專利名稱：跌倒檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種跌倒檢測系統(tǒng)(fall detection system)，具體地，涉及一種用于改
善跌倒檢測系統(tǒng)的電池壽命的方法和裝置。
背景技術：
需要有一種動作檢測器系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠檢測一個人是否已嚴重跌倒并需要醫(yī)療援助。盡管許多老年人帶有個人救助按鈕(personal help button，PHB),在他們需要緊 急援助時可以按下該按鈕，但是如果他們發(fā)生了嚴重跌倒之后，他們可能無法夠到或者 按下ΡΗΒ，這意味著從跌倒發(fā)生開始到援助到達之間可能有顯著的延遲。因此，提出了跌倒檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由用戶佩戴，并基于一個或多個傳感器對 用戶運動的測量結果來確定該用戶是否已跌倒。跌倒是一種(通常)可由至少四個特定特性來表征的事件。這些特性，大致以時 間為順序是(1)身體快速向下加速；(2)高度的下降；(3)身體與地面碰撞時的撞擊； 和(4)身體方向從保持直立變化為躺下。在為老年人用戶設計可佩帶的跌倒檢測系統(tǒng)時，通過減少對電池充電或更換的 需求而確保該系統(tǒng)易于維護是很重要的。因此，最好是將跌倒檢測系統(tǒng)的電池壽命盡可 能地延長。所提出的跌倒檢測系統(tǒng)具有微控制器或者處理器，用于處理傳感器的測量值。 在許多跌倒檢測系統(tǒng)中，該處理器從多個傳感器獲取測量值，計算出若干個特性，以便 檢測跌倒事件是否發(fā)生。電源管理成功的關鍵是針對何時以及如何處理傳感器的測量值 作出合適的決定。公知的跌倒檢測系統(tǒng)利用從一個傳感器獲得的測量值來“喚醒”該設備的 其余部分。有一種此類系統(tǒng)是由Health Watch提供的(http://www.health~watch.com/ Mdetectoriitml),其在第一傳感器檢測到用戶身體傾角有快速變化后從待機模式中喚 醒，然后系統(tǒng)便可以監(jiān)視撞擊的發(fā)生。然而，由于該跌倒檢測系統(tǒng)使用了一個傳感器檢測方向的變化來喚醒用于檢測 撞擊的傳感器，以及由于已發(fā)現(xiàn)撞擊可能發(fā)生在方向改變之前，因此該系統(tǒng)可能無法檢 測到所有類型的跌倒。另外的一個考慮是，許多跌倒檢測算法需要關于用戶運動的歷史信息，從而在 確定跌倒是否已經(jīng)發(fā)生時得到正確的結果，并且，考慮到跌倒會在很短的時間內發(fā)生， 系統(tǒng)需要快速地對一個或多個傳感器檢測到的事件作出響應。因此，持續(xù)地喚醒系統(tǒng)來 收集并存儲歷史信息，以及將傳感器的采樣率維持在合適的水平以避免事件的發(fā)生落入 采樣點之間，這些將會消耗大量的能量。因此，需要一種用于改善跌倒檢測系統(tǒng)的電池壽命的方法和裝置。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種跌倒檢測系統(tǒng)，其包括無源振動傳感 器；用于檢測跌倒的相應特征的一個或多個其他傳感器；以及用于分析一個或多個其他 傳感器的測量值從而確定跌倒是否發(fā)生的處理器；其中，所述系統(tǒng)被配置為響應于無源 振動傳感器檢測到跌倒檢測系統(tǒng)的用戶的運動，選擇性地對一個或多個其他傳感器和/ 或處理器進行供電。因此，通過使用無源振動傳感器從而當檢測到運動時啟動所述跌倒檢測系統(tǒng)中 的其他部件，在沒有運動或者只有極小運動期間可以顯著減少系統(tǒng)的功耗(從而增加電 池壽命)。
