基于gprs的跌倒检测报警系统的设计与实现

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1、1绪论1.3.2论文组织结构第一章主要介绍了老龄社会的到来以及带来的若干社会问题的背景，阐述了进行本课题研究的目的及意义，最后比较了国内外的研究现状得出本课题的研究方向。第二章主要对本课题研究所涉及的相关技术背景进行了介绍，并论证了采用这些技术的必要性和可行性。第三章主要内容是对跌倒检测算法进行研究，阐述了加速度和人体运动的关系以及通过加速度区分ADL和跌倒的方法，并设计了无线加速度采集实验系统对跌倒检测方法进行实验。第四章主要介绍了人体跌倒检测远程报警系统的设计及实现方法，给出了系统设计架构，跌倒检测装置硬件设计原理，软件实现方法及流程。第五章是总结和展望，对本课题的研究进行总结，指出了

2、本课题的不足之处并对进一步研究进行了展望。1.4本章小结本章主要介绍了论文的研究背景和研究意义，概要性的叙述了老年人监护和跌倒检测的国内外研究现状。简要说明了论文的主要工作、研究方向以及基本研究。52相关技术背景2相关技术背景1.3.2加速度数与跌倒检测加速度反映物体的运动变化的情况，人体的运动变化情况也同样可以通过加速度反映，所以测量人体运动时候的加速度，将这些加速度数据以某种有效的跌倒检测算法便能判断出跌倒事件。加速度常采用绝对法测量，即把惯性型测量装置安装在运动体上进行测量。加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就

3、是重力。1.4加速度信号采集原理加速度传感器测量原理是基于牛顿第二定律，加速度作用在敏感质量上形成惯性力，间接测量加速度。线加速度传感器的微结构包括弹性梁、惯性质量块等，其基本力学模型是一个质量—弹簧—阻尼系统，加速度通过敏感质量形成惯性力作用于系统，如图2.1示。图2.1线性加速度传感器的基本力学模型Fig.2.1Thebasicmechanicsmodeloflinearaccelerationsensor根据牛顿第二定律建立振动微分方程：dydy2mRkyFtmat dtdt2++=()=()(2.1)式中m为振动质量，R为动态阻尼系数，k为弹性环节的弹性系数，a为输入加速度，y为质

4、量相对于参考面的相对位移；F(t)表示支撑梁的弹性力。mdy2dt2表示惯性力，Rdydt表示动态阻力，由此可见测量加速度的方式，可以间接的通过对质量块位移的测量或者对支撑梁的弹性力的测量得到。常用的加速度测量装置采用的方式有压阻式、压电式和电容式，其中电容式采用测量位移的方式间接测量加速度，压电式和电容式采用对弹性力的测量间接测量加速度。6重庆大学硕士学位论文①压电式压电式加速度传感器又称压电加速度计，是根据压电效应的原理来工作的。所谓的压电效应就是"对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发

5、生极化的现象称为正压电效应[27]。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比，通过测压电材料两电极之间的电压差来测定加速度，压电式加速度传感器的原理简如图2.2所示：图2.2压电式加速度计原理简图Fig.2.2PrinciplediagramofPiezoelectricAccelerometer图2.2所示的是测定一维坐标的加速度，若要测定三轴加速度，则将三个测量装置两两垂直放置即可。设：q为单位面积上压电晶体产生的电荷i=1,2,3表示晶体的极

6、化方向j=1,2,3,4,5,6分别表示沿X,Y和Z轴防线作用的单位应力和在垂直于X,Y和Z轴的平面内作用的剪切应力m为质量块的质量a为加速度S为质量块对压电材料的租用面积则：q=dσ(2.2)ijjmaσ=(2.3)S②压阻式72相关技术背景压阻式加速度传感器属于电阻式传感器，其基本原理就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。压阻式加速度传感器是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器，压阻效应指对半导体材料施加应力，半导体的电阻率就会发生变化[28]。它的原理是单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于

7、力变化的电信号输出，但压阻效应有着明显的方向差异的特性，也就是说，在不同的方向对其施加压力，电阻率的变化不同，所以在不同的晶向上其压阻系数也不同。压阻式加速度传感器用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制。图2.3压阻式加速度传感器原理简图Fig.2.2Theprinciplediagramofpiezoresistiveaccelerometers压