基于3轴加速度计ADXL345的跌倒检测应用
老年摔倒报警仪的设计与实现
老年摔倒报警仪的设计与实现发布时间：2022-06-17T09:18:23.911Z 来源：《科学与技术》2022年第4期2月作者：齐美晴，周佳伟，仲雪伟，徐铭泽，丛运扬，张琦[导读] 我国每年有大量的老人因为摔倒得不到及时救治，在生命和健康受到威胁的同时，也给家庭带来了沉重的负担齐美晴，周佳伟，仲雪伟，徐铭泽，丛运扬，张琦（沈阳工学院高等职业技术学院，辽宁抚顺）摘要:我国每年有大量的老人因为摔倒得不到及时救治，在生命和健康受到威胁的同时，也给家庭带来了沉重的负担。
本文设计了一种利用STM32F103单片机、ADXL345三轴加速度传感器、GSM通讯和GPS定位模块的老人摔倒报警仪，实现对老人摔倒检测报警，并向报警仪中存储的紧急联系人发送位置信息的功能，以增加老人摔倒后及时获救的机会。
关键词:老年人摔倒;摔倒检测;三轴加速度1.设计背景我国老龄化程度日趋严重，据统计,截至2002年全世界共有39.1万人死于摔倒,当中60岁之上的高达50%以上,70岁之上的约占40%,超过40%~70%的老人摔倒都可能导致伤害,而摔倒已极大危及了老人的生命安全。
而现在年轻人的生活压力和节奏不断加快，因此对老年人的健康监护成亟待解决的热点问题。
我国每年有大量的老人因为摔倒得不到及时救治，在生命和健康受到威胁的同时，也给家庭带来了沉重的负担。
因此为了解决此问题，设计和实现能对老人摔倒进行监测的设备成为必须。
2.设计原理本次设计老人摔倒检测仪中STM32F103单片机是核心控制芯片；三轴加速度传感器ADXL345根据老人摔倒时的加速度变化，将检测信号发送给单片机；GPS模块负责定位老人所处的位置；GSM模块通过插入的手机卡，在摔倒时刻将关键信息发送给预留在检测仪中的紧急联系人，增加被有效施救的机会。
本设计的系统组成框图如图1所示。
图1 系统组成框图本次设计老人摔倒检测仪主要由核心控制芯片、摔倒检测、定位模块、无线通讯模块组成，各部分的具体功能如下：2.1核心控制芯片核心控制芯片采用STM32F103单片机,是一款采用了ARM Cortex-M内核具有高性能、低成本、低功耗的微控制器。
三轴加速度传感器在跌倒检测中的应用
三轴加速度传感器在跌倒检测中的应用前言人们在跌倒后会面临双重危险。
显而易见的是跌倒本身可能对人体产生伤害；另外，如果跌倒后不能得到及时的救助，可能会使结果更加恶化。
例如，许多老年人由于其身体比较虚弱，自理能力和自我保护能力下降，常常会发生意外跌倒，如果得不到及时的救助，这种跌倒可能会导致非常严重的后果。
有资料显示，很多严重的后果并不是由于跌倒直接造成的，而是由于跌倒后，未得到及时的处理和救护。
当出现跌倒情况时，如果能够及时地通知到救助人员，将会大大地减轻由于跌倒而造成的危害。
不仅是对老人，在很多其他情况下，跌倒的报警也是非常有帮助的，尤其是从比较高的地方跌倒下来的时候。
比如人们在登山，建筑，擦窗户，刷油漆和修理屋顶的时候。
这促使人们越来越热衷于对跌倒检测以及跌倒预报仪器的研制。
近年来，随着iMEMS®加速度传感器技术的发展，使得设计基于三轴加速度传感器的跌倒检测器成为可能。
这种跌倒检测器的基本原理是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的加速度变化来感知其身体姿态的变化，并通过算法分析判断该个体是否发生跌倒情况。
当个体发生跌倒时，仪器能够配合GPS模块以及无线发送模块对这一情况进行定位及报警，以便获得相应的救助。
而跌倒检测器的核心部分就是判断跌倒情况是否发生的检测原理及算法。
ADXL3451是ADI公司的一款3轴、数字输出的加速度传感器。
本文将在研究跌倒检测原理的基础上，提出一种基于ADXL345的新型跌倒检测解决方案。
iMEMS加速度传感器ADXL345iMEMS 半导体技术把微型机械结构与电子电路集成在同一颗芯片上。
iMEMS加速度传感器就是利用这种技术，实现对单轴、双轴甚至三轴加速度进行测量并产生模拟或数字输出的传感器。
根据不同的应用，加速度传感器的测量范围从几g到几十g不等。
数字输出的加速度传感器还会集成多种中断模式。
这些特性可以为用户提供更加方便灵活的解决方案。
ADXL345是ADI公司最近推出的基于iMEMS技术的3轴、数字输出加速度传感器。
基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计
基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计简介计步器是一种颇受欢迎的日常锻炼进度监控器，可以激励人们挑战自己，增强体质，帮助瘦身。
早期设计利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的计数器。
晃动这些装置时，可以听到有一个金属球来回滑动，或者一个摆锤左右摆动敲击挡块。
如今，先进的计步器利用MEMS（微机电系统）惯性传感器和复杂的软件来精确检测真实的步伐。
MEMS惯性传感器可以更准确地检测步伐，误检率更低。
MEMS惯性传感器具有低成本、小尺寸和低功耗的特点，因此越来越多的便携式消费电子设备开始集成计步器功能，如音乐播放器和手机等。
ADI公司的3轴加速度计ADXL335, ADXL345和 ADXL346小巧纤薄，功耗极低，非常适合这种应用。
本文以对步伐特征的研究为基础，描述一个采用3轴图1. 各轴的定义让我们考虑步行的特性。