在一實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括無源傾斜傳感器；并且所述系統(tǒng)被配置為 響應于無源振動傳感器檢測到用戶的運動而對一個或多個其他傳感器進行供電，以及在 該傾斜傳感器的測量值顯示出跌倒的特征時對處理器進行供電。在一替代性實施例中，所述系統(tǒng)被配置為響應于無源振動傳感器檢測到用戶 的運動，對一個或多個其他傳感器進行供電；以及對處理器進行供電，使得該處理器處 于低功率模式，以用于對其他傳感器的測量值進行分析來識別跌倒的特征。優(yōu)選地，所述處理器被配置為如果所述其他傳感器中某一個的測量值顯示出 跌倒的特征，就將該處理器切換至高功率模式。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)被配置為如果無源振動傳感器檢測到運動已經(jīng)停止，就停 止對一個或多個其他傳感器和處理器進行供電。在一替代性實施例中，所述處理器包括簡單低功率處理器和主處理器，并且所 述系統(tǒng)被配置為響應于無源振動傳感器檢測到運動而對該簡單處理器進行供電。優(yōu)選地，所述簡單處理器被配置為響應于無源振動傳感器檢測到運動，增加 一個或多個其他傳感器的采樣率。優(yōu)選地，所述簡單處理器被配置為對一個或多個其他傳感器的測量值進行分 析，以識別跌倒的特征。優(yōu)選地，所述簡單處理器被配置為如果該簡單處理器檢測到跌倒的特征，就 啟動主處理器。優(yōu)選地，所述簡單處理器被配置為響應于無源振動傳感器檢測到運動已經(jīng)停 止，減少一個或多個其他傳感器的采樣率。優(yōu)選地，所述一個或多個其他傳感器包括加速計和/或氣壓計。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種操作跌倒檢測系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括 無源振動傳感器、用于檢測跌倒的相應特征的一個或多個其他傳感器、以及用于對一個 或多個其他傳感器的測量值進行分析以確定跌倒是否發(fā)生的處理器；所述方法包括響應 于無源振動傳感器檢測到該跌倒檢測系統(tǒng)的用戶的運動而選擇性地對一個或多個其他傳 感器和/或處理器進行供電的步驟。


參照附圖，僅示例性地描述本發(fā)明，其中圖1表示在跌倒之前、過程中和之后發(fā)生的六個狀態(tài)；
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的跌倒檢測系統(tǒng)的方框圖；圖3和圖4是用于說明圖2所示的跌倒檢測系統(tǒng)的替代性操作方法的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的跌倒檢測系統(tǒng)的方框圖。
具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以使用狀態(tài)機框架來確定跌倒檢測系統(tǒng)的省電 (power-efficient)的運行方式。圖1以處理器進行計算的順序，示出在跌倒之前、過程 中和之后發(fā)生的各個狀態(tài)。因此，如上所述，例如在所述跌倒檢測系統(tǒng)的用戶坐著或躺 著時，最初沒有運動或只有極小運動。如果該用戶站起來并開始走動，就會發(fā)生一些運 動。如果該用戶開始跌倒，就會發(fā)生向下的移動，隨后是用戶與地面碰撞時的撞擊、高 度的減少以及當用戶身體從保持直立改變?yōu)樘上聲r傾角的變化。如果跌倒非常嚴重而需 要援助，那么之后又將沒有運動或只有極小運動。