[發明專利]一種基于中斷驅動的低功耗跌倒檢測裝置

有效

• 申請號: 201710360574.3
• 申請日: 2017-05-21
• 公開（公告）號: CN106960542B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 何堅;劉樂園;張子浩;余立
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G08B21/04
• 分類號: G08B21/04
• 代理公司: 11203 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張慧

本發明公開一種基于中斷驅動的低功耗跌倒檢測裝置包括：用于采集檢測對象活動的3軸加速度、角速度數據MPU6050傳感器、以及CC2530 MCU；其中，采用有限狀態機對跌倒過程建模。本發明基于中斷驅動，能實時采集并預處理3軸加速度和角速度數據，依據預設3軸加速度、角速度的閾值并應用決策樹判斷監測對象跌倒并報警。

技術領域

本發明屬于電子信息領域，尤其涉及一種基于中斷驅動的低功耗跌倒檢測裝置，進一步一種基于中斷驅動，能實時采集并預處理3軸加速度和角速度數據，依據預設3軸加速度、角速度的閾值并應用決策樹判斷監測對象跌倒并報警。

背景技術

傳統的基于3軸加速度計、陀螺儀的可穿戴跌倒技術，忽略了可穿戴設備的計算能力和電源受限的客觀約束條件,由可穿戴設備的主處理單元在線實時檢測3軸加速度計和陀螺儀，讀取3軸加速度和角速度數據并通過無線射頻模塊發送到接收端的計算設備，再由其進行跌倒檢測。由于可穿戴設備的主處理單元實時監測讀取數據、射頻單元實時發送數據，會產生大量能耗。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種基于中斷驅動的低功耗跌倒檢測裝置，利用MPU6050集成了3軸加速度計、陀螺儀和1KB的FIFO(First In First Out)緩存，其在休眠狀態時可以在無可穿戴設備主處理單元(Main Process Unit，MPU)支持情況下實時讀取3軸加速度、角速度數據，并按照FIFO方式緩存數據；通過設置MPU6050中3軸加速度、角速度寄存器的閾值，當3軸加速度或角速度值超過閾值時，系統產生中斷請求，由MPU依據MPU6050緩存的加速度和角速度數據按照C45決策樹算法進行跌倒監測，若檢測對象跌倒，MPU通過ZigBee向接收端主機發送跌倒警告。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種基于中斷驅動的低功耗跌倒檢測裝置包括：用于采集檢測對象活動的3軸加速度、角速度數據MPU6050傳感器、以及CC2530MCU；其中，采用有限狀態機對跌倒過程建模,該模型有6個狀態,每個狀態的任務及狀態之間的關系如下：

1.F0狀態：初始狀態，即復位狀態，此狀態對系統進行初始化；

2.F1狀態：自由下落狀態，將是否出現自由下落現象作為判斷跌倒的第一個依據，當出現自由下落現象時會觸發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，緩存按照FIFO的模式保存了自由下落中斷觸發前2秒鐘內采樣到的3軸加速度、角速度數據；

b)CC2530啟動定時器，該定時器是遞歸的，即當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，進入F2狀態，否則進入F1狀態；

3.F2狀態：撞擊狀態，通過設置MPU6050的運動中斷可以檢測這個撞擊狀態，運動中斷的工作過程如下：

a)設置運動中斷為非使能狀態；

b)CC2530檢索FIFO緩存中前0.5秒鐘的數據，并計算它們的平均值作為檢測對象身體姿勢的初始值；

c)如果在運動中斷產生后2秒內非運動中斷被激活，則系統進入F3，否則返回F0；

4.F3狀態：非運動狀態，通過MPU6050的非運動中斷來檢測，非運動中斷的工作過程如下：

a)CC2530檢索FIFO緩存中最后0.5秒鐘的數據，并計算它們的平均值作為檢測對象身體姿勢的最終值；

b)在活動中斷產生2秒鐘后，如果發生非運動狀態斷言，算法進入F4；