图2描绘了一个步伐，我们将其定义为单位步行周期，图中显示了步行周期各阶段与竖向和前向加速度变化之间的关系。
图2. 步行阶段与加速度模式图3显示了与一名跑步者的竖向、前向和侧向加速度相对应的x、y和z轴测量结果的典型图样。
无论如何穿戴计步器，总有至少一个轴具有相对较大的周期性加速度变化，因此峰值检测和针对所有三个轴上的加速度的动态阈值决策算法对于检测单位步行或跑步周期至关重要。
图3. 从一名跑步者测得的x、y和z轴加速度的典型图样算法步伐参数数字滤波器：首先，为使图3所示的信号波形变得平滑，需要一个数字滤波器。
可以使用四个寄存器和一个求和单元，。
当然，可以使用更多寄存器以使加速度数据更加平滑，但响应时间会变慢。
图4. 数字滤波器图5显示了来自一名步行者所戴计步器的最活跃轴的滤波数据。
对于跑步者，峰峰值会更高。
图5. 最活跃轴的滤波数据动态阈值和动态精度：系统持续更新3轴加速度的最大值和最小值，每采样50次更新一次。
平均值(Max + Min)/2称为“动态阈值”。
基于Arduino和三轴加速度传感器的跌倒检测报警系统
随着人类生活水平的不断提高，人口老龄化成为一个全球性的发展趋势。
目前，我国已经进入了老龄化社会，老年人的身心健康问题得到人们更多的关注。
老年人因生理结构衰老和身体机能减退，发生意外跌倒的概率和频率非常高。
跌倒可以导致老年人身体组织挫伤、骨折甚至危及生命，并从心理上给老年人造成了压力和恐惧感。
实际上很多伤亡并不是由于意外跌倒本身造成的，而是由于跌倒发生后，老年人没有得到及时的救治造成的。
尤其现在社会上存在很多讹诈现象，导致人们不敢轻易伸出援助之手。
因此，在老年人发生跌倒后，如何尽早被发现，并发出求救信号进行及时救治变得格外重要。
为了老年人更健康地生活，研究设计一个老年人的跌倒检测与报警系统具有十分重要的研究价值和实际意义。
目前，研究开发人体跌倒检测系统方面的技术有很多种，最常见的是图像分析和加速度分析法。
都是基于视频图像分析的室内跌倒自动检测系统，这种技术准确性高，人体动作清晰可见，但需要多部摄像机同时工作，且暴露了用户的个人隐私，监测范围有限，受环境的影响也很大。
另一种加速度分析方法，主要基于微机电系统（Micro-Electromechanical System，MEMS）传感器。
MEMS 技术近几年得到了快速发展，广泛应用在跌倒检测、状态检测、运动检测等方面。
文献[7-9]都是利用MEMS技术进行人体跌倒检测的，目前国内一些基于MEMS 技术的跌到检测虽可较好实现跌倒检测，但大多计算量较大、设计复杂、价格昂贵，难以得到广泛的应用。
设计一种基于Arduino和三轴加速度传感器的跌倒检测报警系统，实时采集人体加速度参数和地理位置信息，应用于老年人意外跌倒后及时报警，兼具了性价比高、设计简单、实时性高、低功耗、可扩展的特点，实验证明了该系统的可行性和准确性。
1 系统总体设计跌倒检测报警系统由Arduino最小系统、加速度参数采集模块、GPS定位模块、GSM通信模块组成，其系统框图如图1所示。
图1 跌倒检测报警系统框图Arduino实时接收加速度参数采集模块传来的人体加速度参数值，单片机通过接收来的加速度值，经过跌倒检测算法来判断穿戴者的体态，如果检测出跌倒的发生，便触发跌倒报警机制。
基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计毕业设计
基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计毕业设计基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计摘要计步器是一种颇受欢迎的日常锻炼进度监控器，可以激励人们挑战自己，增强体质，帮助瘦身。
早期设计利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的计数器。
晃动这些装置时，可以听到有一个金属球来回滑动，或者一个摆锤左右摆动敲击挡块。
计步器功能可以根据计算人的运动情况来分析人体的健康状况。
而人的运动情况可以通过很多特性来进行分析。
比如人在运动时会产生加速度。
本文介绍了利用人运动时产生加速度变化来检测步数的计步器实现方案，利用具有体积小，功耗低，三轴高精度加速度传感器ADXL345，芯片内部即可把数据采集来的数据处理为数字数据，采集到加速度数据以后加以适当的算法就可以实现计步功能。
本文设计了一款基于加速度传感器ADXL345的计步器。
详细介绍了计步器的软件算法的实同时芯片中还集成了SPI和I²C接口，可以方便地将数据传输到主控芯片。
该系统设计简单，实现方便。
该芯片也可以扩展到其它需要测量加速度的应用场合，具有非常广阔的应用前景。
