三軸加速度傳感器在跌倒檢測(cè)中的應(yīng)用

利用ADXL345簡(jiǎn)化跌倒檢測(cè)算法
本節(jié)將給出以上解決方案的具體算法實(shí)現(xiàn)。表1中簡(jiǎn)要說(shuō)明了每個(gè)寄存器的作用以及在本算法中的設(shè)置值。對(duì)于各個(gè)寄存中每一位的具體含義，請(qǐng)參考ADXL345的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

需要指出的是，表1給出的設(shè)置值中，某些寄存器會(huì)給出兩個(gè)數(shù)值，這說(shuō)明在算法中會(huì)切換使用這兩個(gè)數(shù)值，來(lái)達(dá)到不同的檢測(cè)目的。算法的流程圖如圖6所示。

圖6 算法流程圖

算法中，關(guān)于各種中斷的門(mén)限以及時(shí)間參數(shù)的設(shè)置如下所述。

1. 初始化后，系統(tǒng)等待Free_Fall中斷（失重），這里把THRESH_FF設(shè)為0.75g，把TIME_FF設(shè)為30ms。

2. Free_Fall中斷產(chǎn)生之后，系統(tǒng)開(kāi)始等待Activity中斷（撞擊），這里把THRESH_ACT設(shè)為2g，Activity中斷為DC coupled工作模式。

3. Free_Fall中斷（失重）與Activity中斷（撞擊）之間的時(shí)間間隔設(shè)置為200ms。如果超過(guò)200ms，則認(rèn)為無(wú)效。200ms計(jì)時(shí)需要通過(guò)MCU中的定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4. Activity中斷產(chǎn)生之后，系統(tǒng)開(kāi)始等待Inactivity中斷（撞擊后的靜止），這里把THRESH_INACT設(shè)為0.1875g，把TIME_INACT設(shè)為2s，Inactivity中斷為AC coupled工作模式。

5. 在Activity中斷產(chǎn)（撞擊）生之后的3.5s時(shí)間之內(nèi)，應(yīng)該有Inactivity中斷（撞擊后的靜止）產(chǎn)生。如果超時(shí)，則認(rèn)為無(wú)效。3.5s計(jì)時(shí)需要通過(guò)MCU中的定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

6. 如果Inactivity中斷之后的加速度值與初始狀態(tài)（假設(shè)已知）下數(shù)值的矢量差超過(guò)0.7g，則說(shuō)明檢測(cè)到一次有效的跌倒，系統(tǒng)會(huì)給出一個(gè)報(bào)警。

7. 當(dāng)檢測(cè)到跌倒狀態(tài)之后，為了判斷是否在跌倒之后人體有長(zhǎng)時(shí)間的靜止不動(dòng)。需要繼續(xù)檢測(cè)Activity中斷和Inactivity中斷。這里把THRESH_ACT設(shè)為0.5g，Activity中斷為AC coupled工作模式。把THRESH_INACT設(shè)為0.1875g，把TIME_INACT設(shè)為10s，Inactivity中斷為AC coupled工作模式。也就是說(shuō)，如果在10s之內(nèi)，人體一直沒(méi)有任何動(dòng)作，則會(huì)產(chǎn)生Inactivity中斷，使系統(tǒng)給出一個(gè)嚴(yán)重報(bào)警。而在此期間一旦人體有所動(dòng)作，則會(huì)產(chǎn)生Activity中斷，從而結(jié)束整個(gè)判斷過(guò)程。

8. 本算法還可以檢測(cè)出人體從較高的地方跌落。如果Free_Fall中斷連續(xù)產(chǎn)生且之間的間隔小于100ms，可以認(rèn)為，人體處于連續(xù)的跌落狀態(tài)。如果Free_Fall中斷（失重）連續(xù)發(fā)生300ms，則說(shuō)明人體是從超過(guò)0.45m的高度跌落，系統(tǒng)會(huì)給出一個(gè)跌落的報(bào)警。

本算法已在ADuC7026微控制器中以C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)附錄）。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)對(duì)向前跌倒，向后跌倒，向左、右兩側(cè)跌倒等不同跌倒姿勢(shì)以及跌倒后是否有長(zhǎng)時(shí)間靜止?fàn)顟B(tài)的情況分別進(jìn)行了10次測(cè)試，表2中給出的是相關(guān)測(cè)試結(jié)果。

表2 測(cè)試結(jié)果

從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以看出基于ADXL345的解決方案能夠有效地對(duì)跌倒?fàn)顟B(tài)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)然，這里只是一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案，仍需要進(jìn)行更加全面、有效和長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證該解決方案的可靠性。

結(jié)論
ADXL345是ADI公司的一款功能強(qiáng)大的加速度傳感器產(chǎn)品。本文利用ADXL345內(nèi)部的多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)功能和靈活的中斷功能，提出一種新的跌倒檢測(cè)解決方案。經(jīng)驗(yàn)證，該解決方案具有算法復(fù)雜度低，檢測(cè)準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。