一款基于鞋垫压力感测的跌倒预警与保护系统及方法

技术领域

本发明涉及鞋垫技术领域，尤其涉及一款基于鞋垫压力感测的跌倒预警与保护系统及方法。

背景技术

跌倒检测及其报警系统为患者(如脑卒中)发生跌倒行为及时提供救护措施，尤其是在鞋垫中嵌入跌倒检测报警系统，为患者尤其是老年人的日常看护带了便利，同时减少了患者发生摔倒后因救护不及时导致的伤害程度的加深。但是现有市场上具有类似功能的产品较少，且产品大多准确性不高，容易造成错误判断，无法满足现有用户的实际需求。通过查阅可知专利CN209072581U与本产品类似，但其并不具备压力检测、蓝牙报警等功能,同时，也没有针对跌倒前的应急防护措施。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一款基于鞋垫压力感测的跌倒预警与保护系统及方法，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供了一款基于鞋垫压力感测的跌倒预警与保护系统，包括设置在鞋垫上的多个柔性压力传感器、蓝牙发射装置和第一单片机处理器，以及穿戴在患者身上的防护服，所述防护服上设置报警按钮、蜂鸣器、蓝牙接收装置、第二单片机处理器、安全气囊，所述多个柔性压力传感器与第一单片机处理器电连接，所述第一单片机处理器与蓝牙发射装置电连接，所述报警按钮、蓝牙接收装置均与第二单片机处理器电连接，所述第二单片机处理器输出端与蜂鸣器、蓝牙接收装置、安全气囊电连接，所述蓝牙发射装置、蓝牙接收装置无线连接。

优选的，所述柔性压力传感器分别置于鞋垫内部的前掌、后跟以及脚心三个位置。

优选的，所述蓝牙发射装置、蓝牙接收装置均为WH-BLE103芯片。

优选的，所述第一单片机处理器、第二单片机处理器型号均为STM8S001J3M3。

优选的，所述蜂鸣器基于NPN三极管驱动，其中NPN三极管基极连接第二单片机处理器输出端，所述NPN三极管集电极连接蜂鸣器一端，所述蜂鸣器另一端接电源，所述NPN三极管发射极接地。

优选的，所述安全气囊内部设置氮气发生反应剂，且安全气囊内设置电子打火开关，所述电子打火开关与第二单片机处理器连接。

一款基于鞋垫压力感测的跌倒预警与保护方法，包括以下步骤：

步骤S1、多个柔性压力传感器分别采集两只脚前掌、后跟以及脚心的压力信号，并对前掌、后跟以及脚心的压力信号分别标记为F1、F2、F3，然后将采集的压力信号分别传输给第一单片机处理器处理，并由蓝牙发射装置发出；

步骤S2、蓝牙接收装置接受到蓝牙发射装置发出的压力信号，并将压力信号传输给第二单片机处理器，第二单片机处理器将接收的压力信号与预先设置的压力信号阈值进行比较分析：

当前掌和脚心的压力值F1、F3变为0，且持续时间超过0.5秒，则第二单片机处理器判断患者将要向后摔倒，控制位于衣服后面的安全气囊内的电子打火开关启动打火，使得氮气发生反应剂化学反应产生氮气，充满气囊；

当后掌和脚心的压力值F2、F3变为0，且持续时间超过0.5秒，则第二单片机处理器判断患者将要向前摔倒，控制位于衣服前面的安全气囊内的电子打火开关启动打火，使得氮气发生反应剂化学反应产生氮气，充满气囊。

优选的，当前掌和脚心的压力值F1、F3变为0，或者前掌和脚心的压力值F1、F3变为0，且持续时间超过0.5秒，第二单片机处理器控制蜂鸣器发出报警声。

本发明的有益效果是：

本发明的目的在于提供一种基于鞋垫压力感测的跌倒预警与保护系统及方法，通过压力数据采集及分析，及时发现患者发生摔倒，减少了错误判断的发生概率，提高了跌倒检测的准确性。同时，通过报警装置，提醒照看者为跌倒者及时提供救护，减少患者因跌倒导致的伤害程度的加深。另外，本发明除了在患者在摔倒时发生报警求助，还在摔倒的一瞬间可以开启设置在衣服上的防护气囊，减轻摔倒对患者带来的身体伤害。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的鞋垫俯视结构示意图。

图2是本发明的鞋垫侧视结构示意图。

图3是本发明的系统原理框图。

图4是本发明的单片机处理器电路原理图。

图5是本发明的蓝牙发射或者接收装置电路原理图。

图6是本发明的报警电路原理图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，一款基于鞋垫压力感测的跌倒预警与保护系统，包括设置在鞋垫上的多个柔性压力传感器、蓝牙发射装置和第一单片机处理器，以及穿戴在患者身上的防护服，防护服上设置报警按钮、蜂鸣器、蓝牙接收装置、第二单片机处理器、安全气囊，多个柔性压力传感器与第一单片机处理器电连接，第一单片机处理器与蓝牙发射装置电连接，报警按钮、蓝牙接收装置均与第二单片机处理器电连接，第二单片机处理器输出端与蜂鸣器、蓝牙接收装置、安全气囊电连接，蓝牙发射装置、蓝牙接收装置无线连接。

