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1、分类号 密 级u D C 单位代码10151老年人跌倒检测报警装置的研究与设计秦瑀阳指导教师滕国库职称教授学位授予单位大连海事大学申请学位级别工学硕士学科与专业计算机科学与技术论文完成曰期2013年5月论文答辩日期2013年6月答辩委员会主席lf!R!Research and Design of Tumble Detection and Alram Device forElderly PeopleA thesis Submitted toDalian Maritime UniversityIn partial fulfillment of the requirements for the de
2、gree ofMaster of EngineeringQin Yuyang(Computer Science and Technology)Thesis Supervisor:Professor Teng GuokuMay 2013大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文“老年人跌倒检测报警装置的研究与设计”。除论文中已经 注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表 或未公开发表的成果。本声明
3、的法律责任由本人承担。学位论文作者签名:学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究本学 位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的 规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印 件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士学位论文 全文数据库（中国学术期刊（光盘版）电子杂志社)、中国学位论文全文数据库 (中国科学技术信息研究所）等数据库中，并
4、以电子出版物形式出版发行和提供 信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于：保密在年解密后适用本授权书。不保密(请在以上方框内打“ V ”)摘要随着我国人口老龄化的加剧和期望寿命的延长，老年人的健康安全问题成为 当今社会首要解决的问题。通过计算机技术来解决老年人的医疗保健问题逐渐成 为热门的研究领域。而据相关调查显示，老年人到医院因伤就诊的病例中，跌倒 病例已经超过了 50%;伤情严重需要住院的病例中80%为跌倒病例。而如果跌倒后 不能及时接收适当的治疗的话，伤情会进一步恶化。本文主要讨论了针对老年人 群体跌倒的一种检测方法，并实现了无线定位和自动报警功能，可以使受到跌倒 损伤的老
5、年人可以尽快的接收到相关治疗。本文首先对当今一些跌倒检测算法进行了归纳和分析，总结并比较几种检测 手段的优劣。然后从实用性、准确性等角度进行综合考虑，最后选择用基于穿戴 式传感器阀值检测的方法作为研究方向。将传感器佩戴在身上实时采集人体活动 中的数据，并制定出跌倒检测算法。本文选用ADI公司推出的ADXL345三轴数字加速度传感器用来实时检测人 体加速度数据，将采集到的数据上传到TI公司推出的MSP430F149单片机上。 MSP430F149通过预先设定的算法进行判断，如果符合跌倒发生的条件，则通过现 场报警与短信报警两种方式报警。在短信报警的设计中还应用了当下流行的 GPSOne无线定位技
6、术，可以将佩戴者身处的地理位置一并发给求助对象。本文针 对装置的实用性等方面设计了 USB充电、主动按键报警和手动取消报警等细节。通过实验，本文所设计的跌倒检测算法可达到预先设定的目标。通过实验测 试，对于跌倒探测的准确率可达90%以上。本文在算法设计和系统实现上对已有 的技术进行了改进：改善了大多数现有检测技术对于佩戴位置严格要求以及无法 检测一些特殊跌倒的设计。加速度模块与人体可呈任意角度，只需紧贴躯干部位 即可。利用一种由方差概念引申而来的检测方法丰富了对于撞击剧烈程度的判定。关键词：跌倒检测；加速度传感器；CDMA ; GPSOneABSTRACTAs the population a
7、ging and the raises of life expectancy,the old peoples health and safety problems become current societys priorities. Through the computer technology to solve the elderly health care problem become a hot research field. According to related survey,fall in cases are more than 50% among the elderly ca
8、ses of injured to the hospital;Fall in cases are more than 80% among serious injury cases requiring hospitalization. This paper mainly discusses one tumble detecting method for the elderly and implements the wireless positioning and automatic alarm ftmction.lt makes the elderly get treatment in time
9、 after the tumble.This paper concludes and sums up some tumble detecting algorithms firstly,and sums up their advantages and disadvantages.This paper select the wearable sensors detection mode as the research direction after considering from the viewpoint of practical and algorithm accuracy.This art
10、icle selects the ADXL345 three-axis digital acceleration sensor which is provided by ADI, the sensor is used for real-time detection of the human body acceleration data and transport data to the MSP430F149 which is provided by TI. MSP430F149 make a judgment through the algorithm,and alarm if the dat
11、a comply with the requirements for tumble. SMS alert application of GPSOne technology, This system also designed some other functions,for example USB charging and cancel the alarm.The tumble detection algorithm can achieve preset goals which is designed by this paper.The accuracy can reach above 90%
12、 through test. In this paper, the existing technology is improved: The wearing position of device no longer tightly restricted. Enrich the judgment method for collision detection by a method which is evolution by the concept of variance.KeyWords： Tumble Detection； Acceleration Sensor； CDMA； GPSOne第1
13、章概述11.1论文的选题背景11.2国内外的研究现状21.3论文研究的意义41. 4论文研究的内容及结构5研究的主要内容5论文的结构5第2章跌倒检测算法72.1跌倒检测技术的理论基础72.2对现有跌倒检测技术的分析与研究7基于模式识别的跌倒探测技术8基于阀值检测的跌倒探测技术92.3人体体态实时数据的采集方法10人体体态数据采集的工具介绍11人体体态数据采集过程122.4人体体态数据的分析13老年人日常行为体态数据的分析14人体跌倒体态数据的分析172.5基于ADXL345的跌倒检测算法19失重阶段的检测19剧烈撞击阶段的检测20人体短暂平静状态的检测22第3章老年人跌倒检测报警装置的总体设计
14、243.1老年人跌倒检测报警装置的功能概述及设计目标243.2老年人跌倒检测报警装置的总体设计框架25第4章老年人跌倒检测报警装置的硬件设计274.1老年人跌倒检测报警装置硬件设计框架274.2 MCU模块相关电路设计274.3.2 MCU的选型与简介27MSP430F149的外围电路设计294.3加速度传感器模块相关电路设计30加速度传感器的选型与简介304.5.2 ADXL345 与 MSP430F149 的电路连接设计324.4 CDMA模块的接口电路设计335.6.1 GPSOne 技术简介335.6.2 CDMA模块的器件选材及简介345.6.3 DTGS-800外围电路设计355.
15、6.4 UIM卡模块电路设计38老年人跌倒检测报警装置的研究与设计第1章概述目 录634.5电源模块电路设计38系统的供电模块设计39a) USB充电电路设计41第5章老年人跌倒检测报警装置的软件设计435.1老年人跌倒检测报警装置软件设计概述435.2开发环境搭建445.3加速度传感器的驱动程序设计445.4看门狗功能与低功耗模式的实现465.5跌倒检测算法的软件实现483 ADXL345中断阀值的设定方法49系统中断服务程序的设计.、.5定时器模块的应用与程序设计51碰撞剧烈程度检测的程序设计535.6无线定位与通信模块程序设计541) AT命令简介542) DTGS-800串口通信程序设计55无线定位程序设计56短消息收发程序设计58第6章总结与展望596.1全文总结592 60参考文献 61第1章概述1.1论文的选题背景跌倒是指人体失去平衡从而发生意外接触到地面或者一些较低的平面上，而 当事人无法及时做出反应从而给身体带来损伤。虽然每个人都经历过跌倒，但是 对于老年人而讲，跌
