一種基於pvdf的跌倒保護系統及其方法
2023-10-08 18:22:59
一種基於pvdf的跌倒保護系統及其方法
【專利摘要】一種基於PVDF的跌倒保護系統，包括用以檢測使用者腳踩力的PVDF壓電薄膜傳感器模塊，PVDF壓電薄膜傳感器模塊與電荷放大模塊連接，電荷放大模塊與模數轉換模塊，模數轉換模塊與第一單片機連接，第一單片機與第一無線收發模塊連接，模數轉換模塊、第一單片機、第一無線收發模塊均與第一電源連接，第一無線收發模塊與第二無線收發模塊通信連接，第二無線收發模塊與第二單片機連接，第二單片機與安全氣囊模塊連接，第二無線收發模塊、第二單片機均與第二電源模塊連接，第二電源模塊與開關連接。以及提供一種跌倒保護方法。本發明精度高、對測試者有充分保護。
【專利說明】一種基於PVDF的跌倒保護系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及跌倒保護系統，尤其涉及的是一種基於PVDF的跌倒保護系統及其方法。
【背景技術】
[0002]PVDF是由純度≥99.99%的偏氟乙烯(VDF)均聚而成的塗料用PVDF可熔性氟碳樹月旨，它兼具氟樹脂和通用樹脂的特性，除具有良好的耐化學腐蝕性、耐高溫性、耐氧化性、耐候性、耐射線輻射性能外，還具有壓電性、介電性、熱電性等特殊性能，且已得到廣泛應用。
[0003]現在的跌到系統檢測判斷是否跌倒的方法一般有:基於穿戴式的跌到檢測，一般是將加速度傳感器數據採集模塊佩戴在腰間，當加速度達到跌倒閥值時，便判斷為跌倒，還有含有穿戴於腳掌的壓力傳感器，左右腳掌各一個，根據掌心的壓力來判斷是否跌倒；針對所攝圖像分析對象的實際運動，即判斷人體姿態是否正常；基於聲學信號的跌到檢測，即根據跌倒衝擊地面導致震動的頻率值來判斷人體是否跌倒。通過這些方法來檢測跌倒，存在以下幾個問題:1)被穿戴人腰間的加速度檢測對跌倒條件的要求高且容易產生誤判；2)對人體圖像，即姿態進行分析，不能足夠的保障用戶的隱私且對光線等環境因素要求較高，誤差較大且帶來不便；3)至於腳掌的兩壓力傳感器不能完整的反應人體姿態狀況以及人體重心位置，精度不夠，也使得誤判率增加；4)對聲學信號的檢測，其安裝複雜，同時受環境因素非常大，當材質等發生變化時，誤差也就產生，且投入較大；5)許多跌倒檢測的檢測範圍有限，被測試者的活動範圍受到局限。6)所有的跌倒檢測只針對於被測試者的跌倒狀況，但並未實施保護，這使得被測試者的危險度並未降低。
【發明內容】
[0004]為了克服現有跌到檢測系統的精度低、無保護功能的不足，本發明提供了一種精度高、對測試者有充分保護的基於PVDF的跌倒保護系統及其方法。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0006]一種基於PVDF的跌倒保護系統，包括用以檢測使用者腳踩力的PVDF壓電薄膜傳感器模塊，所述PVDF壓電薄膜傳感器模塊與電荷放大模塊連接，所述電荷放大模塊與模數轉換模塊，所述模數轉換模塊與第一單片機連接，所述第一單片機與第一無線收發模塊連接，所述模數轉換模塊、第一單片機、第一無線收發模塊均與第一電源連接，所述跌倒保護系統還包括在第二無線收發模塊、第二電源模塊、第二單片機、開關和使用者腰帶上安置的安全氣囊模塊，所述第一無線收發模塊與所述第二無線收發模塊通信連接，所述第二無線收發模塊與所述第二單片機連接，所述第二單片機與所述安全氣囊模塊連接，所述第二無線收發模塊、第二單片機均與所述第二電源模塊連接，所述第二電源模塊與開關連接。
[0007] 進一步，所述PVDF壓電薄膜傳感器模塊安置在使用者所穿的鞋子的鞋墊內，另外，在鞋底安置電荷放大模塊、模數轉換模塊、第一單片機、第一電源模塊、第一無線收發模塊。當然，也可以為其他安置方式。[0008]再進一步，所述PVDF壓電薄膜傳感器模塊包括用於檢測第3~4蹠骨的腳踩力的蹠骨傳感單元，用於檢測足跟的腳踩力的足跟傳感單元。
[0009]更進一步，所述PVDF壓電薄膜傳感器模塊中受力後，輸出電荷與外力間的關係為:
【權利要求】
