三軸加速度傳感器在跌倒檢測中的應(yīng)用

而跌倒過程中的加速度變化則完全不同。圖4給出的是意外跌倒過程中的加速度變化曲線。通過圖4和圖3的比較，可以發(fā)現(xiàn)跌倒過程中的加速度變化有4個主要特征，這可以作為跌倒檢測的準(zhǔn)則。這4個特這在圖4中以紅色的方框標(biāo)注，下面將對其逐一進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖4 跌倒過程中的加速度變化曲線

1. 失重：在跌倒的開始都會發(fā)生一定的失重現(xiàn)象。在自由落體的下降過程，這個現(xiàn)象會更加明顯，加速度的矢量和會降低到接近0g，持續(xù)時間與自由落體的高度有關(guān)。對于一般的跌倒，失重現(xiàn)象雖然不會有像自由落體那么明顯，但也會發(fā)生合加速度小于1g的情況（通常情況下合加速度應(yīng)大于1g）。因此，這可以作為跌倒?fàn)顟B(tài)的第一個判斷依據(jù)。可以由ADXL345的Free_Fall中斷來檢測。

2. 撞擊：失重之后，人體發(fā)生跌倒的時候會與地面或其他物體發(fā)生撞擊，在加速度曲線中會產(chǎn)生一個很大的沖擊。這個沖擊可以通過ADXL345的Activity中斷來檢測。因此，F(xiàn)ree_Fall中斷之后，緊接著產(chǎn)生Activity中斷是跌倒?fàn)顟B(tài)的第二個判斷依據(jù)。

3. 靜止：通常，人體在跌倒后，也就是撞擊發(fā)生之后，不可能馬上起來，會有短暫的靜止?fàn)顟B(tài)（如果人因?yàn)榈苟鴮?dǎo)致昏迷，甚至可能是較長時間的靜止）。表現(xiàn)在加速度曲線上就是會有一段時間的平穩(wěn)。這可以通過ADXL345的Inactivity中斷來檢測。因此，Activity中斷之后的Inactivity中斷是跌倒?fàn)顟B(tài)的第三個判斷依據(jù)。

4. 與初始狀態(tài)比較：跌倒之后，人體會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，因此人體的方向會與原先靜止站立的姿態(tài)（初始狀態(tài)）不同。這使得跌倒之后的靜止?fàn)顟B(tài)下的三軸加速度數(shù)值與初始狀態(tài)下的三軸加速度不同（見圖4）。假設(shè)跌倒檢測器固定在被測人體上的某個部位，這樣初始狀態(tài)下的三軸加速度數(shù)值可以認(rèn)為是已知的（本例中，初始狀態(tài)為：X軸0g，Y軸-1g，Z軸0g）。讀取Inactivity中斷之后的三軸加速度數(shù)據(jù)，并與初始狀態(tài)進(jìn)行比較。如圖4所示，重力加速度方向由Y軸上的-1g變?yōu)榱薢軸上的1g，這說明人體發(fā)生了側(cè)向跌倒。因此，跌倒檢測的第四個依據(jù)就是跌倒后的靜止?fàn)顟B(tài)下加速度值與初始狀態(tài)發(fā)生變化，且矢量變化超過一定的門限值（比如0.7g）。

這四個判斷依據(jù)綜合在一起，構(gòu)成了整個的跌倒檢測算法，可以對跌倒?fàn)顟B(tài)給出報(bào)警。當(dāng)然，還要注意各個中斷之間的時間間隔要在合理的范圍之內(nèi)。比如，除非是從很高的樓頂?shù)粝聛?，否則Free_Fall中斷（失重）和Activity中斷（撞擊）之間的時間間隔不會很長。同樣，通常情況下， Activity中斷（撞擊）和Inactivity中斷（靜止）之間的時間間隔也不會很長。本文接下來會通過一個具體實(shí)例給出一組合理的取值。當(dāng)然，相關(guān)中斷的檢測門限以及時間參數(shù)也可以根據(jù)需要而靈活設(shè)置。

另外，如果跌倒造成了嚴(yán)重的后果，比如，導(dǎo)致了人的昏迷。那么人體會在更常的一段時間內(nèi)都保持靜止。這個狀態(tài)仍然可以通過Inactivity中斷來檢測。也就是說，如果發(fā)現(xiàn)在跌倒之后的很長時間內(nèi)都保持Inactivity狀態(tài)，可以再次給出一個嚴(yán)重報(bào)警。

典型電路連接
ADXL345和微控制器之間的電路連接非常簡單。本文中的測試平臺由ADXL345和微控制器ADuC70262組成。圖5給出了ADXL345和ADuC70262之間的典型電路連接。ADXL345的CS管腳接高電平，表示ADXL345工作在I2C模式。SDA和SCL是I2C總線的數(shù)據(jù)線和時鐘線，分別連接到ADuC7026相應(yīng)的I2C總線管腳。ADuC7026的一個GPIO管腳連接到ADXL345的ALT管腳，用來選擇ADXL345的I2C地址。ADXL345的INT1管腳連接到ADuC7026的IRQ輸入用來產(chǎn)生中斷信號。

其他的單片機(jī)或者處理器都可以采用與圖5類似的電路與ADXL345進(jìn)行連接。ADXL345還可以工作在SPI模式以獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。關(guān)于SPI工作模式的具體描述，請參考ADXL345數(shù)據(jù)手冊。

圖5 ADXL345與微控制器之間的典型電路連接

表1 ADXL345寄存器功能說明