北大版-付蔚编著-家居物联网技术开发与实践ch08

1、8.1智能医疗体系概述 8.2 智能医疗的典型设备 8.3 智能医疗的应用测试 8.1 智能医疗体系概述 智能医疗是通过打造健康档案区域医疗信息平台，利用最先进的物联网技术，实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动，逐步达到信息化。在不久的将来医疗行业将融入更多人工智慧、传感技术等高科技，使医疗服务走向真正意义的智能化，推动医疗事业的繁荣发展。在中国新医改的大背景下，智能医疗正在走进寻常百姓的生活。智能家居的医疗监测系统，如左图所示。利用ZigBee短距离无线通信技术，实现人体生理参数(心电、血压、血氧饱和度)的连续、实时、动态检测，在检测人体生理参数的同时不影响用户的正常生活，并且提

2、高检测准确性。 智能家居的医疗监测系统佩戴在用户身体上的传感器节点(RFD)检测到生理数据，对生理数据进行初步处理，然后利用短距离无线通信技术传输到网络协 调 器(COORD)，网络协调器将接收到的生理数据通过接口传输到家用PC的智能化综合健康管理软件汇总、存储、分析。智能化综合健康管理软件将分析结果通过GPRS 数字移动通信技术实时地传给用户家人手机或远端医疗中心，为用户提供独立、健康、安全、方便、持续的人性化健康保健服务，缓解医院压力，促进低成本医疗发展.8.2 智能医疗的典型设备8.2.1 跌倒监测仪目前，国内外针对检测判断老人跌倒的技术主要有：基于视频监控的跌倒检测系统，基于声学和振动

3、的跌倒检测系统，基于穿戴式传感器的跌倒检测系统。 早期的基于视频监控的跌倒检测系统，其工作原理是通过在家里不同的区域安装一个或几个视频摄像头，不间断地捕捉人体运动的画面，然后经过特别设计的图像处理算法，不断地分析捕捉到的人体运动画面，从图像分析的结果中确定是否存在具有跌倒特征的一些图像特征，从而判断人体是否发生跌倒。虽然基于视频监控的方式在一定程度上取得了较好的成果，但是基于视频的处理算法复杂，设备安装不方便，价格昂贵，甚至还有泄露家人隐私的威胁。基于声学与振动的跌倒检测系统主要通过分析跌倒时的音频频率和振动频率来检测判断被监护人是否发生了跌倒。虽然有个别的研究取得了一定的成果，但是，这种监测

4、方法因为较多不可预料的客观因素的影响无法得到较好的检测精度和检测效果。例如，地板材质的选择就是一个非常棘手和难以克服的问题，因为不同材质的地板在跌倒时产生的声响频率和振动频率都是不一样的，同时因为它们材质的不同，声响频率和振动频率都是无法统一的，因而这种检测方式一般只能作为其他检测方法的辅助检测方法。基于穿戴式传感器的跌倒检测系统是指嵌入了微型传感器的可穿戴的跌倒检测设备，例如，嵌入了加速度传感器、角度传感器等的帽子、衣服、鞋、腰带、首饰等 ，这种检测系统可以实时监测人体活动时的加速度或者角速度等运动参数的变化以及人体姿态的变化。当检测到人体的运动参数有改变时，通过一定的检测算法可以判断人体是

5、否发生了跌倒。近年来，随着传感技术、微电子和微机械系统的飞速发展与成熟，随着低成本、低功耗的微集成电路技术的成熟，基于穿戴式传感器的跌倒检测系统得到了飞速的发展。基于MEMS三维加速度传感的穿戴式跌倒检测报警系统成为目前国内外研究跌倒监测的热点和主要趋势。目前，基于穿戴式传感器的跌倒检测系统常用的检测方法主要有模式识别的方法和基于加速度阈值判断的方法，但是模式识别的方法算法复杂，设备要求高，因此本系统最终选择了阈值判断的方法。同时为了降低“漏报”和“误报”的几率，本系统设计的跌倒检测设备还采用了通过身体姿态变化和输入按钮等相结合的方式来进行辅助判断。我们设计的跌倒检测报警远程监护系统主要由三大