1.一種基於PVDF的跌倒保護系統，其特徵在於:包括用以檢測使用者腳踩力的PVDF壓電薄膜傳感器模塊，所述PVDF壓電薄膜傳感器模塊與電荷放大模塊連接，所述電荷放大模塊與模數轉換模塊，所述模數轉換模塊與第一單片機連接，所述第一單片機與第一無線收發模塊連接，所述模數轉換模塊、第一單片機、第一無線收發模塊均與第一電源連接，所述跌倒保護系統還包括在第二無線收發模塊、第二電源模塊、第二單片機、開關和使用者腰帶上安置的安全氣囊模塊，所述第一無線收發模塊與所述第二無線收發模塊通信連接，所述第二無線收發模塊與所述第二單片機連接，所述第二單片機與所述安全氣囊模塊連接，所述第二無線收發模塊、第二單片機均與所述第二電源模塊連接，所述第二電源模塊與開關連接。
2.如權利要求1所述的基於PVDF的跌倒保護系統，其特徵在於:所述PVDF壓電薄膜傳感器模塊安置在使用者所穿的鞋子的鞋墊內，在鞋底安置電荷放大模塊、模數轉換模塊、第一單片機、第一電源模塊、第一無線收發模塊。
3.如權利要求1或2所述的基於PVDF的跌倒保護系統，其特徵在於:所述PVDF壓電薄膜傳感器模塊包括用於檢測第3~4蹠骨的腳踩力的蹠骨傳感單元，用於檢測足跟的腳踩力的足跟傳感單元。
4.如權利要求1或2所述的基於PVDF的跌倒保護系統，其特徵在於:，所述PVDF壓電薄膜傳感器模塊中受力後，輸出電荷與外力間的關係為:
5.如權利要求3所述的基於PVDF的跌倒保護系統，其特徵在於:所述第一單片機首先根據PVDF壓電薄膜外力與電荷的關係來計算出所述Fi，並且先對前十次人體正常行走接收到的從左右兩腳傳來的數據進行儲存，以十次中最小值(MIN)到最大值(MAX)作為標準範圍； 其中一隻腳的計算過程如下:
第 3 ~4 蹠骨:R) - F (MIN) =F2
FO-F (MAX) =F3
足跟:F1 — F (MIN) =F4
Fl — F (MAX) =F5 式中，為第一單片機接收的第3~4蹠骨的數值，Fl為接收到的足跟的數值，F (MIN)為所述儲存的第3~4蹠骨或足跟前十次數據的最小值，F(MIN)為所述儲存蹠骨或足跟前十次數據的最大值，F2、F3、F4、F5為差值； 第一單片機將每次採集的數據差值，即F2、F3、F4、F5，發送至第一無線收發模塊，再由第一無線收發模塊發送給第二無線收發模塊； 所述第二單片機中，判定是否滿足:F2 > O且F3 O且F5 < O時，如不符合此條件即可判斷人體跌倒，第二單片機發送指令至安全氣囊模塊，將安全氣囊打開實現保護。
6.如權利要求1或2所述的基於PVDF的跌倒保護系統，其特徵在於:所述安全氣囊模塊中的安全氣囊包括採用由天然橡膠製作的外殼，高回彈海綿填充於安全氣囊外殼的內部，彈簧元件固定在安全氣囊外殼的左右兩邊；所述安全氣囊固定好後置於使用者的腰部。
7.一種基於PVDF的跌倒保護方法，其特徵在於:所述跌倒保護方法包括以下步驟: (1)採用PVDF壓電薄膜傳感器模塊檢測使用者腳踩力，所述PVDF壓電薄膜傳感器模塊包括用於檢測第3~4蹠骨的腳踩力的蹠骨傳感單元，用於檢測足跟的腳踩力的足跟傳感單元；並將安全氣囊固定好後置於使用者的腰部； (2)根據PVDF壓電薄膜外力與電荷的關係來計算出所述Fi，並且先對前十次人體正常行走接收到的從左右兩腳傳來的數據進行儲存，以十次中最小值(MIN)到最大值(MAX)作為標準範圍； (3)其中一隻腳的計算過程如下:
第 3 ~4 蹠骨:R) - F (MIN) =F2
FO-F (MAX) =F3
足跟:F1 — F (MIN) =F4
Fl — F (MAX) =F5 式中，為第一單片機接收的第3~4蹠骨的數值，Fl為接收到的足跟的數值，F (MIN)為所述儲存的第3~4蹠骨或足跟前十次數據的最小值，F(MIN)為所述儲存蹠骨或足跟前十次數據的最大值，F2、F3、F4、F5為差值； ( 4)判定是否滿足:F2> O且F3 O且F5 < O時，如不符合此條件即可判斷人體跌倒，發送控制指令至安全氣囊模塊，將安全氣囊打開實現保護。
【文檔編號】G08C17/02GK103926027SQ201410138083
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月8日 優先權日:2014年4月8日
【發明者】洪榛, 馮藝瀟, 李橙橙, 劉傑, 陳陪傑, 李喜樂, 王瑞, 谷銀銀, 宋婷婷 申請人:浙江理工大學