目前，跌倒檢測(cè)所用的關(guān)鍵部位分為機(jī)械式和電子式兩種。機(jī)械式則是通過(guò)一個(gè)傾斜角度開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)處于某一傾斜角度時(shí)，開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)接觸閉合產(chǎn)生一個(gè)脈沖，內(nèi)部處理器通過(guò)判斷脈沖來(lái)判斷是否傾斜達(dá)到判斷跌倒與否，但這一脈沖的不穩(wěn)定性造成了機(jī)械式的準(zhǔn)確性和靈敏度很低的缺點(diǎn)，而且國(guó)內(nèi)的傾斜開(kāi)關(guān)的傾斜角度很難滿足真正的老人跌倒檢測(cè)。而電子式基于傳感器的則可以盡量避免此種缺陷。

一、跌倒判斷及模型建立

跌倒一般可以理解為人體在無(wú)意識(shí)情況下，由站立姿態(tài)向躺倒姿態(tài)的大幅度轉(zhuǎn)變，在這一轉(zhuǎn)變過(guò)程中重力將成為影響這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程的主要因素。所以，在跌倒發(fā)生時(shí)，各方向上的加速度都會(huì)隨之變化，這是判斷的最初依據(jù)，此外還有位移、角度等輔助因素也都會(huì)發(fā)生變化作為判斷依據(jù)。

分析人體各部位加速度測(cè)量值可知，加速度范圍變化按大到小依次為腳踝、腰部、頭部，而腰部的水平分量一般在-0.3g～0.4g，豎直方向上分量則在0.9g以上，與頭部相比較受干擾的影響較小，而腳踝由于平時(shí)活動(dòng)中的沖擊和擺動(dòng)幅度較大，所以易產(chǎn)生噪聲從而不利于加速度值的采集。所以將裝置佩戴在腰部，另外對(duì)于坐標(biāo)系的選取，由于要投影到某一平面求取相應(yīng)的加速度值，故選取直角坐標(biāo)較為方便計(jì)算。人體佩戴部位及坐標(biāo)系：取人體的左右側(cè)為X軸方向；取人體的前后側(cè)為Y軸方向；取人體站立水平地面時(shí)垂直于地面的方向?yàn)閆軸方向，建立空間直角坐標(biāo)系。

二、MMA7660FC

加速度傳感器采用飛思卡爾的MMA7660FC芯片。MMA7660FC是一個(gè)數(shù)字輸出（I2C），超低功耗（電壓僅2.4v-3.6v，待機(jī)模式下電流僅2uA），緊湊型電容式微電機(jī)加速計(jì)，集成3軸±1.5gMEMS和CMOS接口控制器在同一個(gè)封裝內(nèi)。它具有低通濾波器，0g偏移和增益誤差補(bǔ)償，6bit分辨率，用戶可配置輸出速率等。該器件還可通過(guò)中斷引腳（INT）提供傳感器數(shù)據(jù)變化、產(chǎn)品方向和姿態(tài)識(shí)別等中斷。此外，采用非常小巧的3mm*3mm*0.9mmDFN封裝，充分節(jié)省板上空間。

三、硬件電路

跌倒檢測(cè)的硬件結(jié)構(gòu)如下：它由電源模塊、加速度傳感器模塊、單片機(jī)控制模塊、無(wú)線傳輸模塊組成。

電源模塊采用DC-DC升壓芯片MAX1674將1.5V電壓升至3.3V提供給各模塊使用；三軸加速度傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)測(cè)量人體的XYZ方向的加速度，將加速度值傳輸給MCU；STM8L101負(fù)責(zé)將采集的加速度值經(jīng)過(guò)跌倒判定算法將結(jié)果輸出給無(wú)線傳輸模塊、報(bào)警器；無(wú)線傳輸模塊負(fù)責(zé)將判定結(jié)果傳遞給安防系統(tǒng)的接收器，如圖1所示。

四、軟件部分

本系統(tǒng)所采用的跌倒判定算法是基于人體跌倒過(guò)程中各方向上加速度值的變化、跌倒過(guò)程中人體豎直方向（人體坐標(biāo)Z軸即加速度傳感器中Z軸）與地面的傾斜角度的變化，以及摔倒瞬間能量的突變。

在閾值選擇方面，系統(tǒng)選取e=x2+y2+z2姨，其中xyz分別為傳感器所檢測(cè)到的加速度經(jīng)過(guò)中值濾波后的值，在人體垂直站立于水平地面時(shí)可知，水平方向上合加速度e=x2+y2姨

=0，豎直方向?yàn)間，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得到e=1.2g，當(dāng)e>1.2g時(shí)，程序進(jìn)入下一步判斷具體算法流程如圖2所示：

五、結(jié)論

在實(shí)際測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)人員模擬老年人走路的頻率和姿態(tài)，因?yàn)檫@里我們假定的是老年人先以一定的初速度行走，所以在跌倒過(guò)程中閾值e才會(huì)大于g，另一種是初速度為0的情況即人體不動(dòng)就跌倒，此情況下經(jīng)測(cè)試合加速度的值總小于g，此次不采用這種情況。在進(jìn)行實(shí)際的跌倒檢測(cè)時(shí)，人體佩戴該系統(tǒng)在腰部正常行走時(shí)未出現(xiàn)報(bào)警，當(dāng)人體模擬摔倒時(shí)報(bào)警的正確率為90%以上，沒(méi)有出現(xiàn)報(bào)警的可能性在于：（1）采集的加速度值帶有系統(tǒng)噪聲；（2）因?yàn)樵O(shè)定的閾值也是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者經(jīng)驗(yàn)判斷，可能在分次的試驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象未在閾值設(shè)定范圍內(nèi)。

本系統(tǒng)作為家庭安防系統(tǒng)的一個(gè)部分，針對(duì)老年人活動(dòng)的特點(diǎn)，利用三軸加速度傳感器作為測(cè)量工具，利用多級(jí)判斷算法，盡量避免誤報(bào)和漏報(bào)等現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)在力求判斷的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性上時(shí)也充分考慮到了電源功耗的問(wèn)題，采用超低功耗的控制芯片作為主控，對(duì)于以后投入實(shí)際生產(chǎn)中將會(huì)產(chǎn)生關(guān)鍵意義。