如图1所示，柔性压力传感器分别置于鞋垫内部的前掌、后跟以及脚心三个位置。

如图5所示，蓝牙发射装置、蓝牙接收装置均为WH-BLE103芯片。

如图4所示，第一单片机处理器、第二单片机处理器型号均为STM8S001J3M3。

如图6所示，蜂鸣器基于NPN三极管驱动，其中NPN三极管基极连接第二单片机处理器输出端，NPN三极管集电极连接蜂鸣器一端，蜂鸣器另一端接电源，NPN三极管发射极接地。

另外，安全气囊内部设置氮气发生反应剂，且安全气囊内设置电子打火开关，电子打火开关与第二单片机处理器连接。

本发明还提供一款基于鞋垫压力感测的跌倒预警与保护方法，包括以下步骤：

步骤S1、多个柔性压力传感器分别采集两只脚前掌、后跟以及脚心的压力信号，并对前掌、后跟以及脚心的压力信号分别标记为F1、F2、F3，然后将采集的压力信号分别传输给第一单片机处理器处理，并由蓝牙发射装置发出；

步骤S2、蓝牙接收装置接受到蓝牙发射装置发出的压力信号，并将压力信号传输给第二单片机处理器，第二单片机处理器将接收的压力信号与预先设置的压力信号阈值进行比较分析：

当前掌和脚心的压力值F1、F3变为0，且持续时间超过0.5秒，则第二单片机处理器判断患者将要向后摔倒，控制位于衣服后面的安全气囊内的电子打火开关启动打火，使得氮气发生反应剂化学反应产生氮气，充满气囊；

当后掌和脚心的压力值F2、F3变为0，且持续时间超过0.5秒，则第二单片机处理器判断患者将要向前摔倒，控制位于衣服前面的安全气囊内的电子打火开关启动打火，使得氮气发生反应剂化学反应产生氮气，充满气囊。

其中，当前掌和脚心的压力值F1、F3变为0，或者前掌和脚心的压力值F1、F3变为0，且持续时间超过0.5秒，第二单片机处理器控制蜂鸣器发出报警声。

本发明的工作原理是：

压力效应可使细胞产生弹性变形来提高细胞的摄氧量，引起刺激组织周围的细胞释放来抑制疼痛的物质达到减轻疼痛的作用，对于慢性跟腱炎有显著的疗效。因此，本发明通过矫形鞋垫控制足部的旋前和旋后，抬高足弓可减少后足的外翻，从而缓解跟腱张力，恢复正常的足部生物力线和减轻由于生物力学异常而引起的足部问题。同时鞋垫底部安放压力传感器及无线蓝牙发射装置，压力传感器将采集的足底压力信号传输给蓝牙发射装置。

蓝牙接收装置设置在患者穿的衣服上，衣服上还设置报警按钮、蜂鸣器、第二单片机处理器、安全气囊。蓝牙接受装置接受采集的足底压力信号，并经过数据部分进行比较分析，从而判断患者是否发生摔倒。当采集的足底压力信号(两只脚)为0，且延时一段时间后仍为0，即可判定患者发生摔倒。同时加有蓝牙感应器灯，来判断佩戴时互联网和鞋垫是否处于连接状态。

报警部分接受患者发生摔倒的信号后，(10s后)将会自动触发蜂鸣器，发出呼救信号。本发明同时添加手动报警装置，可在使用者意识清醒下自行操作按钮，更快打开蜂鸣器，更及时的发出警报。

另外，本发明除了在患者在摔倒时发生报警求助，还在摔倒的一瞬间可以开启设置在衣服上的防护气囊，减轻摔倒对患者带来的身体伤害，气囊的原理和汽车安全气囊一样，这里不再赘述。关于患者摔倒前的传感检测，本发明上述内容也给出具体方法。

综上，本发明的目的在于提供一种基于鞋垫压力感测的跌倒预警与保护系统及方法，通过压力数据采集及分析，及时发现患者发生摔倒，减少了错误判断的发生概率，提高了跌倒检测的准确性。同时，通过报警装置，提醒照看者为跌倒者及时提供救护，减少患者因跌倒导致的伤害程度的加深。另外，本发明除了在患者在摔倒时发生报警求助，还在摔倒的一瞬间可以开启设置在衣服上的防护气囊，减轻摔倒对患者带来的身体伤害。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。