基於步行發電的可攜式無線摔倒監護系統的製作方法
2023-05-02 05:06:51 1
專利名稱：基於步行發電的可攜式無線摔倒監護系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物醫學工程技術領域的醫療監護系統，具體涉及一種基於步行發電的可攜式無線摔倒監測報警系統。
背景技術：
隨著中國逐步進入老齡化社會，老年人的健康問題越來越多，其中意外摔倒問題日益凸顯。據報導，意外摔倒是65歲以上人群主要的健康威脅以及死亡原因。在因摔倒而需要醫療護理的人群中，65歲及以上的佔到超過30%，而因摔倒致死的人群中，40%是80 歲以上的老者。在超過85歲的人群中，2/3的意外摔倒直接導致死亡。同時報告顯示，在老年之家和養老院中，66 %的居民每年至少會有一次意外摔倒。而這並不包括未報告的情況，因此這個數字還是可能被低估的。可見，預防摔倒是非常重要的，但一旦發生時，及時的醫療救護也很重要。因而設計一種摔倒監測報警系統，對患者進行實時監測顯得尤為重要。 目前對於監測老年人摔倒的監測裝備在臨床上應用還不是非常普遍，而且很多的設備使用的技術偏落後。然而隨著計算機技術和微電子技術的發展，人們對於電子設備的要求更高， 如要求設備輕便、微小、功耗低、能源無汙染、安全等問題。而現在較多的設備功耗都較大、 依賴於原電池供電、且體積較大。通過對現在技術文獻的檢索發現，專利申請號為200910145045.7的中國專利， 專利名稱為《一種人體摔倒自動檢測並報警的裝置及其信息處理方法》，及專利申請號為 200910116653. 5，專利名稱為《一種人體摔倒自動檢測報警系統及其信息處理方法》，這兩項專利的系統都包括一個中央處理系統、摔倒信號採集系統，和無線發射系統。由於該系統要處理和收集的信息較多，而且傳統電池供電，設備不夠輕便同時電池需要更換充電，不符合環保要求，同時該設備功耗相對較大，而利用新型能源供電體積輕便的摔倒監測報警系統目前尚屬空白。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種基於步行發電的可攜式無線摔倒監測及報警系統，其採用人體能發電，系統集成度高功耗低，因而能極大地滿足醫院和家庭醫療監護的要求。為了解決上述技術問題，本發明提供一種基於步行發電的無線監測報警裝置，包括能量採集與存儲模塊，用於通過步行來採集並存儲電能；加速度傳感器，用於採集肢體的三維加速度信息；中央處理器，用於接收加速度傳感器輸入的信息，根據信息判斷人體是否摔倒；定位系統，用於與中央處理器相連接，當人體被判斷為摔倒時，記錄摔倒的位置；無線模塊，用於發送摔倒的位置；無線終端，用於接收無線模塊發送的信號。
進一步地，本發明還包括一報警系統，用於與中央處理器相連接，當人體被判斷摔倒時，發出呼救聲音。進一步地，所述的能量採集與存儲模塊採用了 PZT和PVDF兩種材料，集成到一個鞋底套上，通過人行走時腳尖和腳跟對材料的擠壓來產生電壓。進一步地，所述的中央處理器包括一摔倒識別模塊，其接收加速度傳感器輸入的信息，根據信息通過運算判斷人體是否摔倒，若信號量超過預先設定閥值，則判定為摔倒。進一步地，所述的中央處理器還包括運算放大器、對加速度傳感器進來的信號進行放大；AD轉換器、進行信號轉換；MAC模塊，進行運算，並將運算結果傳給摔倒識別模塊。進一步地，所述的定位系統採用GPS定位或者使用攝像頭記錄環境信息來定位。進一步地，所述的無線模塊採用手機網絡協議，通過GSM/GPRS網絡將摔倒位置發送給無線終端。與現有技術相比，該發明的優點表現如下1、能源環保，該裝置通過人體行走供能，因而免去了更換電池的麻煩，節省買電池的成本，而且環保。由於人體在行走的時間是很多的，因而由此產生的電足夠設備的供應。2、功耗低，該發明採用的微處理器屬於低功耗型的處理器，處理器能實時根據工作狀態與否來進行調節，進入省電模式或者睡眠模式，極大地減小了設備的功耗。3、體積小，重量輕。由於本設計集成度都很高，且每個部件都很微小，所以整個設備輕小便攜，在使用過程中並不會給使用者帶來不適。4、監測正確率高。本發明在判斷收集的信號準確率高。另外，判定為摔倒信號後， 系統既可以啟動報警系統，發出求救信號，還可以將摔倒信息與摔倒地點及時傳輸給醫生或者親人等，使得患者可以第一時間得到最好的救助。
