基于MEMS惯性传感器的可穿戴式跌倒检测系统研究
发布时间：2022-02-11 15:35
目前,我国人口结构已经进入老龄化阶段,老年人的占比也而来越高。老年人跌倒成为困扰家庭和社会的严重问题,老年人发生跌倒后伤害大,后遗症多,对生理和心理都会造成严重的损害,导致严重的家庭负担。减少老人跌倒的伤害除了预防还需要在跌倒时得到及时的救治。通过科学方法研究老人跌倒的运动学过程并检测及预测跌倒已经成为全球范围内一个热门的课题。针对上述问题,本文提出了一种基于MEMS惯性传感器的可穿戴式跌倒检测系统,在人体发生跌倒前发出预警,并且将跌倒信息发送至监护平台。本文的主要工作如下:（1）说明了老人跌倒伤害的发展趋势,对现有的跌倒检测系统和跌倒检测算法进行研究并分析其优劣势,确定采用九轴加速度传感器作为人体运动学数据的采集核心。（2）对人体行为进行分类,依照行为种类分为正常行为和跌倒行为,依照运动学数据的变化分为普通行为和剧烈行为。建立笛卡尔坐标系,利用四元数结合互补滤波进行姿态解析。（3）设计了系统的软硬件,硬件部分包括微控制器、MEMS惯性传感器、GPS/GPRS模块、蓝牙模块,电源模块和报警模块。同时绘制了电路图和PCB板并制作出实物样品。编写和测试了采集运动学数据、跌倒检测和报警程序。...
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 老人跌倒伤害现状及发展趋势
1.2.2 跌倒检测系统研究现状
1.2.3 跌倒检测算法研究现状
1.3 本论文主要的研究内容及结构安排
1.4 本章小结
第2章 系统硬件设计
2.1 系统需求分析及设计
2.2 系统设计方法
2.3 系统硬件框架
2.4 MEMS惯性传感器传感器模块
2.5 微控制器模块
2.6 电源模块
2.7 GPRS/GPS模块
2.8 蓝牙模块
2.9 报警模块
2.10 印制电路板设计
2.11 本章小结
第3章 跌倒检测
3.1 行为定义
3.2 姿态解析
3.2.1 静态姿态解析
3.2.2 四元数姿态解析
3.3 数据预处理
3.4 特征部位选择
3.5 姿态数据分析
3.5.1 加速度变化
3.5.2 角速度变化
3.5.3 角度变化
3.5.4 姿态数据综合变化
3.6 支持向量机理论
3.6.1 支持向量机简介
3.6.2 支持向量机方法实现
3.7 多级阈值检测法
3.7.1 样本构建
3.7.2 支持向量机确定阈值
3.8 基于支持向量机的检测法
3.8.1 特征向量提取
3.8.2 基于分裂法特征向量优化
3.9 本章小结
第4章 系统软件设计
4.1 初始化程序
4.2 IIC驱动程序
4.3 数据读取与处理
4.4 报警信息发送
4.5 本章小结
第5章 实验与讨论
5.1 跌倒检测的结果定义
5.2 多级阈值检测实验结果分析
5.3 支持向量机法检测实验分析
5.4 本章小结
总结与展望
总结
展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SVMKNN的老人跌倒检测算法[J]. 张舒雅,吴科艳,黄炎子,刘守印. 计算机与现代化. 2017(12)
[2]大连市社区老年人跌倒发生现况调查[J]. 周毅恒,姜杰,岳秀峰. 微量元素与健康研究. 2017(01)
[3]基于阈值与PSO-SVM的人体跌倒检测研究[J]. 孙晓雯,孙子文,秦昉. 计算机工程. 2016(05)
[4]老年人跌倒检测系统的研究现状与发展趋势[J]. 高青,陈洪波,冯涛,朱振朋. 医疗卫生装备. 2015(12)
[5]阿氏跌倒风险评估法在住院老年患者预防跌倒中的干预作用[J]. 李婉妮,魏欢,李玺,王妮,姚婕. 中国老年学杂志. 2014(14)
[6]基于四元数自补偿四旋翼飞行器姿态解算[J]. 马敏,吴海超. 制造业自动化. 2013(23)
[7]住院患者跌倒与坠床高危因素及应对措施[J]. 张艳平. 中国社区医师(医学专业). 2013(05)
[8]96例住院患者跌倒的根本原因分析及对策[J]. 崔妙玲,应燕萍,彭雪娟,赵琳,杨丽,黄惠桥. 中国护理管理. 2013(02)
[9]一种可穿戴式跌倒检测装置设计[J]. 石欣,张涛. 仪器仪表学报. 2012(03)