要注意的是，該狀態(tài)機框架顯示出，對于高度減少的計算發(fā)生在對于撞擊檢測 的計算之后，這是因為需要使用撞擊前后的數(shù)據(jù)來確定高度的減少。由于采用了各種傳感器來檢測跌倒中的各種移動，例如加速計能夠檢測向下移 動以及撞擊，氣壓計能夠檢測高度的減少，傾斜傳感器可以用來檢測方向的變化，因此 所述狀態(tài)機框架可以用來確定各種傳感器可被通電的順序，以便讓它們進行用于確定跌 倒是否發(fā)生所需要的測量。換言之，將大功率(power-hungry)的傳感器處于未啟動狀態(tài) 的時間最大化，有助于減少所述跌倒檢測系統(tǒng)的功耗(從而增加電池壽命)。特別地，從狀態(tài)機的表示可以看出，可以指定某些條件，這些條件必須滿足后 所述傳感器或多個傳感器、以及用于分析所述傳感器的測量值的處理器才能被通電。在 這些條件被滿足之前，所述傳感器及處理器可以保持在待機模式，這幾乎不產生或者完 全不產生功耗。在本發(fā)明所有實施例中，有四個一般性原則可以減少所述跌倒檢測系統(tǒng)的功 耗。第一個原則是使用盡可能多的無源傳感器(即不需要電能來工作的傳感器)，來代替 需要電源才能工作的有源傳感器。第二個原則是使用無源傳感器來檢測活動，并讓這些 傳感器來“喚醒”系統(tǒng)中的其他傳感器和/或處理器。第三個原則是讓最省電的有源傳 感器先被喚醒(即，氣壓計通常要比加速計更為省電，因此它應該首先被喚醒)。第四個 原則是可以對所述傳感器的采樣率根據(jù)當前狀態(tài)進行調整，以便在沒有運動或只有極小 運動發(fā)生時使功耗最小化。圖2示出跌倒檢測系統(tǒng)2的第一個實施例。該跌倒檢測系統(tǒng)2包括處理器4，該 處理器與緩沖器5相連接，該緩沖器自身與多個傳感器6、8、10和12相連接。這些傳 感器中至少有一個是無源傳感器，而在本實施例中，該無源傳感器是振動傳感器6，其用 于檢測跌倒檢測系統(tǒng)2的用戶的運動并且可以是簡單的“開關類型”傳感器。另外的一 個無源傳感器是傾斜傳感器8，其用于檢測跌倒檢測系統(tǒng)2的傾斜、以及特別是在跌倒中 可能發(fā)生的該用戶身體傾角上的變化。在本發(fā)明某些實施例中，傾斜傳感器8可以在跌 倒檢測系統(tǒng)2中略去。該跌倒檢測系統(tǒng)中剩下的傳感器10和12是有源傳感器，即它們需要電源來工 作。傳感器10是加速計，用于測量用戶所經(jīng)歷的加速度(例如向下移動以及撞擊)，傳感器12是氣壓計，用于測量用戶高度的變化。同傾斜傳感器8—樣，氣壓計12在某些 實現(xiàn)中可以從系統(tǒng)2中略去，此時加速計10的測量值的二重積分值可以用來估計用戶高 度的變化。 多個傳感器6、8、10和12的每一個均與緩沖器5相連接，從而這些傳感器的測 量值被存儲在所述緩沖器中，供處理器4執(zhí)行的跌倒檢測算法來使用。跌倒檢測系統(tǒng)2還包括電源管理模塊14，該模塊與處理器4、加速計10和氣壓 計14相連接，用于選擇性地從電源16對這些部件進行供電。電源管理模塊14還同振動 傳感器6和傾斜傳感器8相連接，并響應于這些傳感器6和8的測量值來工作。優(yōu)選地， 電源管理模塊14包括幾乎不消耗電源16的電能的開關和邏輯電路的簡單組合。最后，跌倒檢測系統(tǒng)2包括收發(fā)器電路18，其與處理器4相連接并用于在檢測到 跌倒時發(fā)送警報信號。圖3中示出說明跌倒檢測系統(tǒng)2的工作過程的流程圖。最初，在發(fā)生或檢測到 跌倒的任何移動特征之前，當沒有運動或只有極小運動時，電源管理模塊14將系統(tǒng)2置 于“待機”狀態(tài)。在該狀態(tài)中，電源管理模塊14關閉對處理器4、加速計10和氣壓計 12的供電，從而系統(tǒng)2使用極少或完全不使用電源16的電能。