老年人跌倒检测原型系统设计与实现

论文摘要

世界面临着老龄化的严峻挑战,整个国际社会都在关注老龄化问题。跌倒是老年人常发生的意外,严重影响了老年人的身心健康。针对老年人身体平衡的特点,结合微传感器、数字信号处理以及无线传感器网络等技术,利用人体运动产生的加速度,设计了一种基于加速度传感器的跌倒检测系统以及相应的跌倒算法,可以为老年人提供安全保障与准确的监测,同时保护用户完全的隐私。对独居老年人的日常生活状态实施远程监护,不仅能提高医护人员的救助效率和老人的生活质量,还可以评估监护对象的独立生活能力和健康状况,也可以老人在熟悉的环境(家)中得到及时的救护,减小老人的心理压力,减少跌倒发生的可能性。本论文以重庆市自然科学基金”基于无线传感器网络的跌倒检测机制研究”(cstc 2007bb2194)为选题背景,在介绍无线传感器网络概念与应用的基础上,研究和探讨了将无线传感器网络运用到医疗监护领域的背景和可行性,重点研究了跌倒检测节点的硬件设计,无线通信和跌倒算法的软件实现以及后台监控系统,并对整体设计进行了实验调试。利用Internet网络和RF射频实现加速度值传输以及诊断信息反馈,后台监控软件以.NET为开发平台进行模块化设计,通过数据通信模块、跌倒检测与诊断模块及数据库管理模块实现了远程加速度数据的传输、回放和人体状态的快速分析诊断以及医患之间的信息交互,最大限度的减少由跌倒引发意外伤亡。该系统集成度高、体积小、智能化、可靠性强,具有不受患者活动状态、活动时间限制等优点。在人体佩戴实验与分析中,该装置可以区分出正常人体活动与跌倒事件,自动发出跌倒报警信号,从而使用户在尽可能短的时间内得到医疗救护。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 穿戴式医学仪器的研究现状
• 1.2.2 跌倒检测系统的研究现状
• 1.3 研究内容和组织结构
• 1.3.1 主要的研究内容
• 1.3.2 论文的组织结构
• 1.4 本章小结
• 2 无线传感器网络与跌倒检测系统
• 2.1 无线传感器网络技术研究综述
• 2.1.1 无线传感器网络概述
• 2.1.2 无线传感器网络体系结构
• 2.1.3 无线传感器网络的特点
• 2.2 无线传感器网络在医疗监护方面的应用
• 2.3 无线传感器网络在跌倒检测系统应用面临的问题与分析
• 2.4 本章小结
• 3 人体平衡理论分析
• 3.1 人体平衡与刚体平衡的差异及特点
• 3.1.1 人体平衡和人体重心的关系
• 3.1.2 人体的亚稳定平衡态与平衡的多能级态
• 3.2 人体平衡和跌倒过程分析
• 3.2.1 人体平衡过程分析
• 3.2.2 人体跌倒过程分析
• 3.3 通过加速度值检测跌倒事件
• 3.3.1 加速度的测量原理
• 3.3.2 建立3D 躯体动作模型
• 3.4 本章小结
• 4 跌倒检测原型系统硬件设计
• 4.1 功能需求
• 4.2 跌倒检测系统硬件总体设计
• 4.3 系统硬件选型及设计
• 4.3.1 主控制器（MCU）的选型与设计
• 4.3.2 传感器模块的选型与设计
• 4.3.3 无线通信模块的选型与设计
• 4.3.4 电源模块的选型与设计
• 4.4 硬件电路的抗干扰措施
• 4.4.1 设置去耦电容
• 4.4.2 接地连接
• 4.4.3 布线设计
• 4.5 硬件功能调试
• 4.6 本章小结
• 5 跌倒检测原型系统软件设计
• 5.1 无线通信模块软件设计
• 5.1.1 系统网络行为描述
• 5.1.2 串口数据包和逻辑链路层数据包
• 5.2 跌倒检测节点软件设计
• 5.2.1 系统设置
• 5.2.2 跌倒检测算法软件设计
• 5.2.3 报警处理
• 5.3 后台监控系统设计
• 5.3.1 功能需求分析
• 5.3.2 数据库设计
• 5.3.3 后台监控界面设计
• 5.4 本章小结
• 6 实验验证与分析
• 7 总结与展望
• 7.1 工作成果
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录