三軸加速度傳感器在跌倒檢測中應(yīng)用

1、三軸加速度傳感器在跌倒檢測中的應(yīng)用三軸加速度傳感器在跌倒檢測中的應(yīng)用前言人們在跌倒后會(huì)面臨雙重危險(xiǎn)。顯而易見的是跌倒本身可能對(duì)人體產(chǎn)生傷害；另外，如果跌倒后不能得到及時(shí)的救助，可能會(huì)使結(jié)果更加惡化。例如，許多老年人由于其身體比較虛弱，自理能力和自我保護(hù)能力下降，常常會(huì)發(fā)生意外跌倒，如果得不到及時(shí)的救助，這種跌倒可能會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果。有資料顯示，很多嚴(yán)重的后果并不是由于跌倒直接造成的，而是由于跌倒后，未得到及時(shí)的處理和救護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)跌倒

2、情況時(shí)，如果能夠及時(shí)地通知到救助人員，將會(huì)大大地減輕由于跌倒而造成的危害。不僅是對(duì)老人，在很多其他情況下，跌倒的報(bào)警也是非常有幫助的，尤其是從比較高的地方跌倒下來的時(shí)候。比如人們在登山，建筑，擦窗戶，刷油漆和修理屋頂?shù)臅r(shí)候。這促使人們越來越熱衷于對(duì)跌倒檢測以及跌倒預(yù)報(bào)儀器的研制。近年來，隨著iMEMS加速度傳感器技術(shù)的發(fā)展，使得設(shè)計(jì)基于三軸加速度傳感器的跌倒檢測器成為可能。這種跌倒檢測器的基本原理是通過測量佩戴該儀器的個(gè)體在運(yùn)動(dòng)過程中的

3、三個(gè)正交方向的加速度變化來感知其身體姿態(tài)的變化，并通過算法分析判斷該個(gè)體是否發(fā)生跌倒情況。當(dāng)個(gè)體發(fā)生跌倒時(shí)，儀器能夠配合GPS模塊以及無線發(fā)送模塊對(duì)這一情況進(jìn)行定位及報(bào)警，以便獲得相應(yīng)的救助。而跌倒檢測器的核心部分就是判斷跌倒情況是否發(fā)生的檢測原理及算法。ADXL3451是ADI公司的一款3軸、數(shù)字輸出的加速度傳感器。本文將在研究跌倒檢測原理的基礎(chǔ)上，提出一種基于ADXL345的新型跌倒檢測解決方案。iMEMS加速度傳感器ADXL345

4、iMEMS半導(dǎo)體技術(shù)把微型機(jī)械結(jié)構(gòu)與電子電路集成在同一顆芯片上。iMEMS加速度傳感器就是利用這種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單軸、雙軸甚至三軸加速度進(jìn)行測量并產(chǎn)生模擬或數(shù)字輸出的傳感器。根據(jù)不同的應(yīng)用，加速度傳感器的測量范圍從幾g到幾十g不等。數(shù)字輸出的加速度傳感器還會(huì)集成多種中斷模式。這些特性可以為用戶提供更加方便靈活的解決方案。ADXL345是ADI公司最近推出的基于iMEMS技術(shù)的3軸、數(shù)字輸出加速度傳感器。ADXL345具有2g，4g，8g，

5、16g可變的測量范圍；最高13bit分辨率；固定的4mgLSB靈敏度；3mm5mm1mm超小封裝；40145uA超低功耗；標(biāo)準(zhǔn)的I2C或SPI數(shù)字接口；32級(jí)FIFO存儲(chǔ)；以及內(nèi)部多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測和靈活的中斷方式等特性。所有這些特性，使得ADXL345有助于大大簡化跌倒檢測算法，使其成為一款非常適合用于跌倒檢測器應(yīng)用的加速度傳感器。本文給出的跌倒檢測解決方案，完全基于ADXL345內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測功能和中斷功能，甚至不需要對(duì)加速度的具

6、體數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取和復(fù)雜的計(jì)算操作，可以使算法的復(fù)雜度降至最低。中斷系統(tǒng)圖1給出了ADXL345的系統(tǒng)框圖及管腳定義。圖2Single_Tap和Double_Tap中斷示意4.Activity當(dāng)加速度值超過一定門限（THRESH_ACT）時(shí)，Activity中斷置位。5.Inactivity當(dāng)加速度值低于一定門限（THRESH_INACT）并且持續(xù)超過一定時(shí)間（TIME_INACT）時(shí)，Inactivity中斷置位。TIME_INACT

7、可以設(shè)定的最長時(shí)間為255s。需要指出的是，對(duì)于Activity和Inactivity中斷，用戶可以針對(duì)X、Y、Z軸來分別進(jìn)行使能或禁用。比如，可以只使能X軸的Activity中斷，而禁用Y軸和Z軸的Activity中斷。另外，對(duì)于Activity和Inactivity中斷，用戶還可以自由選擇DCcoupled工作方式或者ACcoupled工作方式。其區(qū)別在于，DCcoupled工作方式下，每個(gè)采樣點(diǎn)的加速度值將直接與門限（THRESH

8、_ACT或THRESH_INACT）進(jìn)行比較，來判斷是否發(fā)生中斷；而ACcoupled工作方式下，新的采樣點(diǎn)將以之前的某個(gè)采樣點(diǎn)為參考，用兩個(gè)采樣點(diǎn)的差值與門限（THRESH_ACT或THRESH_INACT）進(jìn)行比較，來判斷是否發(fā)生中斷。ACcoupled工作方式下的Activity檢測，是選擇檢測開始時(shí)的那一個(gè)采樣點(diǎn)作為參考，以后每個(gè)采樣點(diǎn)的加速度值都與參考點(diǎn)進(jìn)行比較。如果它們的差值超過門限（THRESH_ACT），則Activit

9、y中斷置位。ACcoupled工作方式下的Inctivity檢測，同樣要選擇一個(gè)參考點(diǎn)。如果新采樣點(diǎn)與參考點(diǎn)的加速度差值超過門限（THRESH_INACT），參考點(diǎn)會(huì)被該采樣點(diǎn)更新。如果新采樣點(diǎn)與參考點(diǎn)的加速度差值小于門限（THRESH_INACT），并且持續(xù)超過一定時(shí)間（TIME_INACT），則Inctivity置位。6.Free_Fall當(dāng)加速度值低于一定門限（THRESH_FF）并且持續(xù)超過一定時(shí)間（TIME_FF）時(shí)，F(xiàn)ree