在步驟101中，無源振動傳感器6檢測到用戶的運動，并且將此情況指示給電源 管理模塊14。然后，如步驟103所示，電源管理模塊14選擇性地對加速計10和氣壓計 12進行供電，使得這些傳感器開始收集測量值并將其存儲在緩沖器5中。然后，如果無源傾斜傳感器8檢測到用戶身體傾角的變化高于某閾值(例如發(fā)生了 跌倒)，則電源管理模塊14就另外對處理器4進行供電，使得處理器4能夠使用傳感器6、 8、10和12測得并存儲在緩沖器5中的測量值(步驟105和107)開始執(zhí)行跌倒檢測算法。如果處理器4檢測到跌倒，則可以對收發(fā)器電路18進行供電，使得警報信號能 夠被發(fā)出(步驟109)。優(yōu)選地，由處理器4選擇性地對收發(fā)器電路18進行供電，但也可 以替代性地由電源管理模塊14對收發(fā)器電路18進行供電。一旦發(fā)送了警報信號，電源管理模塊14便將跌倒檢測系統(tǒng)2返回至待機模式， 其中處理器4、加速計10和氣壓計12被斷電(步驟131)。圖4中示出說明跌倒檢測系統(tǒng)2的替代性工作過程的流程圖。在系統(tǒng)2中，處理 器4除了斷電模式以外還具有兩個不同的工作模式，低功率模式和全功率模式。在此說 明中，傾斜傳感器8不存在于系統(tǒng)2中。如上所述，在發(fā)生或檢測到跌倒的任何移動特 征之前，當沒有運動或只有極小運動時，電源管理模塊14將系統(tǒng)2置于“待機”狀態(tài)。 在這個狀態(tài)中，電源管理模塊14關閉對處理器4、加速計10和氣壓計12的供電，從而系 統(tǒng)2使用極少或完全不使用電源16的電能。在步驟121中，無源振動傳感器6檢測到用戶的運動，并且將此情況指示給電源 管理模塊14。然后，如步驟123所示，電源管理模塊14選擇性地對加速計10和氣壓計 12進行供電，使得這些傳感器開始收集測量值并將其存儲在緩沖器5中。此外，電源管 理模塊14對處理器4進行供電，使得其以低功率模式運行。如果運行在低功率模式下的處理器4根據(jù)加速計10或氣壓計12的測量值確定 發(fā)生了向下運動、撞擊、高度減少或跌倒的任何其他特征，處理器4就切換至全功率模 式，使得它能夠使用傳感器6、10和12測得并存儲在緩沖器5中的測量值(步驟125和127)開始執(zhí)行跌倒檢測算法。如果處理器4 在其以全功率模式運行時檢測到跌倒，就可以對收發(fā)器也路18進 行供電，從而警報信號可以被發(fā)出(步驟129)。優(yōu)選地，由處理器4選擇性地對收發(fā)器 電路18進行供電，但也可以替代性地由電源管理模塊14對收發(fā)器電路18進行供電。一旦發(fā)送了警報信號，電源管理模塊14便將跌倒檢測系統(tǒng)2返回至待機模式， 其中處理器4、加速計10和氣壓計12被斷電(步驟131)。圖5示出根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的跌倒檢測系統(tǒng)。在該實施例中，需要讓傳 感器周期性地進行測量，從而處理器在其執(zhí)行跌倒檢測算法時有歷史測量值可用。根據(jù)第二個實施例的系統(tǒng)20包括處理單元22，其包括簡單處理器24和主處理 器26。系統(tǒng)20包括多個傳感器28、30和32，即分別為無源振動傳感器、加速計和氣壓 計?？梢岳斫猓到y(tǒng)20可進一步包括傾斜傳感器。傳感器28、30和32的每一個都連 接至簡單處理器24。系統(tǒng)20的電源34也連接至簡單處理器24，簡單處理器24選擇性地對主處理器 26、加速計30和氣壓計32進行供電。收發(fā)器電路36連接至主處理器26。根據(jù)本實施 例的描述可以理解，簡單處理器24已有效地替代了圖2中所示的第一個實施例的電源管 理模塊14和緩沖器5。