跌倒勘探仪适用于自理才干和自我维护才干比较差的晚年人和儿童，它经过丈量佩带该仪器的个别在运动进程中的三个正交方向上的加速度来感知其身体姿势的改动，并可依照需求进行报警和发布。
跌倒勘探仪由加速度传感器、数据处理模块、电源和通讯模块构成。其间传感器丈量目标的加速度矢量；处理器模块担任收集加速度传感器的数据，剖析判断目标的身体姿势并操控报警及报警信息的发布；电源模块担任为整个体系供应电力供应；通讯模块担任将报警信息经过必定的协议进行发布。
要害技能
人体运动模型的树立
在姿势改动进程中，重力将成为影响这一运动进程的首要因素。跌倒进程中，目标的加速度、速度和位移三种矢量均产生了改动。
如图1树立直角坐标系，X、Y、Z轴彼此正交，恣意空间方向上的矢量改动均可以分解成X、Y、Z三个方向上的重量改动。运用者正确佩带跌倒勘探器且处于停止或水平匀速运动状况下，Z轴方向的加速度为重力加速度（g），其他两个方向上加速度为0。当佩带者跌倒时，假如仅考虑初始状况和终究状况就可以发现，抱负状况下Z轴重量产生从最大值（1g）改动为0，而X或Y轴的重量则从0改动为最大（1g），详细是X轴仍是Y轴产生这一改动，则由佩带者跌倒后的姿势决议–平卧为X轴改动，侧卧为Y轴改动。假如身体姿势介于平卧和侧卧之间，则X轴和Y轴的加速度重量将满意sqrt{x^{2}+y^{2}}=1g（站立状况下这个矢量和为0），依然可以经过核算剖析得出与站立不同的加速度散布。
但是在实践状况中，仅依据加速度重量的改动很难分辩卧倒姿势的构成原因，简略呈现许多假阳性（检测到跌倒而实践没有跌倒）或假阴性（未检测到跌倒而实践呈现跌倒）。因此，需求算法作进一步改善。一般来说，假阳性状况可以经过对加速度在时刻域进行一次积分求速度、两次积分求位移的办法，全方位剖析佩带者身体姿势改动加以挑选；而假阴性状况除选用上面的全面姿势剖析外，还需求佩带者自主参加才干有用进步检出功率。因此，树立人体跌倒进程的运动模型，提取跌倒进程中身体姿势改动的特征参数是精确检测跌倒并发布报警信息的要害。
无线通讯及空间定位信息获取
跌倒报警有必要及时送达救助中心才干够确保救助的有用性，报警信息的及时发布要求包含两层含义：其一是报警信息不会因为跌倒勘探器佩带者的举动和所在的方位受到影响；其二，发布的报警信息中应该包含佩带者跌倒的地舆方位内容，这样才干确保跌倒者得到有用救助。
选用无线通讯的办法发布跌倒报警信息十分适宜可以自由举动的配戴者，无线通讯技能从技能成熟度、运转本钱视点也都十分适用。从技能完结和本钱方面考虑，挑选CDMA通讯办法愈加适宜跌倒勘探器规划意图的完结。
体系计划规划
需求剖析
身体姿势监测
经过三轴加速度传感器的丈量值，运用相应算法核算出佩带者的身体姿势。当呈现跌倒动作时，可以触发MCU中止处理。
报警操控机制
运用者可依据自己的身体状况挑选是否报警，当运用者已无法操控自己行为时，本产品应可以确保主动施行报警。
计步器
在一般佩带进程中，用户可运用该项功用，为自己的步行健身活动供应量化的参阅信息。
空间定位
在施行跌倒报警时，应为报警信息接受方供应报警地址的空间定位信息，确保有用救助及时抵达。
无线通讯
可以将报警和定位信息经过无线办法传输到相关人员处。
供电选用锂电池
部分信息显现运用液晶屏
体系架构规划
依据跌倒勘探器的需求剖析，详细的完结计划规划选用如图2所示的架构。该架构依据高性能、低功耗MCU–MC9S08QG8，经过获取加速度传感器的收集信息，经剖析和核算后完结跌倒勘探及报警等多项功用。
硬件规划
硬件规划环绕MCU翻开，产品选用MC9S08QG8芯片，怎么充分运用芯片资源，妥善完结产品的各项使命处理，是规划的要害。参阅体系结构结构，依据功用模块区别，体系的硬件规划详细描绘如下：
加速度收集电路
加速度收集运用MMA7260QT，该芯片输出为模仿信号，需进行A/D转化后才干进行数据处理。MC9S08QG8芯片的PA脚为复用通道，可依据需求设置为I/O、键盘中止或A/D采样通道。本规划将运用MC9S08QG8芯片内部的A/D模块完结模数转化，详细完结中选用PA0、PA1和PA2作为三轴加速度的收集通道，与MMA7260QT的Xout（PIN15）、Yout（Pin14）和Zout（Pin13）相连，A/D采样的操控时钟经过软件装备MC9S08QG8相应操控寄存器完结。
