基于安卓平台MEMS/磁传感器/GPS的跌倒智能报警系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于安卓平台MEMS/磁传感器/GPS的跌倒智能报警系统与方法，该系统包括：三轴加速度传感器，用于采集手机的三轴加速度数据；磁传感器，用于采集手机所在位置的地磁场强度数据；陀螺仪，用于采集手机的三轴角速率数据；GPS用于获取携带者的位置信息；数据分析模块，用于根据三轴加速度传感器、陀螺仪和磁传感器的数据求得手机的姿态和实时的姿态旋转矩阵；第一跌倒判断模块，用于初步判断是否跌倒；第二跌倒判断模块，用于最终是否为跌倒；报警模块，用于向医疗机构及亲人发送携带者位置和身体状态。本发明专利技术在传统的姿态解算算法的基础上，针对跌倒检测这一特殊使用场合，提出了新的自适应调参姿态解算算法，实现了跌倒的准确检测。

Fall intelligent alarm system and method based on Android platform MEMS/ magnetic sensor /GPS

The invention discloses an intelligent alarm system and method of Android fell MEMS/ magnetic sensor based on /GPS platform, the system includes three axis acceleration sensors for three axis acceleration data acquisition of the mobile phone; magnetic sensor for acquisition of mobile phone location of the geomagnetic field intensity data; three axis angular rate gyroscope, used for data acquisition of mobile phone GPS is used to get the location information; carriers; data analysis module, according to the three axis accelerometer, gyroscope and magnetic sensor data to obtain the attitude and attitude of mobile phone real time rotation matrix; the first fall judgment module used to preliminarily determine whether fall; fall second is used in the final judgment module, alarm module, used to send the fall; from the medical institution and the relatives of carriers and body position. Based on the traditional attitude calculation algorithm, this paper proposes a new adaptive algorithm for attitude adjustment, which is used to detect the fall accurately.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器检测
，尤其涉及一种基于安卓平台MEMS/磁传感器/GPS的跌倒智能报警系统与方法。
技术介绍
从现今国内外的研究成果来看，关于老年人跌倒时进行报警的方法种类繁多，有些公司的成熟产品已经在市场上出现了。根据各项产品在研发和使用中得到跌倒信息的形式和来源不同，最核心的方法可分为以下三类：1.老年人自主启用的跌倒报警设备：老年人随身携带一个独立于手机之外跌倒报警设备。当跌倒后，老人自主按下按钮实现报警，在后台通过专业人员实现对报警信号的转发与管理，比如立刻告知报警老年人的亲友或医生等。现有的报警系统例如飞利浦个人急救报警系统。2.基于图像信息检测的跌倒报警系统：在日常使用时，可以设置在老年人容易发生跌倒的地方，当老年人在图像信息中出现非正常情况下的身体移动或位置姿态变化时，检测跌倒行为的发生，实现自动报警。