[发明专利]一种基于无线传感网络的人员跌倒报警系统及其实现方法

权利要求书

1.一种基于无线传感网络的人员跌倒报警系统，其特征在于，该系统包括：用于数据处理与报警的本地服务器、加速度传感器模块、室内定位模块、环境感知模块、无线图像传感器模块；

其中，本地服务器通过协调器以ZigBee协议对其他各个模块进行控制，本地服务器实时分析处理各个模块发送的数据，并控制各个模块的工作与联动；如果检测到人员跌倒，本地服务器通过互联网向家属的客户端发送报警信息；

加速度传感器模块通过ZigBee协议向本地服务器传输数据，加速度传感器模块包含CC2530、数字三轴加速度传感器MMA8451、蜂鸣器、电源；加速度传感器模块放置于人员的腰部，利用重力加速度在X、Y、Z轴的分布情况来识别当前人员的姿态，设定发送频率为50HZ；

室内定位模块包括N个用于定位的锚节点，人员携带的加速度传感器模块通过获取与N个锚节点的RSSI数据，通过加权质心定位算法计算人员的位置；室内定位模块通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；

环境感知模块包含CC2530、温湿度传感器DHT11、烟雾传感器MQ2、一氧化碳传感器MQ7、PM2.5传感器Sharp GP2Y10、电源；用于在跌倒后推送室内环境到家属客户端，可供医生做初步的原因诊断。环境感知模块通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；

无线图像传感器模块由萤石C6摄像头构成，人员跌倒后，人员身上的蜂鸣器会报警，通过萤石C6的听声辩位功能拍摄人员的照片，并推送到手机端；无线图像传感器模块通过WiFi向本地服务器传输数据。

2.如权利要求1所述系统的实现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)佩戴加速度传感器模块、放置室内定位模块；

2)识别佩戴者的站立姿态；

3)计算佩戴者的姿态偏离度；

4)对佩戴者的姿态偏离度进行滤波并存储；

5)统计过去3秒，出现的概率，如果概率值＞Th3，则进入步骤6)；否则，返回步骤3)；

6)计算方差S₂²，如果S₂²≥Th4，返回步骤3)；否则，进入步骤7)；

7)采用加权质心定位算法定位人员位置。如果判定位置为床上，重新进入步骤3)；否则进入步骤8)；

8)启动报警程序。

3.如权利要求2所述系统的实现方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：

2-1)加速度传感器模块启动后的5秒内，向本地服务器发送250条数据，每一条数据包含加速度在以加速度传感器自身建立的三维坐标系下X、Y、Z轴分解后的大小，分别记为X(i),Y(i),Z(i)。对250组X(i),Y(i),Z(i)分别求平均值得到

2-2)对步骤2-1)的250组X(i),Y(i),Z(i)分别求方差，得到Sx₁²，Sy₁²，Sz₁²，然后计算S₁²，其定义式为S₁²＝Sx₁²+Sy₁²+Sz₁²，当S₁²≤Th1时，进入步骤3)；否则重新执行步骤2-1)。

4.如权利要求2所述系统的实现方法，其特征在于，所述步骤3)中的姿态偏离度的定义为：

其中为步骤2)所得的静态站立数据，X(i),Y(i),Z(i)为加速度传感器当前的加速度数据。

5.如权利要求2所述系统的实现方法，其特征在于，所述步骤6)的方差S₂²的定义为：S₂²＝Sx₂²+Sy₂²+Sz₂²，其中，Sx₂²,Sy₂²,Sz₂²分别为过去3秒X(i),Y(i),Z(i)的方差。

6.如权利要求2所述系统的实现方法，其特征在于，所述步骤8)的具体步骤为：

8-1)本地服务器发送信号A给加速度传感器模块进行本地报警；

8-2)本地服务器发送信号B给无线图像传感器模块，采集人员图像；

8-3)本地服务器发送信号C给环境感知模块，采集家中的温度、湿度、一氧化碳浓度、烟雾浓度、PM2.5浓度。

8-4)本地服务器将信息整合汇总，将以下信息推送给远程手机客户端、电脑客户端：

a)人员已经跌倒，以及跌倒的时间；

b)步骤8-2拍摄到的跌倒后人员的照片；

c)步骤8-3获取到的当前室内的温度、湿度、一氧化碳浓度、烟雾浓度、PM2.5浓度。以及各个量是否超过正常范围；

d)步骤7)获取的人员跌倒的位置。