基于ZigBee定位的跌倒检测与报警系统.pdf

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1、Science&TechnologyVision科技视界科技·探索·争鸣基于ZigBee定位的跌倒检测与报警系统曲凤娟，·2高一腾2(1．天津工业大学，中国天津300387；2。北华航天工业学院，河北廊坊065000)【摘要】本文旨在研究一款可穿戴式跌倒检测与预警系统。该系统通过三轴加速度计、陀螺仪、ZigBee等部件结合相关算法，对跌倒进行判断和定位，并及时报警。定位算法采用了基于RSSI测距的定位，RSSI来自ZigBee模块。实验表明本文所述算法正确可行。【关键词】RssI；zigBe。；跌倒检测；陀

2、螺仪0引言SVM和倾角数据结合判断跌倒。当跌倒发生后，STM32读取ZigBee发送的信息．若读取到有效数据则视为定位信息连同报警信号通过蓝牙中国的老人越来越多．尤其是独居老人人数也呈现上升趋势。跌发送给手机．手机再发送报警短信或直接拨打电话；若未读取到有效倒是造成老人身体伤害甚至死亡的主要原因之一。如果能够采取一定的数据则直接通过蓝牙向手机发送报警信号，手机解析蓝牙数据，当的方法减少或避免跌倒对老人造成的伤害将具有非常大的现实意义。未发现定位信息则启动GPS定位生成定位信息，继续发送报警信息本文所研究的跌

3、倒检测与报警系统能够在佩戴者发生跌倒后及时报或直接拨打电话警。使救助人员采取措施尽快实救，最大限度的减小危险动作带来的2)ZigBee模块定位伤害。zigBee模块CC2431可以获取RSSI值，因此可以采用基于RSSI1系统架构技术的测距协助实现定位，无需添加硬件。RSSI是指接收信号强度指示。RSSI值随距离增加而减小，经过简本系统主要分三部分：一部分是人体运动采集与分析模块．包括化的RSSI测距经典模型如公式(2)所示。主处理器、三轴加速传感器、陀螺仪和蓝牙通信模块，这部分功能模块RSSI=A+10m

4、lg(d)(2)佩戴在人体的腰部：第二部分是ZigBee报警和定位模块，当佩戴者在A为无线收发节点相距1m时接收节点接收到的无线信号强度小区内部跌倒时．由ZigBee生成定位信息并向物业报警．该定位信息RSSI值．m为路径衰减因子Ⅲ。依据公式(1)求得若干个锚节点与未知也需要通过蓝牙发送给手机．手机再继续报警；第三部分是手机定位节点间的距离．对未知节点定位就可利用这些距离值采用极大似然估和报警模块．此部分手机通过蓝牙接收到报警信号后．启动GPS定算法实现。已知n个锚节点的坐标分别设为x。，Y．)、(X2Y)

5、、⋯⋯，(x，位，通过短信或电话形式向家人报警。本系统结构如图l所示。y)。而未知节点坐标设为(x，y)，算法实现的具体步骤如下：(1)锚节点周期性向未知节点发送含有自身ID及自身位置信息的数据包日(2)未知节点接收到同一ID的锚节点发来的数据包后。从包中提取出信号强度RSSI值．接收到多少数据包也会得到相应数量的RSSI值[31。当收到该锚节点发来的数据包数量达到一定阈值(如50个)后，对得到的相应数量的RSSI值求平均值即看做该ID锚节点的RSSI值，然后根据公式(1)导出距离d，就得到了某个ID锚节点

6、与未知节点间的距离。以此类推．对所有n个锚节点都采用这种方式处理，可得图1系统整体结构图到n个距离dl、d2、⋯⋯、d。2系统实现(3)未知节点记录下所有锚节点的坐标及对应的距离数据，建立锚节点与未知节点距离方程组如公式(3)所示。系统分为可穿戴跌倒检测装置、Android手机报警定位和zigBee小区内报警定位部分。2．1系统硬件集成{l(x1一x)：+一y跌倒检测模块采用野火STM32V3开发板：关于陀螺仪和加速度Xn-X)+(y一y)=d：计，本文选用了MPU6050：跌倒检测模块与手机的通信采用蓝牙

7、串口用方程组中前n一1个方程减去第ri个方程后．得到线性化[41方程模块FBT06；手机l为基于Android的智能手机．其需要运行相应的应AX=b．其中用程序；手机2则可以是任意的可用手机。MPU6050整合了陀螺仪、3轴加速度计。MPU6050通过主I2C端f2(xl—x)2(y1一Y)1lxl—Xn+yI—y+d一dII口以单一数据流的形式，向STM32输出数据。因此．只需把STM32的A_I【I=l；I(4)引脚PB6(SDA)和PB7(SCL)分别连接到MPU6050的24号引脚2(x一)2(yn

8、一-一)J【x2。一：+。《．。j(SDA)和23号引脚(SCL)上=kyr(5)蓝牙模块FBT06通过串1：1与STM32连接．将FBT06的TXD和用最小二乘法求解得X=(A)Ab，即计算得到未知节点的坐RXD与sTM32的RXD和TXD连接即可ZigBee网络使用了CC2431模块，ZigBee协调器与STM32也通过标值，实现了未知节点在同一平面内的定位。3)手机端串口进行连接2．2软件实现手机为基于An