圖1系統設計總結構2基於PZT和PVDF材料的應用模型圖3能量收集與存儲系統電路設計
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。從圖1的系統總圖知道，本發明的一種基於步行發電的無線監測報警裝置，包括能量採集與存儲模塊，用於通過步行來採集並存儲電能；加速度傳感器，用於採集肢體的三維加速度信息；中央處理器，用於接收加速度傳感器輸入的信息，根據信息判斷人體是否摔倒；定位系統，用於與中央處理器相連接，當人體被判斷為摔倒時，記錄摔倒的位置；無線模塊，用於發送摔倒的位置；
無線終端，用於接收無線模塊發送的信號。所述的能量採集與存儲模塊包括電荷產生和電荷的收集存儲。這裡電荷的產生可以利用壓電陶瓷(PZT)和PVDF薄膜兩種材料，集成到一個超薄鞋套上，如圖2模型所示，當行走的重心在腳跟時，由於PZT材料被擠壓而產生電荷，而當腳跟抬起腳尖受力時，PVDF受壓產生電荷，兩種產生電荷的方式交替進行。由於這裡產生的電能是短暫微量的，無法供應設備工作，因而必須設計相應的電源控制電路來存儲電能，並使得電能穩壓輸出。一個典型的電源控制電路通常包括整流橋、電容濾波、穩壓晶片等幾大部件，這裡採用了 Linear公司的晶片LTC3588-1為核心設計控制電路，該晶片集成上述的功能，通過外接部件可以很容易實現能量的收集與存儲，電路如圖3所示。加速度傳感電器，其作用在於採集人體肢體的三軸加速度等信息以用於判斷是否摔倒。該加速度傳感器與其它工作模塊集成到一起，安裝在鞋跟部或者人體軀幹上。人體在正常行走的時候，三軸加速度保持在一個相對恆定範圍值內，當人體突然摔倒時，加速度傳感器記錄的三軸信息發生極大的改變。信號轉換後被傳輸到中央處理器中。利用預先設定的摔倒識別模塊對其進行檢測判斷，若信號量超過預先設定閥值，則判定為摔倒。加速度傳感器選型這裡採用飛思卡爾(Freescale)的MMA7^0Q三軸加速度計。 MMA7^K)Q屬於低成本微型電容式加速度傳感器，採用了信號調理、單極低通濾波器和溫度補償技術，並且提供4個量程，4個靈敏度。該器件帶有低通濾波並已做零g補償。該加速度計利用其感受重力加速度在傳感器三自由度上的大小，測量肢體所處傾斜角的大小，來判斷是否摔倒。中央處理器，其作用是控制包括加速度傳感器、定位系統、報警系統、無線發射等在內的整個系統。微處理器控制加速度傳感器信號的輸入，再對信號濾波和AD轉換，然後控制摔倒識別模塊，若信號超過閥值，則啟動報警系統，這裡的報警系統通過外設連接上一個小喇叭，由該小喇叭發出求救信號，同時系統也將信號通過無線收發器發送出去。中央處理器選型可以採用飛思卡爾的56F8013DSC或者TI公司的MSP430、CC430等。無線模塊，該模塊可以採用手機網絡協議發射信號，以實現信息的第一時間傳輸與接收。無線模塊可以採用飛思卡爾的射頻收發器MC13192，該模塊功耗也較低。無線終端，發射出去的信號也可以根據使用者不同的環境設置不同的接收終端。 如果使用者的活動空間主要是家裡或者其他固定場所，則可以在該區域設置無線接收設備，並把該設備聯通網際網路。監測系統在發出摔倒信號後，由該區域內的無線設備在接收， 並馬上將摔倒信息通過網際網路、手機通知親人或者醫生等，以採取相應措施，這樣設置可以極大降低設備的功耗。