如上所述，在該實施例中，傳感器30和32被要求周期性地進行測量，以確保歷 史信息可用。當振動傳感器28檢測不到運動或只檢測到極小運動時，簡單處理器24控 制其他傳感器30和32，使得他們具有低采樣率，即他們每、秒鐘醒來進行測量，測量結 果被存儲在簡單處理器24的存儲器中。然而，如果振動傳感器28檢測到了運動(或者運動高于某閾值)，振動傳感器 28可以喚醒簡單處理器24，使得簡單處理器增加傳感器30和32的采樣率，使得它們每 th(其中th < U秒鐘醒來進行測量。由于簡單處理器24可以在任何時間進行這一動作 (即并不僅僅在傳感器30和32已處于活動狀態(tài)時)，因此可以在事件(即運動)一發(fā)生 就增加采樣率。如果該事件正好發(fā)生在跌倒的開始時，傳感器30和32就可以在事件發(fā) 生或開始大約2ms以內進行首次測量。此外，當運動發(fā)生時，簡單處理器24針對測量值進行基本計算(例如閾值測試) 以試圖識別跌倒的特征。如果簡單處理器24確定跌倒可能正在發(fā)生(例如如果出現(xiàn)了高 于某閾值的加速度，或者用戶的高度變化超過了預定量)，那么它便對主處理器26進行 供電，使得可以針對測量值執(zhí)行完整的跌倒檢測算法。如果主處理器26確定跌倒未發(fā)生，它便被關閉，而簡單處理器24繼續(xù)監(jiān)測傳感 器30和32測得的測量值，以尋找跌倒的另外可能跡象。如果主處理器26確定跌倒已發(fā)生，它便對收發(fā)器電路36進行供電，并且警報信 號被發(fā)送出去。主處理器26然后斷電。如果振動傳感器28檢測到的運動停止(不論簡單處理器24是否已喚醒主處理器 26)，簡單處理器24將傳感器30和32返回至低采樣率，并進入休眠或待機模式。如果簡單處理器24確定跌倒事件不太可能會發(fā)生(例如閾值測試未滿足)，但 振動傳感器28顯示運動正在發(fā)生，那么簡單處理器24將繼續(xù)監(jiān)測測量值以尋找跌倒的跡 象，但不喚醒主處理器26。
當未發(fā)生采樣時，系統(tǒng)20的所有可能的部件(盡可能包括簡單處理器24)(例 如，不包括用于指示傳感器30和32何時應進行下一次測量的定時器)，都應當被置于低 功率或者待機模式，從而顯著地減少系統(tǒng)20的功耗。
因此，當振動傳感器觀顯示沒有運動或者只有極小運動時，采樣率被減少以保 存能量，而同時準備好有可能采樣率一旦需要時就立即能被增加。
因此，提供了一種通過采用無源振動傳感器在檢測到運動時啟動系統(tǒng)的其他部 件來改善跌倒檢測系統(tǒng)的電池壽命的方法和裝置。
雖然已在附圖和前面的描述中對本發(fā)明進行了詳細地說明和描述，但這種說明 和描述應被認為是說明性或示例性的，而不是限制性的；本發(fā)明并不限于上述公開的實 施例。
通過對附圖、公開內容以及所附權利要求的研究，實施所要求保護的本發(fā)明的 領域內的技術人員可以理解并實現(xiàn)針對所公開實施例進行的各種變型。在權利要求中， 詞語“包括”并不排除其他的要素或步驟，詞語“一”或“一個”并不排除多個。單 個處理器或其他單元可以完成權利要求中記載的幾個項目的功能。在互相不同的從屬權 利要求中記載了某些措施這一事實并不表示不能使用這些措施的組合來達到良好效果。 權利要求中的任何參考標記不應該被解釋為限制其范圍。計算機程序可以在適當?shù)慕橘| 上存儲/分發(fā)，例如光存儲介質或與其他硬件一起或作為其一部分提供的固態(tài)介質，但 還可以以其他形式分發(fā)，例如通過因特網(wǎng)或者其他有線或無線的電信系統(tǒng)。
權利要求