6、部分组成：本地跌倒监护报警终端(跌倒检测仪)、远程监护终端和两者间的通信网络。本地跌倒监护报警终端：主要负责对人体加速度和姿态变化进行实时的监测，当检测到佩戴者发生跌倒后，自动进行本地声光预警，在自动声光预警结束后自动地发送远程报警信息。并且跌倒检测仪还具有危急情况主动求救功能。通信网络：这里选用了GPRS和IEEE802.15.4e两种通信网络组成。GPRS网络主要负责将报警信息以短信或电话的方式通知家人和医院；IEEE802.15.4e网络负责将跌倒报警信息发送至智能家居远程服务器上，并通过远程服务器将报警信息发送至智能家居远程监控网页上和远程监护终端如手机或者PDA上。远程监护终端：由手

7、机和远程监控主机、PDA等组成。手机用于及时接收短信或者来自智能家居服务器的报警信息；远程监控主机和PDA用于接收来自智能家居服务器转发的跌倒报警信息，并实时地在监控主页上进行报警提示和报警信息的存储，以便在老人跌倒后进行及时救助。远程跌倒监护系统的拓扑图如左图所示。远程跌倒监护系统体拓扑8.2.2 体征监测仪心电、体温和脉搏等生理参数是人体最重要、最基本的生命指征。对这些参数的监测有助于医务工作者在野外、家庭急救及监护中对有生命危险的伤病员进行及时有效的救治，因此在生活中具有广泛的需求。现有的监测仪器多数体积较大，智能化程度不高，难以应用在野外及家庭等急救场合。本设计应用最新的物联网技术，设

8、计出一种智能化、便携式、低功耗的三参数监测仪。该检测仪可以实时的、连续的、长时间地监测病人的心电、体温和脉搏等生理参数，并可通过室内终端或远程监测终端远程查看病人的生理参数，方便监护人实时了解病人的身体健康情况，非常适合于家庭中老年人的健康监测。物联网的英文名称为“the internet of things”，简称IOT。物联网通过传感器、射频识别技术、全球定位系统等技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类的网络接入，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。开发家庭智能医疗监测系

9、统，符合当今社会关注健康的主题，同时为家人的健康购买了一份价格低廉但非常实用的保险，特别是家庭老人的健康，可以让我们时刻知道家人特别是家庭老人和家庭病人的身体情况，符合当今社会的需求。我国是一个心脑血管疾病高发的国家，每年心源性猝死的总人数高达54万人，目前医疗界认为在温度正常的环境中，一位猝死的患者只有在4分钟内得到及时的复苏，才有望生还，一位突发心脑血管疾病的患者在疾病初期能够得到及时救治，会大大提高治愈率，而我国在家庭急救方面和发达国家相比还有很大差距。国外发达国家因为有家庭直接与急救联系的网络，有效地提高了院外高危人员的生存率，从现有资料看，全世界每年死于心血管病的病人超过1500万，

10、其中冠心病是死亡的主要原因，美国每年发生心脏性猝死的病人约35万人，大约70%心脏骤停发生在院外，在70至80年代美国复苏成功率为1.2%1.8%，近年复苏成功率逐渐上升，个别地区院外心脏骤停复苏成功率达54%，我国心脏猝死的病人占死亡总人数的5%，总体复苏成功率只在1.2%1.4%。北京1990年1月1994年5月急救的猝死病例中，发病地点以家庭为主，为87.80%，复苏成功率仅为2.58%，此外，发达国家的心肺复苏普及率已达25%以上，而我国不及1%。面对这样残酷的现实，如果我国现有的急救方式没有有效地改进，急救理念得不到更新，那么在现实生活中这样的悲剧就可能还会发生在我们的身边目前，国内

11、120急救中心采用的仍是120人工电话报警，120接到报警后再采用相应的急救措施。仔细分析，此种报警方式存在着弊端。如果患者疾病突发性快，活动能力受阻，如何快速地、准确定位地报警至120急救中心是现在亟待解决的重要问题，由于卫星地面站定位系统价格昂贵，不适合中国国情，因此中国老百姓需要的是一种高技术、低价位、性能可靠的家庭无线体征监测仪。本发明的目的是：通过将物联网技术应用到家庭无线智能医疗监控系统，设计出能够进行实时监控、实时诊断，具有人性化的家庭无线体征监测仪。本系统的设计工作主要包括：(1) 设计基于物联网的家庭监控系统架构，把系统化分为3个部分：体域网、本地网关和远程监控中心。(2)

