近年来,随着人口老龄化问题的日益加重,老年人人口迅速增加,老年人的身心健康安全问题得到了进一步关注,意外跌倒是威胁老人身心健康的主要因素之一,为了解决这个问题,国内外学者,科学技术人员进行了一系列的学术研究以及产品研发,由于智能腕表的便携性以及可穿戴性,智能腕表成了产品研发中的热门,传感器技术、定位技术以及通信技术在智能腕表中的应用则是研究中的重点。28574
在这些年里,由于其出色的信息获取能力,传感器技术得以飞速发展,令世界瞩目,已经同通信技术、计算机技术一起并称当今信息产业的三大支柱[3],在过去的几十年里,传感器信息获取技术逐渐由开始的单一化向着集成化、微型化以及网络化的方向发展。20世纪70年代,研究人员将传统的传感器采用点对点传输,与传感控制器相连构成了最初的网络模型,即第一代传感器网络。后来,在第一代传感器网络的基础之上,添加了多种信息信号综合处理能力,传感器网络与传感控制器相连,便构成了第二代传感器网络,而到20世纪末,现场总线技术在传感器网络中逐步得到应用,使其逐渐智能化,加之多功能传感器、无线技术的频繁使用,无线传感器网络逐渐形成。作为新一代的传感器网络,无线传感器网络必将给社会带来一场深远变革。在本课题研究中,便用到了三轴加速度传感器用以跌倒检测。论文网
三轴加速度传感器依靠收集到的加速度信息来工作,由于加速度是空间矢量,所以想要了解物体运动状态,就必须同时获得三个轴方向的加速度信息,三轴加速度传感器能够准确获取三个轴方向的加速度信息。三轴加速度传感器是基于重力原理的,因而可以用它来实现双轴正负90度或者双轴0-360度的倾角,而且通过校正,在测量角度大于60度的情况下,其精度明显比双轴加速度传感器要高。三轴加速度传感器具备体积小、重量轻的特点,它通过测取运动物体的加速度信息来反应被测物体的运动状态。目前,三轴加速度传感器可分为压阻式、压电式和电容式三种,产生的加速度分别于电阻、电压以及电容的变化成正比,加速度的收集工作由相应的放大和滤波电路来完成。
如今,三轴加速度传感器已经广泛应用于车身安全、控制以及导航系统[4],三轴加速度传感器还可以实现姿态与动作识别,比如说进行游戏动作操控、用于手持设备的姿态识别以及UI操作等等。三轴加速度传感器在实现诸多趣性扩展功能方面也有着诸多运用,比如说将用户的操作动作转化到一些如虚拟乐器这样的趣性扩展功能上去。三轴加速度传感器还具备实现功耗控制的功能,在设计便携设备(如本设计的智能腕表)时,功耗一直都是要纳入考虑范围之内的重要因素,当一款设备内置了三轴加速度传感器,便可以对自身的使用状况进行检测,并以此作为依据来控制用电模式,从而延长电池使用寿命。
在本课题研究中,三轴加速度传感器用于跌倒检测。人体摔倒都有一个过程,这个过程分为几个阶段,利用三轴加速度测得各个阶段的加速度变化特征,并加以分析,可以有效地检测出是否为摔倒。
目前,常用的定位技术有两种,一种是GPS卫星定位,另一种是LBS基站定位。
GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称[5]。由于军事上的需求,美国海军于1958年开始研究子午卫星导航系统(又称多普勒卫星定位系统),并于1964年正式投入使用。然而子午卫星导航系统存在很多不足,比如说子午卫星导航系统一次定位所需要的时间太长,无法满足高速用户的需要、卫星出现的时间间隔过长,无法满足连续导航的需要、而且子午卫星导航系统的定位精度偏低、无法给出高度信息、难于修正电离层延迟误差,无法胜任潜艇以及舰船的导航工作,面对这些不足,Timation计划被提出,美国海军研究实验室(NRL)于1967年、1969年以及1974年分别发射了一颗试验卫星,并且在这些卫星上对原子钟计时系统进行了初步试验。在同一时间,美国空军提出了621B计划,其使用伪随机码(PRN)作为基础的测距原理,可以说,GPS系统之所以能够取得成功,伪随机码的成功运用功不可没。海军的Timation计划旨在为舰船提供低动态的二文定位,而空军的计划则能够提供高动态三文服务。1973年,美国国防部将海军空军的计划合到一起,建立了国防导航卫星系统(DNSS),现在正在使用的GPS便源自于此。不久,DNSS正式更名为Navstar,即授时和测距导航卫星或者说是全球定位系统(Navigation Signal Timing and Ranging/Global Positioning System),后来简称为GPS。
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