MCU外围电路
本规划中，MCU外围电路包含电源与时钟、数据缓存和按键电路三部分构成，下面别离描绘。
电源与时钟
功用组件包含MCU、液晶、按键、收集、数据存储和通讯几部分。依据所选用器材的数据手册，各组件对供电要求如图3所示。
从图中可以看出，整个体系规划要求电源参数有三种，别离为3V、3.3V和3.7V。其间，首要数字电路部分–包含MCU及其外围电路部分要求供应3.3V的作业电压；而在无线通讯模块中，针对读取入网SIM卡部分电路要求3V的供电电压，CDMA射频部分作业电压要求不低于3.5V。
在实践规划中，输出电压为3.7V，因为可以满意CDMA射频模块的作业要求，故直接运用Li电池的输出供电；联通入网SIM卡信息读取电路的作业电压为3V，规划中选用MICREL公司的MIC5219-3.0芯片履行电压转化作业；其他数字电路部分的作业电压为3.3V，规划中选用MICREL公司的MIC5219-3.3芯片完结这一转化，参见图3中虚线框中的内容。
MC9S08QG8自带时钟模块（ICS），为了下降功耗和简化规划，本体系经过软件设置相应的操控寄存器完结体系时钟的上电安稳作业，故在硬件电路规划中不需作过多的考虑。
存储器
有用的数据缓存要求至少具有320点（合1920字节）的存储深度。 在本规划中，选用HoLTEk公司的HT24LC16串行EEPROM作为数据缓存。该芯片选用I2C通讯接口，存储深度2K字节，数据读写速度在奇妙量级，可以满意数据实时写入的要求。数据写满后，MCU主动将地址重置，从首地址开端掩盖写入新的数据。
因为MC9S08QG8内部配有I2C操控模块，故只需将该模块对应管脚与EEPROM衔接即可–运用PB6（Pin5）和PB7（Pin6）与EEPROM衔接。
按键电路
报警承认、报警撤销、计步器发动、计步器暂停、计数清零以及无线通讯中接受方号码的设置，都要求跌倒勘探器具有用户输入的接口，规划中选用按键完结。按键的接法和运用较为简略，直接运用MCU的输入输出管脚即可，本规划选用Pin1和Pin13。
液晶显现
本规划选用5位7段码液晶屏，计步器显现计数和报警接受方电话号码输入都是经过该液晶屏供应给运用者承认。液晶屏的操控管脚为24个，因为MCU悉数管脚座位液晶操控也无法满意作业需求，故在本规划中选用Holtek公司的HT1621B液晶驱动芯片完结从MCU到液晶屏显现数据的办理和驱动。别的，HT1621B芯片还具有蜂鸣器操控和驱动才干，在本规划中，集成蜂鸣器作为现场报警提示将有助于进步跌倒勘探器报警的针对性和精确性，将经过在HT1621B的BZ管脚衔接一蜂鸣器得以完结。
HT1621B为I2C接口，MCU可经过内部I2C操控模块传输指令和数据给该芯片。因为本体系选用的EEPROM也是运用I2C接口，针对不同器材的数据传输和操控指令将经过地址挑选加以完结。
通讯模块
本规划选用AnyData公司的DTGS-800b型OEM模块。该模块契合CDMA：IS-95 A/B、IS-98A、IS-126、IS-637A、IS-707A以及IS-2000等规范协议，可以供应最高153.6K的数据通讯速率，作业电压3.6V~4.4V，外形尺寸为53*33*2.7mm，总重量为15g，供应外部通讯接口包含RS-232s、Digital/Analog Audios、LCD、Keypad、Ringer External Reset Control、R-UIM、MP3、MIDI、GPIOs和USB。别的该模块可收发短信、集成GpsOne技能，无须增加其他组件即可得到地舆定位信息，且厂家技能支持十分完善，其各项功用装备十分适宜跌倒勘探器的需求描绘。
详细完结中，CDMA模块要求配套入网SIM卡，模块各项功用可由MCU经过RS232接口以AT指令的办法加以调用。本规划中通讯模块的规划如图4所示。
