曲鳳娟

（北華航天工業(yè)學(xué)院，河北 廊坊065000）

0 引言

人口老齡化己成為一個世界性的問題。我國早在1999年就已經(jīng)進入老齡化社會。老年人占總?cè)丝诘谋戎卦诔掷m(xù)攀升之中，空巢老年人家庭也占了相當大的比例。如何更好的贍養(yǎng)老人已成為社會難題。除了可能的各種疾病外，老年人在日常生活中跌倒的發(fā)生率也非常高,是老年人傷殘和死亡的主要原因之一。當老年人跌倒時，若能夠得到及時的救助，那么可以減少傷痛帶來的痛苦，甚至可以避免死亡。可穿戴式跌倒檢測與預(yù)警設(shè)備能夠在佩戴者發(fā)生跌倒后及時報警，接到報警的救助人員可采取相應(yīng)措施盡快實施救助，即使身邊無人的情況下也能得到及時救助。

1 可穿戴式跌倒檢測與預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要分兩部分：一部分是人體運動采集和分析模塊，包括主處理器、三軸加速傳感器、陀螺儀和藍牙通信模塊，這部分佩戴在人體的腰部；第二部分是報警和定位模塊，此部分基于android的智能手機，手機通過藍牙接收到報警信號后，啟動GPS定位，通過短信或電話形式向家人報警。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 模塊功能

系統(tǒng)采用STM32作為主處理器，接收來自陀螺儀、三軸加速度計的數(shù)據(jù)和信號，執(zhí)行算法進行數(shù)據(jù)處理，并在必要時通過藍牙模塊向手機1發(fā)送報警信號，手機1接到報警信號后繼續(xù)向手機2發(fā)出報警短信或電話，同時給出警報所在的位置信息。

三軸加速度計是測量載體x軸、y軸以及z軸方向上線加速度的儀表，通過3個軸向的加速度判斷跌倒動作。當然，僅通過三軸加速度計是測不到轉(zhuǎn)動的動作的，難以測量出完整的3D動作，所以進行跌倒動作的判斷還需要結(jié)合陀螺儀。陀螺儀可以對轉(zhuǎn)動、偏轉(zhuǎn)的動作做很好的測量，這樣就可以精確分析判斷出使用者的實際動作。

本系統(tǒng)采用手機端作為服務(wù)器端，STM32端則作為客戶端。STM32通過發(fā)送AT命令與手機端進行連接。

手機端執(zhí)行采用Eclipse編程技術(shù)開發(fā)的應(yīng)用程序，除了要開發(fā)必要的界面還要長期監(jiān)測是否有跌倒信號出現(xiàn)，因此收發(fā)藍牙傳輸數(shù)據(jù)功能需要定義為Service服務(wù)，保證系統(tǒng)能夠在后臺監(jiān)聽。Service的啟動流程為：context.startService()-ffgt;onCreate()-ffgt;onStart()-ffgt;Service running-ffgt;context.stopService()-ffgt;onDestroy()-ffgt;Service stop。與Service通信的設(shè)備或Activity有：(1)通過藍牙無線通信的跌倒檢測裝置(FD)：Stm32當檢測到有跌倒可能時，向手機發(fā)送報警信號；(2)啟動Service的Activity(StaAct)：用于啟動；(3)StopActivity(StpAct)：用于誤報時用戶停止報警界面；(4)FeedBackActivity(FBAct)：用于反饋用戶對誤報原因的界面。

為實現(xiàn)定位需要使用百度地圖。百度地圖提供多種定位方法，考慮到各種定位方法的精度，優(yōu)先GPS定位，然后是wifi定位和基站定位。首先需要下載相關(guān)最新的庫文件并導(dǎo)入：將liblocSDK4.so文件拷貝到libs/armeabi目錄下，將locSDK4.1.jar文件拷貝到工程的libs目錄下，并在工程屬性-ffgt;Java Build Path-ffgt;Libraries中選擇“Add JARs”，選定locSDK4.1.jar，確定后返回；其次，設(shè)置AndroidManifest.xml：在application標簽中聲明service組件,每個app擁有自己單獨的定位service，并且聲明使用權(quán)限進行網(wǎng)絡(luò)定位。還需import類com.baidu.location.BDLocation、com.baidu.location.BDLocationListener、com.baidu.location.LocationClient及com.baidu.location.LocationClientOption。