1.一種跌倒檢測系統(tǒng)，其包括無源振動傳感器；一個或多個其他傳感器，用于檢測跌倒的相應特征；和處理器，用于分析所述一個或多個其他傳感器的測量值，以確定跌倒是否已發(fā)生；其中，所述系統(tǒng)被配置為響應于所述無源振動傳感器檢測到所述跌倒檢測系統(tǒng)的用 戶的運動，選擇性地對所述一個或多個其他傳感器和/或處理器進行供電。
2.如權利要求1所述的跌倒檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進一步包括無源傾斜傳感器；其 中，所述系統(tǒng)被配置為，響應于所述無源振動傳感器檢測到用戶的運動而對所述一個或 多個其他傳感器進行供電，以及如果所述傾斜傳感器的測量值顯示出跌倒的特征則對所 述處理器進行供電。
3.如權利要求1所述的跌倒檢測系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)被配置為響應于所述無源 振動傳感器檢測到用戶的運動，對所述一個或多個其他傳感器進行供電；以及對所述處 理器進行供電，使得所述處理器處于低功率模式，以用于對所述其他傳感器的測量值進 行分析來識別跌倒的特征。
4.如權利要求3所述的跌倒檢測系統(tǒng)，其中，所述處理器被配置為如果所述其他 傳感器中某一個的測量值顯示出跌倒的特征，就將該處理器切換至高功率模式。
5.如任一前述權利要求所述的跌倒檢測系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)被配置為如果所述 無源振動傳感器檢測到所述運動已停止，就停止對所述一個或多個其他傳感器和所述處 理器進行供電。
6.如權利要求1所述的跌倒檢測系統(tǒng)，其中，所述處理器包括簡單低功率處理器和主 處理器，并且其中，所述系統(tǒng)被配置為響應于所述無源振動傳感器檢測到運動而對所述 簡單處理器進行供電。
7.如權利要求6所述的跌倒檢測系統(tǒng)，其中，所述簡單處理器被配置為響應于所 述無源振動傳感器檢測到運動，增加所述一個或多個其他傳感器的采樣率。
8.如權利要求7所述的跌倒檢測系統(tǒng)，其中，所述簡單處理器被配置為對所述一 個或多個其他傳感器的測量值進行分析，以識別跌倒的特征。
9.如權利要求8所述的跌倒檢測系統(tǒng)，其中，所述簡單處理器被配置為如果所述 簡單處理器檢測到跌倒的特征，就啟動所述主處理器。
10.如權利要求7、8或9所述的跌倒檢測系統(tǒng)，其中，所述簡單處理器被配置為響 應于所述無源振動傳感器檢測到所述運動已停止，減少所述一個或多個其他傳感器的采 樣率。
11.如任一前述權利要求所述的跌倒檢測系統(tǒng)，其中，所述一個或多個其他傳感器包 括加速計和/或氣壓計。
12.確定跌倒是否已發(fā)生的處理器；所述方法包括以下步驟響應于所述無源振動傳感器檢測到所述跌倒檢測系統(tǒng)的用戶的運動，選擇性地對所 述一個或多個其他傳感器和/或處理器進行供電。
全文摘要
提供了一種跌倒檢測系統(tǒng)，其包括無源振動傳感器；一個或多個其他傳感器，用于檢測跌倒的相應特征；和處理器，用于分析所述一個或多個其他傳感器的測量值，來確定跌倒是否已發(fā)生；其中，所述系統(tǒng)被配置為響應于所述無源振動傳感器檢測到所述跌倒檢測系統(tǒng)用戶的運動，選擇性地對所述一個或多個其他傳感器和/或處理器進行供電。
文檔編號G08B21/02GK102027379SQ200980117323
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月11日 優(yōu)先權日2008年5月13日
發(fā)明者C·P·M·J·巴根, R·M·P·多博斯, W·A·M·A·M·范登敦根, 金盛, 陳寧江 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司