基于单片机的浴室跌倒报警系统

电子科技基于单片机的浴室跌倒报警系统

作者/李芊宇、孟繁盛、周文龙，内蒙古大学电子信息工程学院自动化系

指导教师：郇矢宇

文章摘要：对于老年人而言，身体的平衡能力较差，属于跌倒致伤的高发人群。而浴室的湿滑地面更容易引发跌倒事件，对老年人健康和安全造成严重的威胁。针对浴室跌倒事件，我们设计一种浴室报警系统，通过人体红外热释电传感器和压力传感器检测人体状态，如若跌倒则及时通知监护人了解情况并采取相应措施，保证老年人的健康和安全。

关键词：单片机；浴室；跌倒报警；通信

随着社会老龄化进程的加快，跌倒成为威胁老人安全的 一大要素，老人意外跌倒监测和远程紧急救助方面还存在很 大的不足。浴室跌倒报警系统通过人体红外热释电传感器和 压力传感器的结合使用来检测老人是否跌倒，若有跌倒事件 发生通过短信、电话和蜂鸣器报警，及时通知他人采取相应 措施尽可能的减轻事故危害。

1.项目背景分析

目前人体跌倒检测方法很多，从信号采集的角度可将人 体跌倒检测分为3种：基于视觉的跌倒检测，基于声学的 跌倒检测和基于穿戴式传感器的跌倒检测。基于视觉的跌倒 检测是通过摄像头来获得人体运动的画面，通过图像处理算 法提取跌倒的图像特征判断是否发生跌倒，准确性高，但这 种方法容易暴露个人隐私，且成本较高；基于声学的跌倒检 测，通过检测人跌倒时产生的音频信号作为跌倒的判据，由于浴室内水声及其他声音的干扰导致误判率高；基于穿戴式 传感器的跌倒检测是通过微型传感器和控制器做成的微型 设备来进行跌倒检测，通过算法处理进行检测报警，这种产 品在室外易于携带但是在浴室内是不方便携带的，并且易受 到环境因素干扰，检测精度低。

2.项目内容

上述三种人体跌倒检测方法均不适用于浴室，结合当下 人体检测产品的特点，设计一种简单、合理、实用的浴室跌 倒报警系统。在浴室这个特殊空间内进行跌倒监测，若有意 外发生及时报警，尽可能降低对老人伤害。具体内容如下：■ 2.1人体状态分析

人体处于站立状态与跌倒状态的对比：首先是人体运动 状态的改变，进行淋浴时，人体是不断运动的，跌倒后人体 运动变得细微缓慢。其次是双脚下的压力的改变，人在正常 行走时双脚不会同时离地，因此双脚下各点的压力情况与跌 倒时有很大差异。当人突然跌倒时，双脚压力会发生突变，甚至同时失去压力。因此可以同时监测人体运动状态和双脚 压力的变化，双重检测标准提高判断人体跌倒准确性。■ 2.2人体红外感应开关

在浴室门口放置一个基于热释电传感器设计的人体红 外感应开关。若检测到有人进入浴室，启动系统，再次检测 到人体时，关闭系统，其余时间进行休眠，降低系统功耗。■ 2.3跌倒检测

通过上面人体状态分析，浴室跌倒报警系统的双重跌倒 检测需要双重检测模块，即运动监测上使用人体红外热释电 传感器，压力监测上使用压力传感器，多重监测尽可能的提 高检测精度。

1) 人体红外热释电传感器

人体红外热释电传感器对红外线的敏感程度主要表现 在传感器对温度的变化，进而导致电信号的产生，这种变化 对于人体主要表现为对人体的移动或运动敏感，对静止或移 动缓慢的人体不敏感。洗澡时，人体是不断运动的，当传感 器检测不到信号时即检测不到人体或人体保持不动时，会发 出一个低电平到控制部分，控制部分对接收的信号进行处 理，若判定有人发生跌倒，控制部分启动报警部分进行报警。通过m atlab分析得知当三个以上传感器同时报警时，准确 报警概率接近100%，误报率几乎为0。因此，当三个或四 个传感器同时触发警报时单片机发出报警。

2)压力传感器

压力传感器将弹性元件产生的形变转换成标准电信号, 输出到单片机。在拖鞋内前脚掌和脚后跟位置分别安装压力 传感器，正常行走与站立时脚底各点压力与跌倒时有很大差 异。当人体跌倒时，双脚下压力突变，压力传感器输出电信 号到控制部分，若判定发生跌倒事件则启动报警部分报警。此模块不仅用于淋浴时的跌倒检测，还可以应用于其他场 合，特别针对刚走出热释电传感器的检测范围发生的跌倒，给老人进一步的保障。

采用人体运动状态监测的人体红外热释电传感器和压 力突变时监测的压力传感器相结合，提高了人体跌倒检测的 精度，减小误判率。

■ 2.4控制部分

本文采用STC89C51RC单片机作为系统的控制部分。

https://www.wendangku.net/doc/1a5557000.html, | 11