在發(fā)出報警短信或撥打電話時，給出定位的地址信息。百度地圖提供從地址到經(jīng)緯度坐標或者從經(jīng)緯度坐標到地址的轉(zhuǎn)換服務(wù)，通過向服務(wù)器發(fā)送包括經(jīng)緯度信息在內(nèi)的HTTP請求，服務(wù)器返回JSON數(shù)據(jù)，再通過JSON解析獲得地址信息。

圖2

圖3

另外，手機端需要先開啟服務(wù)。當檢測到跌倒后，跌倒檢測裝置會通過藍牙向手機發(fā)送數(shù)據(jù)，表示檢測到跌倒。同時，跌倒檢測裝置也會發(fā)出蜂鳴聲，手機端會進入誤報停止界面，界面如圖2所示。如果是誤報，需要點擊stop按鈕，進入反饋界面，反饋界面如圖3所示。反饋的誤報問題有：跑步、坐、躺、上下樓梯、跳及什么都沒有做。需要用戶選擇產(chǎn)生誤報的原因，從而根據(jù)報警自適應(yīng)修改閾值。如果是真的跌倒，stop界面會等待1分鐘，手機端會將跌倒的信息發(fā)送給預(yù)設(shè)置的手機。

2.2.2 算法

STM32微控制器在加電后，首先初始化中斷向量表，設(shè)置?？臻g，調(diào)用System_init初始化系統(tǒng)時鐘后再跳入main函數(shù)。在main函數(shù)中執(zhí)行卡爾曼濾波算法：采用信號與噪聲的狀態(tài)空間模型，利用前一時

2 可穿戴式跌倒檢測與預(yù)警設(shè)備實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)硬件集成

跌倒檢測模塊采用野火STM32 V3開發(fā)板；關(guān)于陀螺儀和加速度計，本文選用了MPU-6050；跌倒檢測模塊與手機的通信采用藍牙串口模塊FBT-06；手機1為基于Android的智能手機，其需要運行相應(yīng)的應(yīng)用程序；手機2則可以是任意的可用手機。

MPU-6050整合了3軸陀螺儀、3軸加速度計。MPU-6050通過主I2C端口以單一數(shù)據(jù)流的形式，向STM32輸出數(shù)據(jù)。因此，只需把STM32的引腳PB6（SDA）和PB7（SCL）分別連接到MPU-6050的24號引腳（SDA）和23號引腳（SCL）上即可。

藍牙模塊FBT-06的TXD和RXD與STM32的RXD和TXD連接即可。

2.2 軟件實現(xiàn)

2.2.1 手機端刻的估計值和現(xiàn)時刻的觀測值來更新對狀態(tài)變量的估計，求出現(xiàn)時刻的估計值。

本文只對單軸陀螺儀的信號進行軟件濾波，因此維數(shù)為1，將其中表示矩陣行數(shù)和列數(shù)的入口參數(shù)用宏定義參數(shù)ONE代替，該值設(shè)為1?？柭鼮V波算法函數(shù)C語言實現(xiàn)如下：和測量值計算當前最優(yōu)值;

3 結(jié)束語

本文設(shè)計開發(fā)了可穿戴式跌倒檢測與預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可檢測佩戴者產(chǎn)生的跌倒動作，在給出短信報警或電話報警的同時能夠?qū)Φ拐哌M行定位。本系統(tǒng)手機端的應(yīng)用程序運行于Android系統(tǒng)；跌倒檢測模塊以STM32為主處理器，接收來自MPU-6050的數(shù)據(jù)采用卡曼爾濾波算法判斷是否發(fā)生跌倒，若跌倒則通過藍牙模塊FBT-06向運行Android系統(tǒng)的手機發(fā)出報警信號。本系統(tǒng)已經(jīng)過測試，測試的手機1型號為HTC 528t。

［1］卓煒.基于Android操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)及應(yīng)用的探討[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013（23）.

［2］吳赫.Service與Android系統(tǒng)實現(xiàn)（1）：應(yīng)用程序里的Service[OL].http：//blog.csdn.net/21cnbao/article/details/8086487

［3］張愛國，鄔群勇，李法禮.基于GPS與移動網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)定位[C]//第二屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會電子文集.2011.

［4］薛源.基于多傳感器的老人跌倒檢測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].武漢：武漢理工大學(xué),2011.