12、根据无线传感器的接口，设计本地网关协议转换和数据转发，从体域网传来的生理数据通过本地网关的转发后发送到控制中心。(3) 设计信息管理平台，通过将身体的脉搏、心率、体温等生理参数进行存储和管理。该系统包括：无线脉搏传感器、无线心电传感器、无线体温传感器、家庭多协议无线网关、家庭服务器、家庭控制显示终端、远程PC、3G手机。系统拓扑图如右图所示。家庭无线体征监测系统拓扑图无线脉搏监测仪：通过检测人的脉搏，实时的将数据进行采集和处理。无线心电监测仪：通过检测人的心电，得到人的心电图，从心电图中了解人的心率、血压等生理特征值。无线体温监测仪：通过检测人的体温，实时的将数据进行采集和处理。家庭多协议无线

13、网关：支持接收多种无线协议的数据格式，通过对各种无线协议数据解析后，把人的生理数据封装成以太网数据格式发送给楼层交换机。楼层交换机：实现以太网数据的交换，与无线网关通过RJ45网线连接，同时通过RJ45网线连接室内监控终端和本地服务器，把以太网数据格式的人的生理参数信息发送给家庭服务器和室内监控终端进行数据解析、处理、存储。家庭服务器：通过高性能存储计算机，把人的生理信息数据高效、可靠地组织起来，为远程计算机访问提供智能的支撑平台。家庭控制显示终端：从楼层交换机接收所述的人的各种生理参数信息，并对所述的各种生理信息进行显示，如脉搏、心率、体温。远程PC：通过互联网或者WiFi访问家庭网页，监控

14、家中的老人或病人的各种基本的生理参数信息，及时了解家中老人或病人的身体状况。3G手机：运行自主开发的android客户端程序，通过3G、LTE或者WiFi监控家中的老人或病人的生理信息。本设计实例的有益效果在于采用物联网的四层网络结构(感知识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层，自主开发多无线模块可跟换的家庭无线智能医疗监控系统，通过对家中老人或病人的各种基本生理参数信息的检测，实时了解家中老人或病人的身体状况，从而实现物联网的感知识别层功能。家庭无线智能医疗监控系统可通过多种无线协议(6LOWPAN、zigbee、蓝牙、WIPA、WIFI)将传感器监测到的家中老人或病人的各种基本生理参数

15、信息发送给无线网关，无线网关用RJ45接口通过以太网把数据发送给楼层交换机，楼层交换机再把数据转发给本地服务器和家庭显示终端，同时通过本地服务器把各种生理参数信息传送到互联网，这样就可以通过网页访问或者3G手机访问的方式来了解家中老人或病人的身体状况，同时实现网络构建层的功能(网络构建层的主要作用是把感知识别层数据接入互联网)。在本系统中，楼层交换机把家中老人或病人的各种生理参数信息发送给本地服务器和家庭显示终端进行数据存储和处理来实现管理服务层(管理服务层将大规模数据高校，可靠地组织起来，为上层行业应用提供智能的支撑平台)。家庭显示终端和本地服务器在接收到传感器的生理参数信息后，通过解析处理

16、存储，我们可以通过LCD液晶屏和远程网页实时了解家中老人或病人的身体状况，实现家庭医疗智能监控，及实现了物联网的综合应用层(互联网最初用来实现计算机之间通信，进而发展到以人为主体的用户，现在正朝物物互联的这一目标前进)。家庭无线智能医疗监控系统的工作环节主要分为3个环节：生理参数收集、远程监控、信息管理。生理参数收集主要包括生理参数采集和生理参数发送，远程监控主要包括生理参数输入检测、生理参数评估、警告反馈和远程监控，信息管理主要包括设备管理和生理参数管理。结构框图如左图所示。家庭无线体征监测系统结构框图生理参数采集：信息采集是自动采取，间隔采样；采集的信息主要是人的生理信息，如脉搏、心率、体