关键字：计步器加速度传感器ADXL345 低功耗基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计Based on three accelerometer ADXL345 company-wide functionalpedometer designAbstractPedometer is a popular daily exercise, can inspire people progress monitors challenge yourself, enhanced physique, help thin body. Early design of mechanical switch detection using aggravated with a simple steps, and the counter. When shaking these devices, can hear a metal ball slide back and forth, or a pendulum swings around percussion block pieces.Pedometer function can according to the calculated a people's movement situation to analyze a healthy condition of body. But the person's movements can pass a lot of properties for analysis. Such as people in motion produces acceleration. This paper describes the use of people move to detect changes generated when the acceleration of steps, utilization of implementation scheme pedometer, small size, low power consumption, high ADXL345 three axis acceleration sensor, chip can put the data acquisition to internal data processing for the digital data acquisition to acceleration data, after appropriate algorithm can achieve plan step function. This paper introduces the design of a paragraph of the pedometer ADXL345 based on acceleration sensor. Introduces the software algorithm real pedometer while the SPI has integrated chip I²C interface, and I can be conveniently data transmission to the main control chip. The system is simple in design, realization convenient. The chip can also extend to other need to measure the applications, the acceleration is very broad application prospect.KEY WORDS pedometer acceleration sensor ADXL345 low power consumption基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计毕业设计目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1 绪论 (1)2 课题研究背景及意义 (2)2.1 光电计步器 (2)2.2基于射频技术的短跑训练计步器 (4)2.3 基于加速度传感器的计步器 (5)3 ADXL3XX系列产品简介及本次设计方案的提出 (6)3.1 ADXL335, ADXL345和ADXL346三轴加速度计的区别 (7)3.1.1 ADXL335的简介、特点及功能框图 (7)3.1.2 ADXL346的简介、特点及功能框图 (9)3.1.3 ADXL345的简介、特点及功能框图 (11)3.2 本次系统总体设计方案的提出 (14)3.2.1 ADXL345中断及寄存器功能分析 (13)3.2.2 系统总体设计方案 (15)4 系统硬件设计各模块电路 (17)4.1 传感器电路连接模块 (17)4.1.1 ADXL345的两种串行通信模式简介 (16)4.1.2 传感器模块连接 (18)4.2 微处理器模块 (21)4.3 EEPROM模块 (22)4.4 显示模块 (23)5 软件设计 (27)基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计5.1 软件总体设计 (27)5.2 算法的实现 (28)6 结论 (32)致谢 (33)参考文献 (36)附录1 加速度计步器ADXL345简介 (38)附录2 整机电路图 (41)附录3 源程序 (41)1 绪论随着社会的发展，人们的物质生活水平日渐提高，人们也越来越关注自己的健康。
基于ADXL345防跌倒检测装置的研制