诸如英国学者研究对非正常运动行为的检测。3.气囊类被动安全保护装置:受汽车安全气囊在遇到交通事故时功能的启发,早稻田大学的井上昌男等学者利用加速度传感器，经过统计和反复的试验，确定了在老年人跌倒时的加速度大于某一特定阈值的时候便自动启动安全气囊来减小跌倒给老年人带来的各种伤害。以上各种方式均存在一定的不足之处，其中方式1必须携带一个独立的报警设备且要求老人自主按下报警按钮不能实现自动报警；方式2需要相关的视频检测设备成本较高，且使用受时间空间上的限制；方式3只利用加速度计一种传感器，所获取的数据很有限，误报警率高。因此，针对当今社会老年人跌倒问题的现状，结合智能手机、惯性技术姿态检测应用的发展，本申请提出将惯性技术应用于跌倒检测，开发了一种基于智能手机内置MEMS(加速度计、陀螺仪)、磁力计和GPS传感器的跌倒检测报警系统。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于安卓平台MEMS/磁传感器/GPS的跌倒智能报警系统与方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于安卓平台MEMS/磁传感器/GPS的跌倒智能报警系统，包括：三轴加速度传感器，用于采集手机的三轴加速度数据；磁传感器，用于采集手机所在位置的地磁场强度数据；陀螺仪，用于采集手机的三轴角速率数据；GPS，采集携带者位置数据；数据分析模块，用于根据三轴加速度传感器、陀螺仪和磁传感器的数据求得载体的姿态和实时的姿态旋转矩阵然后根据姿态旋转矩阵求得载体系下(b系)加速度(即加速度计测得的加速度)在参考系下(n系)的投影第一跌倒判断模块，用于计算与重力常量g差的绝对值，若且持续时间大于等于t1，则初步判断为跌倒，其中C为跌倒判断阀值；第二跌倒判断模块，用于判断t2时间后，在时间t3内若Δγ>10°或Δθ>10°，即判断为跌倒，其中Δγ为载体俯仰角变化值，Δθ为载体横滚角变化值，否则视为干扰；报警模块，用于若第二跌倒判断模块判断为跌倒，向医疗机构及亲人发送携带者位置和身体状态。一种基于安卓平台MEMS/磁传感器/GPS的跌倒智能报警方法，包括以下步骤：1)数据采集：通过传感器采集人体的三轴加速度数据、人体所在位置的地磁场强度数据、三轴角速率数据；2)数据分析：根据三轴加速度传感器、陀螺仪和磁传感器的数据求得载体的姿态和实时的姿态旋转矩阵具体如下：2.1)根据三轴加速度传感器计算为加速度模值，若满足转入步骤2.2)，若或者转入步骤2.5)；2.2)对三轴加速度传感器和磁传感器的数据进行归一化处理；2.3)利用三轴加速度传感器和磁传感器的数据，对陀螺仪数据进行校正：errorpω|k＝kp1accerror|k+kp2magerror|kerrorIntω|k＝errorIntω|k-1+(ki1accerror|k+ki2magerror|k)t ω ^ b | k = ω b | k + errorp ω | k + errorInt ω | k ]]>errorpω|k和errorIntω|k分别为误差比例项和积分项，t为传感器采样间隔，ωb为陀螺仪的输出数据；为陀螺仪校正后的数据；2.4)将校正后的陀螺仪数据带入四元数微分方程，更新四元数，即可得载体俯仰角、横滚角和航向角；2.5)通过陀螺仪积分解算姿态；3)根据姿态旋转矩阵求得载体系下(b系)加速度(即加速度计测得的加速度)在参考系下(n系)的加速度4)计算与重力常量g差的绝对值，若且持续时间大于等于t1，则初步判断为跌倒，其中C为跌倒判断阀值；5)初步判断为跌倒起t2时间后，在时间t3内若Δγ>10°或Δθ>10°，即判断为跌倒，否则视为干扰。按上述方案，所述步骤2.3)中采用模糊控制的方法，根据载体不同运动状态求取的参数accerror自动调节kp1和ki1。按上述方案，所述步骤2.3)中，根据载体不同运动状态求取的参数accerror自动调节kp1和ki1，具体公式如下：其中c1、c2、c3、c4、c5、c6为系数常数。本专利技术产生的有益效果是：1.本专利技术在传统的姿态解算算法的基础上，针对跌倒检测这一特殊使用场合，提出了模糊自适应调参姿态解算算法，实现了跌倒的准确检测；2.因为载体运动状态比较复杂，如果对加速度计设置固定的比例增益和积分增益，姿态估计效果并不好；本专利技术提出了以加速度计求得的陀螺仪X/Y轴的误差为依据调整互补滤波器的比例增益和积分增益，从而达到自适应调节控制器参数获取更加精确姿态的目的；3.本专利技术使用的传感器可依附于智能手机，减少了硬件投入，提高了本专利技术应用的普及性，实现老人跌倒报警，快速呼救，确保得到及时救助。