17、温；信息采集的频率应该是可控的，可以在一定的范围内调整。生理参数发送：采集到的生理参数信息及时的发送给家庭网关，进而传送给服务器。生理参数输入检测：对生理参数的内容进行初步检测，如果生理参数值达到人体可能范围之外，说明这个参数值是错误的，不应该对数据进行入库。生理参数评估：系统提供相应的生理参数指标，结合生理参数指标对输入的生理参数信息进行评估，看是否符合正常的要求。警告反馈：如果测得的生理参数信息出现异常，系统会及时地发出警告，将警告告知远程监控终端或室内可视监控终端，同时发出报警声。远程监控：通过远程的服务网页或3G手机实时地监控人体生理参数的变化，实时了解人的各种生理参数信息。信息管理：

18、对所需各种监控设备的管理和对所测得的各种参数信息进行管理。在本物联网家庭医疗监控系统中，正是利用物联网感知识别普适化、异构设备互联化、管理调控智能化等特点，来实现了家中老人或病人各种生理信息的采集，通过互联网、电信网来实现对家中老人或病人的实时监控，了解他们的身体状况。8.3 智能医疗的应用测试8.3.1 设备选型和性能1跌倒监测仪选型和性能跌倒检测仪硬件部分主要包括核心处理模块、加速度信息采集模块、声光报警模块、按键输入模块、无线传感器网络通信模块、GPRS通信模块、系统电源模块。系统硬件结构见左图所示。 跌倒监测仪系统硬件结构图加速度信息采集模块负责实时采集人体加速度信息；声光报警模块主要

19、进行本地声光报警；按键输入模块负责在本地声光报警时进行取消报警或者系统出现漏报时进行主动报警；无线传感器网络通信模块和GPRS通信模块主要负责本地声光报警后远程报警信息的发送；核心处理器负责实现信息的处理，以及相应功能的实现；电源模块为其他模块供电。核心处理器采用的是TI公司的LM3S1138处理器。该处理器是一款32位采用ARM Cortex-M3内核(ARM v7M架构)、兼容Thumb-2指令集、具有3个完全可编程且支持IrDA的UART、工作频率达50MHz的高性能低价格处理器，广泛应用于各种降低成本并对性能有一定要求的解决方案中。加速度信息采集模块采用的是美国ADI公司的ADXL34

20、5三轴加速度传感器，该传感器感知加速度的范围大、感应精度高，满足测量人体各种运动中加速度变化的范围与精度要求。加速度传感器ADXL345的控制和使用主要通过操作传感器内部的寄存器。读取3个轴上的加速度分量可以通过IIC接口和SPI接口。因为人体运动时加速度变化的带宽约为20Hz，所以这里选择的采样带宽为50Hz，对应的加速度采样数据的输出频率为100Hz。因此这里采用IIC接口的方式与核心处理器通信。加速度信息采集模块的接口电路见左图所示。加速度传感器接口电路GPRS通信模块采用的是华为的EM310通信模块。在本系统中用于实现与远程监护端短信通信。EM310模块共有50个引脚，引脚的接口包括了

21、EM310与外界相连接的所有接口，包括电源部分、数据通信部分、语音通信部分以及状态指示部分。本系统不涉及语音通信，实现的主要功能是数据通信主要包括了GPRS模块的SIM卡与远程用户的手机通信，以及GPRS模块与系统核心处理器之间的串口通信。模块的接口电路如左图所示。EM310接口电路跌倒监测仪核心板的PCB及其实物图如下所示：跌倒监测仪实物图跌倒监测仪核心板PCB图2体征监测仪选型和性能硬件框图主要包括：CPU处理器(CC2430核处理器，芯片内部包含无线模块接口)，电源模块，数据采集模块(无线脉搏传感器、无线心电传感器、无线体温传感器)，数据存储模块。硬件框图如下图所示。无线体征监测仪硬件框

