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基于三轴加速度传感器的老年人跌倒监测系统的开发
作 者: 闫俊泽
导 师: 刘文涛
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 跌倒检测 三轴加速度传感器 阈值算法
分类号: TP274
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
跌倒是老年人群经常会遇到的危险情况,跌倒对于各项机能严重退化的老年人来说是非常危险的,有时甚至是致命的。目前国内外对跌倒的探测的研究尤其对是跌倒预测的研究才刚刚起步,还有许多关键性问题没有解决。跌倒预警监测系统的任务是实时的监测人体的活动状态,在跌倒发生时能够及时探测到人体跌倒的运动趋势,在人体落地之前发射出报警信号,以使佩戴于人身上的气囊等安全保护装置发挥缓冲的作用,进而减少人体所受到的冲击伤害。另外跌倒预警系统还要能够准确区分正常活动ADL(Activities ofdaily living)与跌倒(Fall)之间的区别。本课题的目标是设计一种典型的跌倒预警监测系统,本论文主要在以下几个方面展开了研究工作。第一,对人体的各项日常活动ADL和跌倒Fall进行力学分析,找出它们之间的差别,并对跌倒采用基于ADAMS-LifeMod的建模仿真,得出加速度变化曲线;第二,采用了基于三轴加速度传感器ADXL345、处理芯片MSP430F149及其他相关模块的结构组合方案,建立了人体跌倒监测系统的实验环境,确定了实验方案,并组织了相关的实验;第三,通过对实验数据的分析,提出了基于加速度阈值的检测算法,并通过Matlab进行了仿真和可行性分析,对算法的时间裕度进行了分析,另外还探讨了基于倾角阈值算法的可行性;第四,建立了跌倒预警装置的硬件和软件系统,并通过实验对该产品进行了验证,保证了系统具有较高的跌倒预测成功率、充足的时间裕度和较低的误判水平。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-6 目录 6-8 第1章 绪论 8-16 1.1 课题的来源及研究目的和意义 8 1.2 国内外研究现状分析 8-14 1.2.1 跌倒探测系统分类 8-10 1.2.2 基于穿戴式的跌倒探测系统研究现状 10-13 1.2.3 跌倒探测系统算法现状总结 13-14 1.3 本论文的主要研究内容 14-16 第2章 人体运动状态分析 16-31 2.1 ADL 活动的定义 16 2.2 力学分析假设条件 16-19 2.3 各种模式受力分析 19-24 2.3.1 行走 19-20 2.3.2 跑步 20-22 2.3.3 坐下 22 2.3.4 下楼 22-23 2.3.5 其他日常活动的分析 23-24 2.4 跌倒过程分析 24-25 2.5 基于 ADAMS-LifeMOD 的人体动作仿真 25-30 2.5.1 人体参数化建模过程 26-28 2.5.2 人体跌倒仿真与结果分析 28-30 2.6 对于算法的初步考虑 30 2.7 本章小结 30-31 第3章 实验测量系统的建立与实验的进行 31-41 3.1 加速度传感器的基本原理 31-32 3.2 实验系统的建立 32-37 3.2.1 电路的规划与设计制作 32-33 3.2.2 硬件的选型与电路的设计 33-37 3.2.3 硬件电路的调试与标定 37 3.3 实验方案确定与执行 37-40 3.3.1 确定佩戴位置和方向 37-38 3.3.2 确定系统的采样频率 38 3.3.3 实验的组织与进行 38-39 3.3.4 实验数据的采集与记录 39 3.3.5 实验数据的预处理 39-40 3.4 本章小结 40-41 第4章 算法的提出 41-55 4.1 基于倾角的阈值算法 41-45 4.1.1 传感器测量倾角的原理 41-42 4.1.2 跌倒过程倾角的变化 42 4.1.3 基于倾角的阈值算法 42-45 4.2 基于加速度的阈值算法 45-54 4.2.1 确定参考物理量 45 4.2.2 数据分析 45-48 4.2.3 基于 SVM 的阈值检测算法的提出 48-52 4.2.4 跌倒判别时间裕度分析 52-54 4.3 本章小结 54-55 第5章 产品定型与设计 55-64 5.1 产品功能规划 55-56 5.2 产品硬件设计说明 56-60 5.3 产品的软件系统说明 60-61 5.3.1 程序流程图 60 5.3.2 程序的编写与调试 60-61 5.4 产品验证 61-63 5.5 本章小结 63-64 结论与展望 64-65 参考文献 65-69 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 69-71 致谢 71
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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