基于STM32的跌倒防护装置研究

摘要：基于STM32的用于老年人跌倒防护的装置，由控制模块，传感器模块，防护挽救模块组成。控制模块以STM32为核心，控制模块接收传感器模块检测的加速度、角速度信号，使用阈值判断法进行分析，并能够在老年人发生跌倒但未完全着地前为后面开启防护措施提供信号，从而避免老年人受伤害。实验显示，本系统采用的跌倒判断算法准确度高，系统可靠性高、结构简单。
关键词：跌到检测；阈值算法；加速度计；陀螺仪；STM32

随着老年人口的剧增，老龄化问题成为当前社会的最突出问题。目前已知世界范围内60岁以上的老年人口已超过6亿。跌倒对于老年人群而畜是一个很严重的问题，除了肢体上的伤害，跌倒之后在心理及社交生活上也可能造成严重的后遗症。据统计，约三分之一65岁以上老人平均每年跌倒一次。面对这种情况，开发跌倒智能探测和报警系统，具有极其重要的现实意义和社会意义。
目前的跌倒检测可分为三类：基于视频图像的跌倒检测，其不足之处是受空间上的限制、视频图像的质量受环境影响较大和不能保证用户的隐私安全；基于声学系统的跌倒检测，其不足之处是安装复杂且资金投入比较大；基于穿戴式装置的跌倒检测，不受空间限制、环境干扰相对较小。
本系统开发的是基于穿戴式装置的防跌倒装置系统，是通过加速度计和陀螺仪对老年人身体姿态和运动的实时检测，采集到人体的加速度和角速度，再经过徽处理器使用阈值判断法进行分析，并在未着地之前报警和进行防护措施。本系统采用加速度计、陀螺仪和阈值判断法使准确度提高，日常行为的误报低，并且实施保护防止老年人受到跌倒带来的伤害。

1 系统总体设计
根据老人防跌倒装置系统原理，整个系统有二部分组成：跌倒检测部分和防护挽救部分。而跌倒检测部分又由两部分组成：系统的硬件设计和软件算法，软件算法使用阈值判断法，硬件由以下四部分组成：
1)传感器模块：用加速度计、陀螺仪实时采集人体加速度信号和角速度信号，再通过A／D转换成数字信号传送到STM32核心控制模块上。
2)SIM32核心控制模块：接收传感器A／D转换后的信号进行处理、分析并判断是否符合跌倒条件，再通过D／A对安全气囊进行动作。
3)无线传输模块：它是用于本模块与上位机进行无线通信，使上位机得到数据并设计出跌倒检测的算法，并根据算法进行了实验。
4)防护挽救模块：通过STM32核心控制模块对其发送动作的信号，在老人没跌倒在地之前进行保护。
本文主要介绍跌倒检测部分，即硬件设计部分和软件算法。系统的整体构图如图1。

2 硬件电路设计
2．1 STM32F103RBT6单片机
基于穿戴式装置要求系统轻便小巧和事前判断跌倒发生要求处理单元运行速度足够快等因素考虑。本系统选用高性能的ARM?CortexTM—M3 32位的RISC内核单片机STM32F103RBT6作为主处理单元，工作频率为72 MHz，内置高速存储器，丰富的增强I／O端口和联接到2条APB总线的外设。