22、图CC2430核处理器是一颗真正的系统芯片(SoC)CMOS解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用以及对低成本、低功耗的要求。它结合一个高性能2.4GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430的设计结合了8Kbyte的RAM及强大的外围模块，并且有3种不同的版本，他们是根据不同的闪存空间32、64和128kByte来优化复杂度与成本的组合。 CC2430芯片沿用了以往CC2420 芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用 1个8位MCU(8051)

23、，具有32/64/128 KB可编程闪存和8 KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128协同处理器、看门狗定时器(Watchdog Timer)、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路 (Power On Reset)、掉电检测电路(Brown Out Detection)以及21 个可编程I/O引脚。CC2430外围电路原理图如左图所示。 CC2430外围电路原理图此产品心电监测采用综合II导联，佩戴时，将负极电极片安放在右锁骨中点下缘，正极电极片安放在左腋前线第四肋间，接地电极安放在剑突下偏右，三片电极片分别通过三根心电导联线将实时采集的心

24、电数据送给心电信号处理模块，该心电信号处理模块包括依次连接着导联线的放大器、滤波器、模数转换器，以及与放大器电性相连接的时间常数模块，采集到的人体电信号经过信号处理模块中的放大、滤波、模数转换后，由该处理模块的智能化软件进行数字滤波、波形识别，最后将二进制心电数据通过串口传送给嵌入式处理器。本产品使用的体温传感器是一种高精度的铂电阻，其阻值随着人体体温值的变化而变化，经采样电路后将电阻值转换成电压值，再经过放大和滤波电路，将电压信号传送给嵌入式处理器的指定模数转换引脚，将体温模拟量转换成数字量体温值。脉搏传感器是一种压电式小型压力传感器，当检测到脉搏跳动时，动态压力信号通过薄膜变成电荷量，再经

25、过放大电路和滤波电路转换成2.7V电压信号输出给嵌入式处理器的指定I/O口，通过软件计数的方法便可计算出脉搏值。本产品使用的体温传感器是一种高精度的铂电阻，其阻值随着人体体温值的变化而变化，经采样电路后将电阻值转换成电压值，再经过放大和滤波电路，将电压信号传送给嵌入式处理器的指定模数转换引脚，将体温模拟量转换成数字量体温值。脉搏传感器是一种压电式小型压力传感器，当检测到脉搏跳动时，动态压力信号通过薄膜变成电荷量，再经过放大电路和滤波电路转换成2.7V电压信号输出给嵌入式处理器的指定I/O口，通过软件计数的方法便可计算出脉搏值。产品底板PCB图和实物图如下图所示。 无线体征检测实物图及底板PCB

26、图8.3.2 系统搭建数据信息可以通过无线协议IEEE802.15.4E通过无线路由发送给家庭无线网关。家庭无线网关将数据信息进行协议转换成以太网数据帧格式后通过交换机将数据帧转发给本地服务器。本地服务器同样通过以太网获取到跌倒信息以及心电脉搏信息，对数据帧进行解析后存储在本地后台数据库，同时构建远程访问网页，这样远程计算机、3G手机、平板计算机在能够上网的情况下，通过TCP/IP访问本地服务器获取跌倒信息以及心电脉搏信息的数据以及发送控制命令，控制命令通过本地服务器由以太网发送给家庭多功能无线网关，由网关发送给无线路由，再发送给跌倒仪以及心电脉搏检测仪解析控制命令并执行操作，这样就实现了IE

27、EE802.15.4E网络的跌倒信息以及心电脉搏信息和远程信息监控。左图为智能医疗系统搭建图。智能医疗系统搭建图8.3 智能医疗的应用测试8.3.3 系统测试及验证针对跌倒检测仪和心电脉搏检测仪的硬件首先对其完成了高低温测试。测试地点选择在重庆邮电大学自动化学院工程实训中心。测试平台采用的是重庆汉巴试验设备有限公司(HANBA)生产的高低温湿热试验箱，型号为HUT703P，该仪器是参照GB10586-89湿热试验箱相应技术生产的。可以对设备整体(或部件)、仪器、材料等物件做温湿度检测试验、高低温例行试验、耐寒试验，以便检测被测品的适应性或对试验品的性能做出评价。在高低温测试中，分为高温和低温两