MC9S08QG8的SCI外设接口经TTL-RS232转化后，与DTGS-800b的RS232端口相连，用以向该模块发AT指令。因为该模块要求7信号的RS232接口，而MCU自带SCI不供应该种通讯办法，故在体系规划中选用I/O口进行软件模仿其他的操控信号：CTS、RFR和DTR。DTGS-800b模块经过SIM卡读卡电路与SIM卡相连，内部自带处理器依据需求读取SIM卡信息，完结CDMA的入网和通讯信息的交流。
端口分配
因为本规划选用MC9S08QG8单片机仅能供应最多14个I/O端口，底子无法满意操控整个体系运转的信号数量要求，故在进行详细规划时，对各管脚的运用和分配进行了专门的布置，如图5所示。
程序调试和烧入需求两个端口，但完结调试和烧写操作后，这两个端口可以作为规范的I/O运用，故在规划中将其间一个I/O（Pin1）作为按键的输入，完结了端口的复用。
CDMA组件与MCU的通讯要求
经过7信号RS232接口，而MC9S08QG8
的SCI模块仅有TXD和RXD两个信号，在规划中选用规范I/O经过软件模仿的办法完结其它所需信号，包含DTR、CTS、RFR。
EEPROM和液晶驱动组件的存取选用I2C接口，本规划中将运用MC9S08QG8的I2C模块进行硬件操控，经过地址挑选完结不同组件间的切换。
软件规划
软件规划是体系各项功用详细完结的要害。在跌倒勘探器的软件规划中，由实线体系功用引发的处理内容较多，为了更好地运用和分配MCU的资源，选用了业务处理和状况机相结合的规划办法。
业务处理及状况机
依据跌倒勘探器的规划需求，体系要一起具有计步器、跌倒检测、报警处理、体系设置和无线通讯操控等功用。
业务处理的办法学习操作体系中的线程概念。首先将每项业务履行的操作清晰，承认每种操作的优先级、彼此联系和对资源的要求，然后在主循环中设置各种操作的发动机制，从总体上看，这些事物在主循环中并行地得到完结。跌倒勘探器业务处理的调用联系如图6所示。
针对某些项业务处理的完结，在软件规划中选用了状况机的办法以确保整个使命可以顺利而正确地得以完结。
体系设置
体系设置首要完结一些初始化操作和需求运用者进行承认的体系信息的设定操作。
体系初始化作业首要由MCU完结，包含各种装备寄存器的设置、液晶初始化指令和存储缓冲区的设置，初始化作业将确保体系各功用组件可以在上电后正常发动。
MCU初始化–MCU_Init（ ）：
经过设置相应的操控寄存器完结MCU的发动和对各功用外设（Peripheral）的办理：
时钟：MCU作业选用内部时钟，经过设置ICS操控寄存器完结；
端口：依据体系端口分配计划，结合相关外设–I2C、SCI的操控寄存器完结；
I2C操控器：传输速率、地址挑选设定；
SCI操控器：波特率设置。
液晶初始化–LCD_Init（ ）：
经过指令初始化液晶驱动操控芯片HT1621B，完结液晶显现器的初始化。
存储缓冲区初始化–RT_Data、 Word_Base［ ］：
MC9S08QG8内部集成了512字节的RAM满意程序运转所需。而在跌倒勘探器运转进程中，MCU继续收集加速度传感器的数据，并进行处理，因此要为数据剖析预先拓荒好缓存区。相同，在运用CDMA发布报警信息时，报警信息文字内容需求在进行软件规划时预先设定好，并在需求运用时经过指针调用。
需求运用者进行承认的体系信息的设定，是指跌倒勘探器报警信息的接纳方可以依据实践状况由运用者进行设定，例如亲属的移动电话或急救中心的固定座机（要求可以接纳短信）。运用者可以经过按键合作液晶，输入接纳方的号码即可，必要时运用者也可以对接纳方号码进行修正。
按键功用
按键功用在软件规划中独自提出是因为本体系受限于MCU端口数量，无法依照预先规划的人机交互需求组织满足端口作为键盘扫描之用。本规划中终究承认运用2个按键，按键的功用设定及运用办法规划如下。
“Alam”键（发动报警接纳方号码输入、手动报警）：
跌倒勘探器一般作业形式下，长按（超越2秒）“Alam”键，发动报警信息发布功用，适用于除跌倒状况外其他紧急状况；
