4和圖3的比較，可以發(fā)現跌倒過(guò)程中的加速度變化有4個(gè)主要特征，這可以作為跌倒檢測的準則。這4個(gè)特這在圖4中以紅色的方框標注，下面將對其逐一進(jìn)行詳細介紹。

圖4 跌倒過(guò)程中的加速度變化曲線(xiàn)

1. 失重：在跌倒的開(kāi)始都會(huì )發(fā)生一定的失重現象。在自由落體的下降過(guò)程，這個(gè)現象會(huì )更加明顯，加速度的矢量和會(huì )降低到接近0g，持續時(shí)間與自由落體的高度有關(guān)。對于一般的跌倒，失重現象雖然不會(huì )有像自由落體那么明顯，但也會(huì )發(fā)生合加速度小于1g的情況（通常情況下合加速度應大于1g）。因此，這可以作為跌倒狀態(tài)的第一個(gè)判斷依據?？梢杂葾DXL345的Free_Fall中斷來(lái)檢測。

2. 撞擊：失重之后，人體發(fā)生跌倒的時(shí)候會(huì )與地面或其他物體發(fā)生撞擊，在加速度曲線(xiàn)中會(huì )產(chǎn)生一個(gè)很大的沖擊。這個(gè)沖擊可以通過(guò)ADXL345的Activity中斷來(lái)檢測。因此，Free_Fall中斷之后，緊接著(zhù)產(chǎn)生Activity中斷是跌倒狀態(tài)的第二個(gè)判斷依據。

3. 靜止：通常，人體在跌倒后，也就是撞擊發(fā)生之后，不可能馬上起來(lái)，會(huì )有短暫的靜止狀態(tài)（如果人因為跌倒而導致昏迷，甚至可能是較長(cháng)時(shí)間的靜止）。表現在加速度曲線(xiàn)上就是會(huì )有一段時(shí)間的平穩。這可以通過(guò)ADXL345的Inactivity中斷來(lái)檢測。因此，Activity中斷之后的Inactivity中斷是跌倒狀態(tài)的第三個(gè)判斷依據。

4. 與初始狀態(tài)比較：跌倒之后，人體會(huì )發(fā)生翻轉，因此人體的方向會(huì )與原先靜止站立的姿態(tài)（初始狀態(tài)）不同。這使得跌倒之后的靜止狀態(tài)下的三軸加速度數值與初始狀態(tài)下的三軸加速度不同（見(jiàn)圖4）。假設跌倒檢測器固定在被測人體上的某個(gè)部位，這樣初始狀態(tài)下的三軸加速度數值可以認為是已知的（本例中，初始狀態(tài)為：X軸0g，Y軸-1g，Z軸0g）。讀取Inactivity中斷之后的三軸加速度數據，并與初始狀態(tài)進(jìn)行比較。如圖4所示，重力加速度方向由Y軸上的-1g變?yōu)榱薢軸上的1g，這說(shuō)明人體發(fā)生了側向跌倒。因此，跌倒檢測的第四個(gè)依據就是跌倒后的靜止狀態(tài)下加速度值與初始狀態(tài)發(fā)生變化，且矢量變化超過(guò)一定的門(mén)限值（比如0.7g）。

這四個(gè)判斷依據綜合在一起，構成了整個(gè)的跌倒檢測算法，可以對跌倒狀態(tài)給出報警。當然，還要注意各個(gè)中斷之間的時(shí)間間隔要在合理的范圍之內。比如，除非是從很高的樓頂掉下來(lái)，否則Free_Fall中斷（失重）和Activity中斷（撞擊）之間的時(shí)間間隔不會(huì )很長(cháng)。同樣，通常情況下， Activity中斷（撞擊）和Inactivity中斷（靜止）之間的時(shí)間間隔也不會(huì )很長(cháng)。本文接下來(lái)會(huì )通過(guò)一個(gè)具體實(shí)例給出一組合理的取值。當然，相關(guān)中斷的檢測門(mén)限以及時(shí)間參數也可以根據需要而靈活設置。

另外，如果跌倒造成了嚴重的后果，比如，導致了人的昏迷。那么人體會(huì )在更常的一段時(shí)間內都保持靜止。這個(gè)狀態(tài)仍然可以通過(guò)Inactivity中斷來(lái)檢測。也就是說(shuō)，如果發(fā)現在跌倒之后的很長(cháng)時(shí)間內都保持Inactivity狀態(tài)，可以再次給出一個(gè)嚴重報警。

典型電路連接
ADXL345和微控制器之間的電路連接非常簡(jiǎn)單。本文中的測試平臺由ADXL345和微控制器ADuC70262組成。圖5給出了ADXL345和ADuC70262之間的典型電路連接。ADXL345的CS管腳接高電平，表示ADXL345工作在I2C模式。SDA和SCL是I2C總線(xiàn)的數據線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)，分別連接到ADuC7026相應的I2C總線(xiàn)管腳。ADuC7026的一個(gè)GPIO管腳連接到ADXL345的ALT管腳，用來(lái)選擇ADXL345的I2C地址。ADXL345的INT1管腳連接到ADuC7026的IRQ輸入用來(lái)產(chǎn)生中斷信號。

其他的單片機或者處理器都可以采用與圖5類(lèi)似的電路與ADXL345進(jìn)行連接。ADXL345還可以工作在SPI模式以獲得更高的數據傳輸速率。關(guān)于SPI工作模式的具體描述，請參考ADXL345數據手冊。

圖5 ADXL345與微控制器之間的典型電路連接

表1 ADXL345寄存器功能說(shuō)明