摘要：跌倒探测仪适用于自理能力和自我保护能力比较差的老年人和儿童，它通过测量佩戴该仪器的个体在运动过程中的三个正交方向上的加速度来感知其身体姿态的变化，并可按照需要进行报警和发布。

　　跌倒探测仪由加速度传感器、数据处理模块、电源和通信模块构成。其中传感器测量对象的加速度矢量；处理器模块负责采集加速度传感器的数据，分析判断对象的身体姿态并控制报警及报警信息的发布；电源模块负责为整个系统提供电力供给；通信模块负责将报警信息通过一定的协议进行发布。

　　关键技术

　　人体运动模型的建立

　　在姿态转变过程中，重力将成为影响这一运动过程的主要因素。跌倒过程中，对象的加速度、速度和位移三种矢量均发生了变化。

　　建立直角坐标系，x、y、z轴相互正交，任意空间方向上的矢量变化均可以分解成x、y、z三个方向上的分量变化。使用者正确佩戴跌倒探测器且处于静止或水平匀速运动状态下，z轴方向的加速度为重力加速度（g），其他两个方向上加速度为0。当佩戴者跌倒时，如果仅考虑初始状态和最终状态就可以发现，理想情况下z轴分量发生从最大值（1g）变化为0，而x或y轴的分量则从0变化为最大（1g），具体是x轴还是y轴发生这一变化，则由佩戴者跌倒后的姿态决定--平卧为x轴变化，侧卧为y轴变化。如果身体姿态介于平卧和侧卧之间，则x轴和y轴的加速度分量将满足\sqrt{x^{2}+y^{2}}=1g（站立情况下这个矢量和为0），仍然能够通过计算分析得出与站立不同的加速度分布。

　
　　但是在实际情况中，仅根据加速度分量的改变很难分辨卧倒姿态的形成原因，容易出现很多假阳性（检测到跌倒而实际没有跌倒）或假阴性（未检测到跌倒而实际出现跌倒）。因此，需要算法作进一步改进。一般来说，假阳性情况可以通过对加速度在时间域进行一次积分求速度、两次积分求位移的方式，全方位分析佩戴者身体姿态变化加以筛选；而假阴性情况除采用上面的全面姿态分析外，还需要佩戴者自主参与才能有效提高检出效率。因此，建立人体跌倒过程的运动模型，提取跌倒过程中身体姿态变化的特征参数是准确检测跌倒并发布报警信息的关键。

　　无线通信及空间定位信息获取

　　跌倒报警必须及时送达救助中心才能够保证救助的有效性，报警信息的及时发布要求包含两层含意：其一是报警信息不会因为跌倒探测器佩戴者的行动和所处的位置受到影响；其二，发布的报警信息中应该包括佩戴者跌倒的地理位置内容，这样才能保证跌倒者得到有效救助。

　　采用无线通信的方式发布跌倒报警信息非常适合能够自由行动的配戴者，无线通信技术从技术成熟度、运行成本角度也都非常适用。从技术实现和成本方面考虑，选择cdma通信方式更加适合跌倒探测器设计目的的实现。

　　系统方案设计

　　需求分析

　　身体姿态监测

　　通过三轴加速度传感器的测量值，利用相应算法计算出佩戴者的身体姿态。当出现跌倒动作时，能够触发mcu中断处理。

　　报警控制机制

　　使用者可根据自己的身体状况选择是否报警，当使用者已无法控制自己行为时，本产品应能够保证自动实施报警。

　　计步器

　　在一般佩戴过程中，用户可使用该项功能，为自己的步行健身活动提供量化的参考信息。

　　空间定位

　　在实施跌倒报警时，应为报警信息接受方提供报警地点的空间定位信息，保证有效救助及时到达。

　　无线通讯

　　能够将报警和定位信息通过无线方式传输到相关人员处。

　　供电采用锂电池

　　部分信息显示使用液晶屏

　　系统架构设计

　　根据跌倒探测器的需求分析，具体的实现方案设计采用如图2所示的架构。该架构基于高性能、低功耗mcu--mc9s08qg8，通过获取加速度传感器的采集信息，经分析和计算后实现跌倒探测及报警等多项功能。

　　硬件设计

　　硬件设计围绕mcu展开，产品采用mc9s08qg8芯片，如何充分利用芯片资源，妥善完成产品的各项任务处理，是设计的关键。参考系统结构框架，根据功能模块划分，系统的硬件设计详细描述如下：

　　加速度采集电路

　　加速度采集使用mma7260qt，该芯片输出为模拟信号，需进行a/d转换后才能进行数据处理。mc9s08qg8芯片的pa脚为复用通道，可根据需要设置为i/o、键盘中断或a/d采样通道。本设计将利用mc9s08qg8芯片内部的a/d模块实现模数转换，具体实现中采用pa0、pa1和pa2作为三轴加速度的采集通道，与mma7260qt的xout（pin15）、yout（pin14）和zout（pin13）相连，a/d采样的控制时钟通过软件配置mc9s08qg8相应控制寄存器完成。

　　mcu外围电路

　　本设计中，mcu外围电路包括电源与时钟、数据缓存和按键电路三部分构成，下面分别描述。

　　电源与时钟

　　功能组件包括mcu、液晶、按键