28、个流程来完成：低温测试。测试温度范围是：-400，采用定值运行模式，测试时间为30分钟；高温测试。温度范围：080，同样采用定值运行模式，测试时间为30分钟。左图为设备正在测试仪器中进行测试。 高低温测试图测试过程。首先在测试之前将跌倒检测仪和心电脉搏检测仪进行上电工作测试确保测试前是能正常工作的。然后将其放入高低温测试仪中分别进行低温和高温测试，在低温测试完后，再次打开设备检查其是否能正常工作，通过检测发现，经过低温测试后的跌倒检测仪和心电脉搏检测仪依然能正常工作，说明其低温检测通过。然后再进行高温测试，将测试温度设置为080，同样在测试前确保设备能正常工作，经过三十分钟的测试后，拿出设备再

29、次检测其是否能正常工作，通过检测发现在经过高温测试后的跌倒检测仪和心电脉搏检测仪依然能正常工作，因此说明它通过了高温测试。1) 设备测试针对跌倒检测仪，根据中华人民共和国国家标准GB/T2423.8-1995(电工电子产品环境试验，第二部分：试验方法，实验Ed：自由跌落)对其做了自由跌落测试，测试的目的主要是为了测试设备的外壳的耐用程度和内部硬件设备的抗摔性能。测试地点选择在重庆邮电大学自动化学院工程实训中心。测试平台采用的是重庆汉巴试验设备有限公司(HANBA)生产的单翼手机跌落试验机，型号为WD-DY-1500。该单翼手机跌落试验机，可以对设备进行设定高度的自由跌落测试。下图为设备跌落测试

30、过程。 (a) 跌落试验机 (b) 设定高度 (c) 设备正在跌落根据跌落测试标准GB/T2423.8-1995并结合设备的实际应用场景，这里共进行了3种高度的测试，这3种高度分别为900mm、1000mm、1200mm。针对内部硬件设备的抗摔性能测试，每种高度分别进行了50次跌落测试，共150次测试。针对设备外壳的耐摔程度的测试，对设备的外壳的“面”进行了高度为900mm的15次测试和高度为1200mm的 5次“棱”的跌落测试。在测试过程中针对每种跌落高度，设备每跌落5次就进行一次功能测试，看跌落后设备是否还能正常工作。通过测试过程发现，在3种高度的共150次测试中，设备的内部硬件结构没有被

31、摔坏，在150次跌落测试后设备仍然能正常工作。在设备的外壳的“面”的测试中，在高度为900mm的外壳“面”的测试中，测试到第15次时设备的外壳的盖子被摔开，但是扣上后仍然完好。在针对设备外壳“棱”的高度为1200mm在5次测试中，在第4次跌落时设备外壳的菱角被摔裂。因此通过测试表明，跌倒检测仪的内部硬件结构通过了跌落测试，但是设备外壳的耐摔性能并不是很好，如果要加强外壳的耐摔性，可以通过订制硅胶外壳的方式提高其耐摔性能。2) 设备电磁兼容测试针对跌倒检测仪，尽管单个设备的功率并不大，但是由于距离近可能会引起局部场强很大的可能，例如，靠近移动无线收发基站、无线电台或者工业电磁辐射源等，他们工作时

32、都可能对设备产生辐射，针对这些可能出现的情况，这里对设备做了射频电磁场辐射抗扰能力测试。测试地点选择在在重庆邮电大学自动化学院工程实训中心。通过使用重庆邮电大学自动化学院工程实训中心的电磁兼容设备，依据IEC 61000-4-3/GBT17626.3标准，我们共对设备做了13级的射频电磁场辐射抗扰度测试。测试之前检查设备，确保其测试前是能正常工作的，然后将设备打开放入测试室后，将测试室密封后通过外部控制设备，调节场发射天线的各项参数，来改变测试的场强，与此同时通过监控显示器观察设备的工作状况。左图所示为设备进行测试的环境。测试环境在测试过程中通过监控设备观察发现，设备的LED指示灯一直持续正常

