[發(fā)明專利]一種基于中斷驅(qū)動的低功耗跌倒檢測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710360574.3
• 申請日: 2017-05-21
• 公開（公告）號: CN106960542B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何堅(jiān);劉樂園;張子浩;余立
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G08B21/04
• 分類號: G08B21/04
• 代理公司: 11203 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張慧

1.一種基于中斷驅(qū)動的低功耗跌倒檢測裝置，其特征在于，包括：集成了3軸加速度、陀螺儀的MPU6050傳感器采集檢測對象活動的3軸加速度、角速度數(shù)據(jù)，CC2530 MCU、FT232 RQ串口通信芯片、LP2992鋰電池控制芯片和MAX1555充電控制器；其中，采用有限狀態(tài)機(jī)對跌倒過程建立模型，該模型有6個狀態(tài),每個狀態(tài)的任務(wù)及狀態(tài)之間的關(guān)系如下：

1)F0狀態(tài)：初始狀態(tài)，即復(fù)位狀態(tài)，此狀態(tài)對系統(tǒng)進(jìn)行初始化；

2)F1狀態(tài)：自由下落狀態(tài)，將是否出現(xiàn)自由下落現(xiàn)象作為判斷跌倒的第一個依據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)自由下落現(xiàn)象時會觸發(fā)MPU6050的自由下落中斷，自由下落中斷的工作過程如下：

a)MPU6050的FIFO緩存被觸發(fā)，緩存按照FIFO的模式保存了自由下落中斷觸發(fā)前2秒鐘內(nèi)采樣到的3軸加速度、角速度數(shù)據(jù)；

b)CC2530啟動定時器，該定時器是遞歸的，即當(dāng)前一個定時器到期時，它將啟動另一個特定時長的定時器；

c)如果自由下落中斷被斷言超過150ms，進(jìn)入F2狀態(tài)，否則進(jìn)入F1狀態(tài)；

3)F2狀態(tài)：撞擊狀態(tài)，通過設(shè)置MPU6050的運(yùn)動中斷可以檢測這個撞擊狀態(tài)，運(yùn)動中斷的工作過程如下：

d)設(shè)置運(yùn)動中斷為非使能狀態(tài)；

e)CC2530檢索FIFO緩存中前0.5秒鐘的數(shù)據(jù)，并計(jì)算它們的平均值作為檢測對象身體姿勢的初始值；

f)如果在運(yùn)動中斷產(chǎn)生后2秒內(nèi)非運(yùn)動中斷被激活，則系統(tǒng)進(jìn)入F3，否則返回F0；

4)F3狀態(tài)：非運(yùn)動狀態(tài)，通過MPU6050的非運(yùn)動中斷來檢測，非運(yùn)動中斷的工作過程如下：

g)CC2530檢索FIFO緩存中最后0.5秒鐘的數(shù)據(jù)，并計(jì)算它們的平均值作為檢測對象身體姿勢的最終值；

h)在運(yùn)動中斷產(chǎn)生2秒鐘后，如果發(fā)生非運(yùn)動狀態(tài)斷言，算法進(jìn)入F4；

5)F4狀態(tài)：比較身體姿勢的初始值與最終值，依據(jù)F3獲得的檢測對象身體姿勢的最終值與F2獲得的初始值對比值作為檢測是否跌倒的第4個依據(jù)，此狀態(tài)的工作過程如下：

i)計(jì)算身體姿勢的最終值與初始值之間的差值，若差值大于設(shè)定閾值，系統(tǒng)產(chǎn)生跌倒警報，并將運(yùn)動中斷設(shè)置為使能狀態(tài)，同時進(jìn)入F5；

j)將非運(yùn)動中斷的檢測時間設(shè)成10秒，進(jìn)而判斷檢測對象跌倒后是否存在較長時間無法運(yùn)動的狀態(tài)；

k)若在F4時，系統(tǒng)再次檢測到運(yùn)動中斷，這表明跌倒撞擊給檢測對象造成的傷害較小，不影響其正常生活，返回F0；

6)F5狀態(tài)：報警狀態(tài)

l)CC2530控制蜂鳴器產(chǎn)生蜂鳴報警；

m)CC2530通過內(nèi)置ZigBee模塊將檢測對象跌倒?fàn)顟B(tài)發(fā)送給ZigBee接收端主機(jī)，以便作進(jìn)一步的處理；

F0狀態(tài)的工作狀態(tài)如下：

a)、初始化I²C接口，復(fù)位MPU6050，設(shè)置MPU6050內(nèi)部的寄存器的初始值；

b)、設(shè)置加速度傳感器的最大量程為16g，配置陀螺儀最大測量范圍±2000deg/s，關(guān)閉中斷，設(shè)置3軸加速度、陀螺儀的采樣率并采用數(shù)字低通濾波器去噪，設(shè)置系統(tǒng)時鐘源，并將3軸加速度和角速度傳感器設(shè)置為使能狀態(tài)；

c)、設(shè)置運(yùn)動中斷和非運(yùn)動中斷的閾值分別為2.25g和0.5g，以及設(shè)置運(yùn)動中斷和非運(yùn)動中斷的檢測時間窗口的默認(rèn)值為1s；

d)、設(shè)置自由下落中斷的閾值為0.5625g，及其檢測時間窗口默認(rèn)值為50ms；

e)、對MPU6050傳感器的FIFO緩存初始化，將其設(shè)置為觸發(fā)模式，并由自由下落中斷觸發(fā)；

f)、當(dāng)從其他狀態(tài)返回時，CC2530定時器計(jì)時器將停止，并系統(tǒng)重新初始化。

2.如權(quán)利要求1所述的基于中斷驅(qū)動的低功耗跌倒檢測裝置，其特征在于，通過設(shè)置MPU6050中3軸加速度、角速度寄存器的閾值，當(dāng)3軸加速度或角速度值超過閾值時，系統(tǒng)產(chǎn)生中斷請求，由MPU依據(jù)MPU6050緩存的加速度和角速度數(shù)據(jù)按照C45決策樹算法進(jìn)行跌倒監(jiān)測，若檢測對象跌倒，MPU通過ZigBee向接收端主機(jī)發(fā)送跌倒警告。