三軸加速度傳感器在跌倒檢測中的應用

利用ADXL345簡化跌倒檢測算法
本節將給出以上解決方案的具體算法實現。表1中簡要說明了每個寄存器的作用以及在本算法中的設置值。對于各個寄存中每一位的具體含義，請參考ADXL345的數據手冊。

需要指出的是，表1給出的設置值中，某些寄存器會給出兩個數值，這說明在算法中會切換使用這兩個數值，來達到不同的檢測目的。算法的流程圖如圖6所示。

圖6 算法流程圖

算法中，關于各種中斷的門限以及時間參數的設置如下所述。

1. 初始化后，系統等待Free_Fall中斷（失重），這里把THRESH_FF設為0.75g，把TIME_FF設為30ms。

2. Free_Fall中斷產生之后，系統開始等待Activity中斷（撞擊），這里把THRESH_ACT設為2g，Activity中斷為DC coupled工作模式。

3. Free_Fall中斷（失重）與Activity中斷（撞擊）之間的時間間隔設置為200ms。如果超過200ms，則認為無效。200ms計時需要通過MCU中的定時器來實現。

4. Activity中斷產生之后，系統開始等待Inactivity中斷（撞擊后的靜止），這里把THRESH_INACT設為0.1875g，把TIME_INACT設為2s，Inactivity中斷為AC coupled工作模式。

5. 在Activity中斷產（撞擊）生之后的3.5s時間之內，應該有Inactivity中斷（撞擊后的靜止）產生。如果超時，則認為無效。3.5s計時需要通過MCU中的定時器來實現。

6. 如果Inactivity中斷之后的加速度值與初始狀態（假設已知）下數值的矢量差超過0.7g，則說明檢測到一次有效的跌倒，系統會給出一個報警。

7. 當檢測到跌倒狀態之后，為了判斷是否在跌倒之后人體有長時間的靜止不動。需要繼續檢測Activity中斷和Inactivity中斷。這里把THRESH_ACT設為0.5g，Activity中斷為AC coupled工作模式。把THRESH_INACT設為0.1875g，把TIME_INACT設為10s，Inactivity中斷為AC coupled工作模式。也就是說，如果在10s之內，人體一直沒有任何動作，則會產生Inactivity中斷，使系統給出一個嚴重報警。而在此期間一旦人體有所動作，則會產生Activity中斷，從而結束整個判斷過程。

8. 本算法還可以檢測出人體從較高的地方跌落。如果Free_Fall中斷連續產生且之間的間隔小于100ms，可以認為，人體處于連續的跌落狀態。如果Free_Fall中斷（失重）連續發生300ms，則說明人體是從超過0.45m的高度跌落，系統會給出一個跌落的報警。

本算法已在ADuC7026微控制器中以C語言實現（見附錄）。本文設計了一個實驗方案對算法進行驗證。實驗對向前跌倒，向后跌倒，向左、右兩側跌倒等不同跌倒姿勢以及跌倒后是否有長時間靜止狀態的情況分別進行了10次測試，表2中給出的是相關測試結果。

表2 測試結果

從這個實驗中可以看出基于ADXL345的解決方案能夠有效地對跌倒狀態進行檢測。當然，這里只是一個簡單的實驗方案，仍需要進行更加全面、有效和長期的實驗來驗證該解決方案的可靠性。

結論
ADXL345是ADI公司的一款功能強大的加速度傳感器產品。本文利用ADXL345內部的多種運動狀態檢測功能和靈活的中斷功能，提出一種新的跌倒檢測解決方案。經驗證，該解決方案具有算法復雜度低，檢測準確度高的優點。