跌倒勘探器一般作业形式下，按“Alam”键，跌倒勘探器进入设置报警接纳方号码状况，合作“Alter”键完结号码输入；
跌倒勘探器进入报警处理状况（蜂鸣器beep）时，按“Alam”键，直接发布报警信息，然后封闭蜂鸣器；
“Alter”键（计步器发动、暂停、清零、撤销报警、设置报警接纳方号码）：
跌倒勘探器一般作业形式下，按“Alter”键在计步器发动、暂停和清零三项功用之间切换；
跌倒勘探器进入报警接纳方号码输入状况时，“Alter”键履行液晶显现的数字加1的操作，数字从0-9循环；
跌倒勘探器进入报警处理状况（蜂鸣器beep）时，按“Alter”键撤销报警，然后封闭蜂鸣器。
计步器
MCU一直在剖析佩带者身体姿势的信息，因此可以将佩带者的行走动作剖析作为一项隶属成果输出，从而使跌倒勘探器还具有了计步器的功用。
参阅图1，在抱负状况下的步行进程中，X轴和Z轴都应该可以检测到加速度的周期性改动–X轴由行进的动作引起，Z轴由身体的上下崎岖引起，这种周期性的改动可以为步举动作的剖析供应依据。因为在实践运用进程中，身体随跨步动作产生相应的晃动相同会引起加速度传感器在三个正交坐标轴方向上的输出，因此在规划检测算法时应设定适宜的加速度阈值。只要超越必定起伏的输出才被看作是因为跨步动作所引起，防止因为正常的身体晃动引进的各种伪差。计步器完结的软件流程如图7。
跌倒检测
风险的或许或许已产生较严重结果的跌倒产生后，人体一般处于水平状况，因此关于这种类型的跌倒，要求跌倒勘探器都可以检测到并施行报警处理机制。而关于其他较为杂乱的跌倒进程，则需求经过报警机制的合作，完结对跌倒勘探及风险报警的精确触发。跌倒检测的算法状况机如图8所示，
跌倒检测算法描绘如下：
1）主循环等候，监测Z轴加速度改动，假如超越阈值，进入下一步；
2）等候加速度康复到正常范围内，进入下一步；
3）再设置延时10秒，等候佩带者状况安稳；
4）数据剖析，假如发现佩带者身体水平，以为产生跌倒状况，触发报警处理。
报警处理
在本规划中，选用跌倒检测算法和多种报警形式相结合的办法。跌倒勘探器检测到跌倒产生时，体系有必要可以精确无误地将报警信息发布出去，才干确保跌倒者取得救助。跌倒包含许多种类型，有些状况下，检测到的“跌倒”是有意识的行为–或许底子不是跌倒–假阳性；别的，有时跌倒者依然还坚持必定的举动才干，为了赶快得到救助，本身可以采纳必定的举动；还有一种状况，跌倒形成比较严重的结果，跌倒者已无法举动。
针对上面说到的几种状况，报警处理的软件规划将加以区别对待：
检测到跌倒后，体系发动30S的倒计时器，并翻开蜂鸣器，每3S响一次，假如没有接纳到任何输入，30S完毕后，体系主动发布报警信息；
进入30S倒计时后，蜂鸣器“beep”，体系可以呼应用户输入，跌倒勘探器的两个按键别离设置为“手动报警”和“撤销（报警）”的功用，假如用户按“手动报警”键，体系发布报警信息；
假如用户按“撤销”键，体系封闭30S倒计时和蜂鸣器，不作任何处理，直接回来计步器和跌倒检测状况。
通讯操控
报警信息经过CDMA短信的办法发送给接纳方，跌倒勘探器选用DTGS-800b型CDMA模块，通讯操控便是使其可以正常作业的一段例程。DTGS-800b型CDMA模块供应RS232接口，MCU可以依据需求经过AT指令施行对通讯进程的操控。详细通讯例程依据规划需求应包含如下内容：
发动CDMA模块–Comm_Start（ ）；
发动GpsOne？服务–Gps_Start（ ）；
取得GPS空间定位信息–Gps_PosiTIon（ ）；
发送短信息报警–Send_SMS（ ）。
因为通讯例程触及的状况不多，基本是依照上面的次序进行，因此程序结构比较简略，这儿就不再赘述。
定论
依照上述计划规划完结的跌倒勘探器样机线路板如图9所示，左图为带有CDMA模块线路，右图为不带CDMA模块线路，可见其下方是读SIM卡电路。上电后，该线路板各功用模块作业正常，可以完结加速度收集、EEPROM数据存储和跌倒报警短信发送（包含主动、手动和撤销形式），按键液晶均可以正常
