設計了一種基于單片機的老人跌倒檢測裝置，采用加速度、陀螺儀傳感器采集原始信號。在進行數據融合時采用自適應互補濾波算法，從頻域角度消除噪聲。針對該裝置設計了一種計算量小的跌倒檢測算法，并且加入了GPS定位裝置和GSM短信模塊。實驗證明該跌倒檢測算法計算量小、誤判率低，并且能夠實現精準定位。

研究表明，老年人跌倒發生率高，后果嚴重，是老年人的首位傷害死因。而且跌倒的發生概率會隨著年齡的增長而升高，如果能夠及時救助，可有效降低跌倒老人的死亡率。

目前研究開發人體跌倒檢測系統方面的技術主要有兩種：圖像分析法和加速度分析法。基于圖像分析法，準確率高，但是檢測算法繁瑣，成本高，不方便攜帶。基于加速度分析法，不但成本低，而且不受環境的限制，功耗低，方便攜帶。

1系統總體設計

本設計利用六軸陀螺儀加速度計MPU6050進行原始信號的采集，采樣頻率為100 Hz，在進行姿態解算時，利用互補濾波器進行濾波，通過對三軸加速信號進行預處理，引入合成加速度。為了能夠排除干擾，準確檢測出跌倒，將姿態角和合成加速作為特征量，引入三級跌倒檢測算法。一旦檢測出跌倒，立即對老人的位置進行定位，同時閃光燈閃爍。等待30 s后，如果用戶沒有手動取消報警，則蜂鳴器發出聲響，同時向目標手機和120發出報警短信。系統還設置了一鍵報警功能。用戶的家人可以通過向本裝置發送短信來獲取老人的當前位置信息，防止老人走丟。

系統的硬件主要包括慣性測量單元（Inertial Measurement Unit，IMU）、GSM/GPRS模塊、GPS定位模塊、藍牙4.0模塊、以STM32F103ZET6為核心的控制器、電源模塊、按鍵等。系統的結構框圖如圖1所示。

慣性測量單元選用的是InvenSense公司的MPU6050芯片，它能夠同時檢測三軸加速度和三軸角速度，可以輸出數字量，并且傳感器的測量范圍是可選的。加速傳感器的測量范圍選擇為±8 g，陀螺儀的測量范圍選擇為±1 000 dps，可以滿足系統的要求。其外圍電路如圖2所示。利用芯片內部的數字運動處理器進行姿態解算，大大降低了開發的使用難度。

GPS定位模塊選用UBLOX公司的NEO6M模組，該模塊體積小、功耗低、搜星能力強，并且可以連接各種有源天線，非常適合應用到便攜式設備中。

GSM/GPRS模塊選用SIMCOM公司的工業級四頻SIM800芯片，可以實現低功耗語音和數據的傳輸。用戶可以通過AT指令進行撥叫號碼、接收短信、啟動GPRS網絡等功能。

藍牙4.0模塊選用HM13系列的藍牙模塊，用藍牙進行數據傳輸最有利的一個方面就是功耗低。低功耗藍牙技術大幅降低了系統的功耗，只需要用硬幣大小的電池即可保證系統正常運行幾個月，非常適合應用在便攜式設備中。

按鍵的主要功能是提供手動報警和手動取消報警，以降低系統的漏判和誤判對用戶造成的損失，同時還設置了一鍵報警的功能。

2跌倒檢測算法

2.1特征值預處理

運動過程中加速度傳感器測出的X軸、Y軸和Z軸的加速度分別為a2x、a2y和a2z。合成加速度為三軸加速度的平方和再開方。合成加速度的大小可以表征人體運動的激烈程度。

2.2姿態解算

在進行數據解算時通過對角速度積分獲得人體姿態角，短時間內精度高，但是陀螺儀存在漂移誤差，經過積分運算后會變成積累誤差，最終導致電路飽和。相反利用加速度求解姿態角，其測量誤差不會隨時間的積累而增加。但是加速度傳感器在人體運動時會給測量帶來白噪聲，短時間內精度較低。

通過上述分析可知，加速度傳感器低頻段動態響應較好，但是在高頻段表現不好。陀螺儀動態響應好，但是存在漂移誤差。所以在進行數據融合時采用自適應互補濾波算法，從頻域的角度來消除噪聲，發揮它們各自的優勢，輸出穩定可靠的姿態角。互補濾波器的原理框圖如圖3所示。