[10]基于头部运动轨迹和3D视觉的跌倒检测系统[J]. 杨帆,谢靖,周余,王自强. 现代电子技术. 2012(02)
博士论文
[1]基于支持向量机和贝叶斯分析技术的入侵检测方法研究[D]. 邬书跃.中南大学 2012
[2]基于力学量信息获取系统的人体摔倒过程识别方法研究[D]. 佟丽娜.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]基于三维加速度传感器的跌倒监测研究[D]. 赵祥欣.浙江大学 2008
本文编号：3620530
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 老人跌倒伤害现状及发展趋势
1.2.2 跌倒检测系统研究现状
1.2.3 跌倒检测算法研究现状
1.3 本论文主要的研究内容及结构安排
1.4 本章小结
第2章 系统硬件设计
2.1 系统需求分析及设计
2.2 系统设计方法
2.3 系统硬件框架
2.4 MEMS惯性传感器传感器模块
2.5 微控制器模块
2.6 电源模块
2.7 GPRS/GPS模块
2.8 蓝牙模块
2.9 报警模块
2.10 印制电路板设计
2.11 本章小结
第3章 跌倒检测
3.1 行为定义
3.2 姿态解析
3.2.1 静态姿态解析
3.2.2 四元数姿态解析
3.3 数据预处理
3.4 特征部位选择
3.5 姿态数据分析
3.5.1 加速度变化
3.5.2 角速度变化
3.5.3 角度变化
3.5.4 姿态数据综合变化
3.6 支持向量机理论
3.6.1 支持向量机简介
3.6.2 支持向量机方法实现
3.7 多级阈值检测法
3.7.1 样本构建
3.7.2 支持向量机确定阈值
3.8 基于支持向量机的检测法
3.8.1 特征向量提取
3.8.2 基于分裂法特征向量优化
3.9 本章小结
第4章 系统软件设计
4.1 初始化程序
4.2 IIC驱动程序
4.3 数据读取与处理
4.4 报警信息发送
4.5 本章小结
第5章 实验与讨论
5.1 跌倒检测的结果定义
5.2 多级阈值检测实验结果分析
5.3 支持向量机法检测实验分析
5.4 本章小结
总结与展望
总结
展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SVMKNN的老人跌倒检测算法[J]. 张舒雅,吴科艳,黄炎子,刘守印. 计算机与现代化. 2017(12)
[2]大连市社区老年人跌倒发生现况调查[J]. 周毅恒,姜杰,岳秀峰. 微量元素与健康研究. 2017(01)
[3]基于阈值与PSO-SVM的人体跌倒检测研究[J]. 孙晓雯,孙子文,秦昉. 计算机工程. 2016(05)
[4]老年人跌倒检测系统的研究现状与发展趋势[J]. 高青,陈洪波,冯涛,朱振朋. 医疗卫生装备. 2015(12)
[5]阿氏跌倒风险评估法在住院老年患者预防跌倒中的干预作用[J]. 李婉妮,魏欢,李玺,王妮,姚婕. 中国老年学杂志. 2014(14)
[6]基于四元数自补偿四旋翼飞行器姿态解算[J]. 马敏,吴海超. 制造业自动化. 2013(23)
[7]住院患者跌倒与坠床高危因素及应对措施[J]. 张艳平. 中国社区医师(医学专业). 2013(05)
[8]96例住院患者跌倒的根本原因分析及对策[J]. 崔妙玲,应燕萍,彭雪娟,赵琳,杨丽,黄惠桥. 中国护理管理. 2013(02)
[9]一种可穿戴式跌倒检测装置设计[J]. 石欣,张涛. 仪器仪表学报. 2012(03)
[10]基于头部运动轨迹和3D视觉的跌倒检测系统[J]. 杨帆,谢靖,周余,王自强. 现代电子技术. 2012(02)
博士论文
[1]基于支持向量机和贝叶斯分析技术的入侵检测方法研究[D]. 邬书跃.中南大学 2012
[2]基于力学量信息获取系统的人体摔倒过程识别方法研究[D]. 佟丽娜.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]基于三维加速度传感器的跌倒监测研究[D]. 赵祥欣.浙江大学 2008
本文编号：3620530
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