基于ADXL345防跌倒检测装置的研制付慧群;张秀峰;刘文涛【摘要】针对一些老年人在行走或站立时突发跌倒的情况,开发了一种跌倒检测装置.通过这种检测装置,在老年人跌倒触地前发出电信号触发穿戴式气囊保护装置开关快速充气,以保护要着地的人体部位.研究主要基于ADXL345三轴加速度计构建一单片机系统,通过理论分析、算法研究及实验研究等实现了该检测装置的功能.实验结果表明:该系统灵敏、可靠,可以在人体跌倒0.15 s内发出警报信号,并为穿戴式气体保护装置提供准确的触发信号.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】4页(P90-93)【关键词】三轴加速度计;跌倒阈值;防跌倒;检测装置【作者】付慧群;张秀峰;刘文涛【作者单位】民政部一零一研究所,北京100070;国家康复辅具研究中心,北京100176;哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TP216+.3随着我国社会发展，人口老龄化趋势逐渐明显。
根据2010年全国第六次人口普查[1]结果，我国60岁以上人口数已经接近1.78亿，65岁以上人口数接近1.19亿，说明我国早已经处于老龄化社会。
在老年人群中摔倒是比较突出的现象，据国内外学者调查研究[2-5]，65岁以上人群中每年有1/3的人发生一次或者一次以上的跌倒， 80岁以上的老年人群在一年中跌倒的概率甚至会达到50%。
在美国跌倒已经成为70周岁以上老年人死亡的第六大原因，在英国跌倒是75岁以上老年人受损伤后的主要死亡原因,在我国每年至少有2千万老年人发生跌倒。
跌倒产生的医疗费用极高，如何减少跌倒造成的伤害已经成为国内外研究人员的一个研究焦点。
国外防跌倒的相关研究比国内起步早一些[6]，韩国首尔大学的研究人员研究了一款佩戴于人体胸部的跌倒探测系统，它由加速度传感器、陀螺仪、倾角传感器组成。
如果人体的胸部角度变化70°，并且加速度变化非常剧烈则认为人体摔倒。
基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计
基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计一、引言计步器是一种用于测量人体步数的设备，被广泛应用于健康管理、运动监测等领域。
本文基于3轴加速度计ADXL345，设计了一款全功能计步器，通过测量人体的步行运动来计算步数，并提供一些辅助功能，如距离测量、卡路里消耗等。
二、ADXL345加速度计简介ADXL345是一款微小、低功耗、3轴加速度计。
它可测量垂直于传感器平面的力、正负g力沿X、Y和Z三个轴的加速度。
ADXL345具有高分辨率（最高13位）、可调范围（±2g至±16g）和高速数据抽样率（最高3200Hz）等特点，适用于各种运动检测应用。
三、计步器设计原理计步器的设计原理基于人体行走时的加速度变化。
当人体行走时，腿部会受到地面的冲击力，导致加速度发生变化。
根据这一原理，可以通过检测加速度变化来计算步数。
四、硬件设计1. 硬件平台选择：Arduino Uno2.加速度计选型：ADXL3453.电源：使用锂电池供电4.显示屏：使用OLED显示屏显示步数、距离、卡路里消耗等信息5.按钮：提供用户操作界面，如重置步数、切换显示信息等五、软件设计1.初始化ADXL345：配置ADXL345为测量模式，设置测量范围、数据输出速率等参数。
2.获取加速度：通过ADXL345读取X、Y、Z三个轴上的加速度数据。
3.处理加速度数据：通过计算得到合成加速度，根据合成加速度的变化判断是否发生步行动作。
4.计步算法：使用阈值或峰值检测算法，统计步数。
5.显示数据：将步数、距离、卡路里消耗等信息显示在OLED屏幕上。
6.用户操作：通过按钮进行重置步数、切换显示信息等操作。
六、功能实现1.计步功能：通过加速度检测步行动作，实时计算步数。
2.距离测量：结合步长等因素，根据步数计算行走距离。
3.卡路里消耗：结合体重等因素，根据步数计算卡路里消耗量。
4.数据存储：将步数、距离、卡路里消耗等数据存储到EEPROM中，以允许断电后数据不丢失。
基于ADXL345的人体跌倒监测装置的设计
基于ADXL345的人体跌倒监测装置的设计
代金鑫;于灵奇;何亮;张婧婧
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2022(30)23
【摘要】随着全球人口老龄化加剧,独自外出的老年人和独居老人跌倒的发生率很高,老年人跌倒会带来很多的安全隐患,不及时得到救助会带来严重的后果甚至危及生命。
所以我们需要实时监测老年人是否发生了跌倒,如果检测到跌倒,系统就要迅速发出报警信息向周围人和监护人求助。
本文设计了一款具有人体跌倒监测功能的装置。
系统以STC89C52单片机为核心控制器,利用ADXL345加速度传感器实现对人体姿态的实时监控,ADXL345加速度传感器采集人体静态时的倾角数据和人体动态时的重力加速度数据,将采集到的数据通过LCD1602液晶屏显示。
当系统检测到人体的倾斜度大于45度,且三个正交方向上产生的合加速度大于20时,则判断老年人为跌倒状态。
判断人体处于跌倒状态后,单片机会驱动蜂鸣器工作发出警报声从而提醒附近人员对其提供帮助,系统也会通过GSM通信模块向监护人发送警报信息以此提醒监护人。
【总页数】4页(P11-14)
【作者】代金鑫;于灵奇;何亮;张婧婧
【作者单位】湖北文理学院物理与电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】R47
【相关文献】
1.基于多点传感融合算法的人体跌倒监测系统设计
2.基于STM32的人体跌倒报警装置的设计
3.人体跌倒监测方法及装置设计
4.基于阈值分类算法的人体运动状态监测装置设计
5.基于无线运动传感器节点的人体运动状态监测装置设计
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