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的方法流程图；图2是本专利技术实施例的算法流程图；图3是本专利技术实施例的改进的模糊自适应互补滤波器结构框图；图4是本专利技术实施例的|accerrorx|的隶属度函数图；图5是本专利技术实施例的的隶属度函数图；图6是本专利技术实施例的的隶属度函数图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，一种基于安卓平台MEMS/磁传感器/GPS的跌倒智能报警方法，包括以下步骤：1)数据采集：通过传感器采集手机的三轴加速度数据、地磁场强度数据、三轴角速率数据和位置数据；2)数据分析：根据三轴加速度传感器、陀螺仪和磁传感器的数据求得载体的姿态和实时的姿态旋转矩阵本专利技术采用模糊自适应调参姿态解算算法来求得载体的姿态具体如下：如图2所示，2.1)根据三轴加速度传感器计算为加速度模值，若满足转入步骤2.2)，若或者转入步骤2.5)；2.2)对三轴加速度传感器和磁传感器的数据进行归一化处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于安卓平台MEMS/磁传感器/GPS的跌倒智能报警系统，其特征在于，包括：三轴加速度传感器，用于采集手机的三轴加速度数据；磁传感器，用于采集手机所在位置的地磁场强度数据；陀螺仪，用于采集手机的三轴角速率数据；GPS，采集携带者位置数据；数据分析模块，用于根据三轴加速度传感器、陀螺仪和磁传感器的数据求得载体的姿态和实时的姿态旋转矩阵然后根据姿态旋转矩阵求得载体系下三轴加速度在参考系下的投影所述载体系为手机横轴、纵轴和垂直手机平面的轴向构成的正交坐标系，所述参考系为导航坐标系，这里取地理坐标系作为导航坐标系；第一跌倒判断模块，用于计算与重力常量g差的绝对值，若且持续时间大于等于t1，则初步判断为跌倒，其中C为跌倒判断阀值；第二跌倒判断模块，用于判断t2时间后，在时间t3内若Δγ>10°或Δθ>10°，即判断为跌倒，其中Δγ为载体俯仰角变化值，Δθ为载体横滚角变化值，否则视为干扰；报警模块，用于若第二跌倒判断模块判断为跌倒，向医疗机构及亲人发送携带者位置信息和身体状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于安卓平台MEMS/磁传感器/GPS的跌倒智能报警系统，其特征在于，包括：三轴加速度传感器，用于采集手机的三轴加速度数据；磁传感器，用于采集手机所在位置的地磁场强度数据；陀螺仪，用于采集手机的三轴角速率数据；GPS，采集携带者位置数据；数据分析模块，用于根据三轴加速度传感器、陀螺仪和磁传感器的数据求得载体的姿态和实时的姿态旋转矩阵然后根据姿态旋转矩阵求得载体系下三轴加速度在参考系下的投影所述载体系为手机横轴、纵轴和垂直手机平面的轴向构成的正交坐标系，所述参考系为导航坐标系，这里取地理坐标系作为导航坐标系；第一跌倒判断模块，用于计算与重力常量g差的绝对值，若且持续时间大于等于t1，则初步判断为跌倒，其中C为跌倒判断阀值；第二跌倒判断模块，用于判断t2时间后，在时间t3内若Δγ>10°或Δθ>10°，即判断为跌倒，其中Δγ为载体俯仰角变化值，Δθ为载体横滚角变化值，否则视为干扰；报警模块，用于若第二跌倒判断模块判断为跌倒，向医疗机构及亲人发送携带者位置信息和身体状态。2.一种基于安卓平台MEMS/磁传感器/GPS的跌倒智能报警方法，其特征在于，包括以下步骤：1)数据采集：通过传感器采集手机的三轴加速度数据、所在位置的地磁场强度数据、三轴角速率数据；2)数据分析：根据三轴加速度传感器、陀螺仪和磁传感器的数据求得载体的姿态和实时的姿态旋转矩阵具体如下：2.1)根据三轴加速度传感器输出值计算其中为加速度模值，若满足转入步骤2.2)，若或者转入步骤2.5)；2.2)对三轴加速度传感器和磁传感器的数据进行归一化处理；2.3)利用三轴加速度传感器和磁传感器的数据，对陀螺仪数据进行校正：errorpω|k＝kp1accerror|k+kp2magerror|kerrorIntω|k＝errorIntω|k-1+(ki1accerror|k+ki2magerror|k)t ω ^ b | k ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，王荣颖，马恒，卞鸿巍，肖豆，
申请(专利权)人：陈雷，肖豆，
类型：发明
国别省市：湖北;42