基于STM32的跌倒防護裝置研究

摘要：基于STM32的用于老年人跌倒防護的裝置，由控制模塊，傳感器模塊，防護挽救模塊組成?？刂颇K以STM32為核心，控制模塊接收傳感器模塊檢測的加速度、角速度信號，使用閾值判斷法進(jìn)行分析，并能夠在老年人發(fā)生跌倒但未完全著(zhù)地前為后面開(kāi)啟防護措施提供信號，從而避免老年人受傷害。實(shí)驗顯示，本系統采用的跌倒判斷算法準確度高，系統可靠性高、結構簡(jiǎn)單。
關(guān)鍵詞：跌到檢測；閾值算法；加速度計；陀螺儀；STM32

隨著(zhù)老年人口的劇增，老齡化問(wèn)題成為當前社會(huì )的最突出問(wèn)題。目前已知世界范圍內60歲以上的老年人口已超過(guò)6億。跌倒對于老年人群而畜是一個(gè)很?chē)乐氐膯?wèn)題，除了肢體上的傷害，跌倒之后在心理及社交生活上也可能造成嚴重的后遺癥。據統計，約三分之一65歲以上老人平均每年跌倒一次。面對這種情況，開(kāi)發(fā)跌倒智能探測和報警系統，具有極其重要的現實(shí)意義和社會(huì )意義。
目前的跌倒檢測可分為三類(lèi)：基于視頻圖像的跌倒檢測，其不足之處是受空間上的限制、視頻圖像的質(zhì)量受環(huán)境影響較大和不能保證用戶(hù)的隱私安全；基于聲學(xué)系統的跌倒檢測，其不足之處是安裝復雜且資金投入比較大；基于穿戴式裝置的跌倒檢測，不受空間限制、環(huán)境干擾相對較小。
本系統開(kāi)發(fā)的是基于穿戴式裝置的防跌倒裝置系統，是通過(guò)加速度計和陀螺儀對老年人身體姿態(tài)和運動(dòng)的實(shí)時(shí)檢測，采集到人體的加速度和角速度，再經(jīng)過(guò)徽處理器使用閾值判斷法進(jìn)行分析，并在未著(zhù)地之前報警和進(jìn)行防護措施。本系統采用加速度計、陀螺儀和閾值判斷法使準確度提高，日常行為的誤報低，并且實(shí)施保護防止老年人受到跌倒帶來(lái)的傷害。

1 系統總體設計
根據老人防跌倒裝置系統原理，整個(gè)系統有二部分組成：跌倒檢測部分和防護挽救部分。而跌倒檢測部分又由兩部分組成：系統的硬件設計和軟件算法，軟件算法使用閾值判斷法，硬件由以下四部分組成：
1)傳感器模塊：用加速度計、陀螺儀實(shí)時(shí)采集人體加速度信號和角速度信號，再通過(guò)A／D轉換成數字信號傳送到STM32核心控制模塊上。
2)SIM32核心控制模塊：接收傳感器A／D轉換后的信號進(jìn)行處理、分析并判斷是否符合跌倒條件，再通過(guò)D／A對安全氣囊進(jìn)行動(dòng)作。
3)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊：它是用于本模塊與上位機進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，使上位機得到數據并設計出跌倒檢測的算法，并根據算法進(jìn)行了實(shí)驗。
4)防護挽救模塊：通過(guò)STM32核心控制模塊對其發(fā)送動(dòng)作的信號，在老人沒(méi)跌倒在地之前進(jìn)行保護。
本文主要介紹跌倒檢測部分，即硬件設計部分和軟件算法。系統的整體構圖如圖1。

2 硬件電路設計
2．1 STM32F103RBT6單片機
基于穿戴式裝置要求系統輕便小巧和事前判斷跌倒發(fā)生要求處理單元運行速度足夠快等因素考慮。本系統選用高性能的ARM?CortexTM—M3 32位的RISC內核單片機STM32F103RBT6作為主處理單元，工作頻率為72 MHz，內置高速存儲器，豐富的增強I／O端口和聯(lián)接到2條APB總線(xiàn)的外設。