本實施例具有如下的優點1、通常的醫療監護裝置都是由電池供電或者電網交流電供電，這樣使得電能的利用不環保，且更換電池需要耗費較大的成本，若使用有線交流電則會使設備便攜性不夠。而本系統採用步行時對地壓力發電，這樣的能源清潔環保，取之不盡，幾乎不耗費成本。2、通常的監測設備體積較大，不便攜帶。而本系統的設備集成度非常高，可以設計得非常微小，使用起來很方便。3、通常的監測設備的終端只是收集一些信息存儲起來供診斷參考而已，並沒有實時地監控。而本系統不僅包括了摔倒呼救功能，同時還包含了無線收發裝置，它可以根據使用者的環境不同設置不同收發裝置。如可以直接設置GSM收發協議，把摔倒信號和位置信息及時得發送到親人或者醫生的手機上。綜上所述，可以發現基於步行發電的無線監測報警系統有很多明顯的優點，有很廣闊的市場，未來的發展前景十分可觀。
權利要求
1.一種基於步行發電的無線監測報警裝置，其特徵在於，包括能量採集與存儲模塊，用於通過步行來採集並存儲電能；加速度傳感器，用於採集肢體的三維加速度信息；中央處理器，用於接收加速度傳感器輸入的信息，根據信息判斷人體是否摔倒；定位系統，用於與中央處理器相連接，當人體被判斷為摔倒時，記錄摔倒的位置；無線模塊，用於發送摔倒的位置；無線終端，用於接收無線模塊發送的信號。
2.根據權利要求1所述的基於步行發電的無線監測報警裝置，其特徵在於，該裝置還包括報警系統，用於與中央處理器相連接，當人體被判斷摔倒時，發出呼救聲音。
3.根據權利要求1或2所述的基於步行發電的無線監測報警裝置，其特徵在於，所述的能量採集與存儲模塊採用了 PZT和PVDF兩種材料，集成到一個鞋底套上，通過人行走時腳尖和腳跟對材料的擠壓來產生電壓。
4.根據權利要求3所述的基於步行發電的無線監測報警裝置，其特徵在於，所述的能量與存儲模塊包括一電源控制電路，所述電源控制電路為Linear公司的晶片LTC3588-1。
5.根據權利要求1或2所述的基於步行發電的無線監測報警裝置，其特徵在於，所述的加速度傳感器為飛思卡爾公司的MMA7^0Q三軸加速度計。
6.根據權利要求1或2所述的基於步行發電的無線監測報警裝置，其特徵在於，所述的中央處理器包括一摔倒識別模塊，其接收加速度傳感器輸入的信息，根據信息通過運算判斷人體是否摔倒，若信號量超過預先設定閥值，則判定為摔倒。
7.根據權利要求6所述的基於步行發電的無線監測報警裝置，其特徵在於，所述的中央處理器還包括運算放大器、對加速度傳感器進來的信號進行放大；AD轉換器、進行信號轉換；MAC模塊，進行運算，並將運算結果傳給摔倒識別模塊。
8.根據權利要求1或2所述的基於步行發電的無線監測報警裝置，其特徵在於，所述的定位系統採用GPS定位或者使用攝像頭記錄環境信息來定位。
9.根據權利要求1或2所述的基於步行發電的無線監測報警裝置，其特徵在於，所述的無線模塊採用手機網絡協議，通過GSM/GPRS網絡將摔倒位置發送給無線終端。
10.根據權利要求1或2所述的基於步行發電的無線監測報警裝置，其特徵在於，所述的中央處理器採用飛思卡爾的56F8013DSC或者TI公司的MSP430、CC4. 30。
全文摘要
本發明所要解決的技術問題是提供一種基於步行發電的可攜式無線摔倒監測及報警系統，包括能量採集與存儲模塊，用於通過步行來採集並存儲電能；加速度傳感器，用於採集肢體的三維加速度信息；中央處理器，用於接收加速度傳感器輸入的信息，根據信息判斷人體是否摔倒；定位系統，用於與中央處理器相連接，當人體被判斷為摔倒時，記錄摔倒的位置；無線模塊，用於發送摔倒的位置；無線終端，用於接收無線模塊發送的信號。其採用人體能發電，系統集成度高功耗低，因而能極大地滿足醫院和家庭醫療監護的要求。
文檔編號H02N2/18GK102446392SQ201110298650
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者古家瑋, 徐舜和, 牛金海 申請人:上海交通大學