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基于MMA7660加速度传感器的老人跌倒检

测装置

作者：章小兵祝寅

来源：《中国新通信》2013年第01期

目前，跌倒检测所用的关键部位分为机械式和电子式两种。机械式则是通过一个倾斜角度

开关，当开关处于某一倾斜角度时，开关会自动接触闭合产生一个脉冲，内部处理器通过判断

脉冲来判断是否倾斜达到判断跌倒与否，但这一脉冲的不稳定性造成了机械式的准确性和灵敏

度很低的缺点，而且国内的倾斜开关的倾斜角度很难满足真正的老人跌倒检测。而电子式基于

传感器的则可以尽量避免此种缺陷。

一、跌倒判断及模型建立

跌倒一般可以理解为人体在无意识情况下，由站立姿态向躺倒姿态的大幅度转变，在这一

转变过程中重力将成为影响这一运动过程的主要因素。所以，在跌倒发生时，各方向上的加速

度都会随之变化，这是判断的最初依据，此外还有位移、角度等辅助因素也都会发生变化作为

判断依据。

分析人体各部位加速度测量值可知，加速度范围变化按大到小依次为脚踝、腰部、头部，

而腰部的水平分量一般在-0.3g～0.4g，竖直方向上分量则在0.9g以上，与头部相比较受干扰的

影响较小，而脚踝由于平时活动中的冲击和摆动幅度较大，所以易产生噪声从而不利于加速度

值的采集。所以将装置佩戴在腰部，另外对于坐标系的选取，由于要投影到某一平面求取相应

的加速度值，故选取直角坐标较为方便计算。人体佩戴部位及坐标系：取人体的左右侧为X

轴方向；取人体的前后侧为Y轴方向；取人体站立水平地面时垂直于地面的方向为Z轴方

向，建立空间直角坐标系。

二、MMA7660FC

加速度传感器采用飞思卡尔的MMA7660FC芯片。MMA7660FC是一个数字输出

（I2C），超低功耗（电压仅2.4v-3.6v，待机模式下电流仅2uA），紧凑型电容式微电机加速

计，集成3轴±1.5gMEMS和CMOS接口控制器在同一个封装内。它具有低通滤波器，0g偏移

和增益误差补偿，6bit分辨率，用户可配置输出速率等。该器件还可通过中断引脚（INT）提

供传感器数据变化、产品方向和姿态识别等中断。此外，采用非常小巧的

3mm*3mm*0.9mmDFN封装，充分节省板上空间。

三、硬件电路

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跌倒检测的硬件结构如下：它由电源模块、加速度传感器模块、单片机控制模块、无线传

输模块组成。

电源模块采用DC-DC升压芯片MAX1674将1.5V电压升至3.3V提供给各模块使用；三

轴加速度传感器负责实时测量人体的XYZ方向的加速度，将加速度值传输给MCU；

STM8L101负责将采集的加速度值经过跌倒判定算法将结果输出给无线传输模块、报警器；无

线传输模块负责将判定结果传递给安防系统的接收器，如图1所示。

四、软件部分

本系统所采用的跌倒判定算法是基于人体跌倒过程中各方向上加速度值的变化、跌倒过程

中人体竖直方向（人体坐标Z轴即加速度传感器中Z轴）与地面的倾斜角度的变化，以及摔倒

瞬间能量的突变。

在阈值选择方面，系统选取e=x2+y2+z2姨，其中xyz分别为传感器所检测到的加速度经

过中值滤波后的值，在人体垂直站立于水平地面时可知，水平方向上合加速度e=x2+y2姨

，竖直方向=0为g，经过试验数据分析，得到e=1.2g，当e1.2g时，程序进入下一步判断

具体算法流程如图2所示：

五、结论

在实际测试中，实验人员模拟老年人走路的频率和姿态，因为这里我们假定的是老年人先

以一定的初速度行走，所以在跌倒过程中阈值e才会大于g，另一种是初速度为0的情况即人

体不动就跌倒，此情况下经测试合加速度的值总小于g，此次不采用这种情况。在进行实际的

跌倒检测时，人体佩戴该系统在腰部正常行走时未出现报警，当人体模拟摔倒时报警的正确率

为90%以上，没有出现报警的可能性在于：（1）采集的加速度值带有系统噪声；（2）因为设

定的阈值也是由实验数据或者经验判断，可能在分次的试验中出现的现象未在阈值设定范围

内。

本系统作为家庭安防系统的一个部分，针对老年人活动的特点，利用三轴加速度传感器作

为