33、的闪烁，说明设备一直在持续正常的工作。当三级测试完成后，取出设备再进行相应的功能测试，发现设备依然能正常工作，说明设备通过了电磁兼容测试。3) 系统整体功能应用验证及测试在进行整个系统功能的测试中，首先要进行系统的测试环境的搭建中，主要包括硬件设备的准备和软件测试环境的搭建以及测试地点的选择。硬件设备准备：跌倒检测仪、三床棉絮、IEEE802.15.4e无线路由器、无线网关、交换机、公网无线路由器、一台智能家居服务器、一台监控主机、一部PDA、一部安卓智能手机。软件环境的搭建：针对前面提及到的硬件设备，在测试前分别准备好。保证设备都能正常上电工作以及数据的通信。系统测试地点选择的是实验室按照家

34、居装饰的展厅内。其中家居的布局图如左图所示。家居测试环境布局图根据系统的需求分析，这里设计实现的跌倒检测仪的主要功能有跌倒检测本地报警、远程报警、主动求救报警、取消报警等功能。为了验证这些功能，这里组织了日常生活活动和跌倒的模拟测试。日常生活活动实验模拟测试主要模拟测试了以下项目：正常行走、正常的坐下、起身、正常的蹲下、起身、上楼、下楼、躺下。跌倒模拟实验测试主要做了向左、向右、向前、向后跌倒。在整个系统搭建起来以后，将跌倒检测仪按照X轴在左右方向上、Y轴在上下方向上、Z轴在前后方向上，将跌倒检测仪佩戴在测试用户的腰部位置上。在跌倒检测仪佩戴好以后，佩戴测试参与者就开始模拟各种正常的日常活动，

35、以及在各个方向上的跌倒。因为模拟实验测试具有一定的危险性，所以这里并没有请老人参与模拟实验，本次实验测试分为4组同学分别佩戴检测仪后在铺在地上的棉絮上完成。针对每一个项目，每组同学分别进行50次模拟测试，测试结果统计分析见表1和表2。续表测试项目名称测试者1 测试者2 测试者3 测试者4 总次数测试次数报警次数测试次数报警次数测试次数报警次数测试次数报警测试总测试次总报警次数数正常行走5005005005002000正常坐下5005025015002003正常起身5005005005002000正常蹲下5005005005002000蹲下起身5005005005002000正常上楼500500

36、5005002000正常下楼5005015005002001正常躺下5005005005002000表1 正常日常生活活动模拟测试数据表从表1的统计中发现，在对各种正常的日常活动的每个项目的200次模拟实验中，除了在正常坐下项目的模拟实验中出现了误报以外，其他项目都没有出现误报。经过分析发现，出现误报的原因是测试者在测试的过程中快速坐下，坐下后并半躺下从而导致了误报，因为在快速坐下的过程中加速度SVM变化过大且接近于跌倒时SVM的变化，同时坐下之后又处于半躺的状态，导致了跌倒检测仪误认为人体发生了跌倒。表2 各种跌倒模拟测试数据表测试项目名称测试者1测试者2测试者3测试者4总次数准确率%测试次

37、数报警次数测试次数报警次数测试次数报警次数测试次数报警次数测试总数报警总数向前跌倒504450465044504520017989.5向后跌倒504550475046504720018592.5向左跌倒504450455045504520018190.5向右跌倒504550445046504520018090从表2中统计的数据发现，在对跌倒项目的每个项目进行的200次模拟测试中，测试报警的报警率最高，达到了92.5%；最低报警率是89.5%。其中，报警率最高的是在向后跌倒的测试中；报警率最低的是在向前跌倒的测试中。经过分析发现，当人们向前跌倒时，在身体着地的时候，人们会有意识地通过弯曲双腿和使用双手去进行缓冲着地，那样就会导致人们在跌倒过程中加速度SVM的冲击值减小，使身体着地时的加速度SVM值可能无法达到我们设定的SVM阈值，导致系统无法检测到跌倒的发生。而报警率最高是在向后跌倒模拟实验中，因为在人们向前、向左、向右的跌倒中，人们要么可以通过双手或者单手或同时弯曲双腿的方式对跌倒进行一定的缓冲，在一定程度上将会降低人们跌倒的高度，使得人们在着地时产生的冲击加速度SVM减小，从而会在一定程度上导致漏报的出现，而在向后的跌倒中，因为人们无法通过双手或者双脚有意识地进行缓