基于加速度傳感器的老人跌倒檢測(cè)系統(tǒng)

高級(jí)操作系統(tǒng)期末論文題目基于加速度傳感器的老人跌倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)基于加速度傳感器的老人跌倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)摘要：在社會(huì)逐漸走向老齡化的今天，獨(dú)自生活的老年人的行動(dòng)安全已經(jīng)成為社會(huì)的重要問題。以前大多數(shù)的報(bào)警系統(tǒng)多采用按鍵式的報(bào)警方式，實(shí)際上，來年人摔倒時(shí)，常常失去自我意識(shí)，所以單純依靠老年人摔倒后主動(dòng)觸發(fā)報(bào)警具備一定的風(fēng)險(xiǎn)。隨著開源的Android平臺(tái)移動(dòng)終端操作系統(tǒng)的推出，這一系統(tǒng)具備廣泛的兼容性，為了減少老年人因跌倒造成的身心傷害，利用當(dāng)前android手機(jī)集成的加速度傳感器進(jìn)行人體跌倒的檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到人體發(fā)生跌倒時(shí)對(duì)老人當(dāng)前的位置進(jìn)行定位并調(diào)用SMS將摔倒的信息和位置信息發(fā)送到預(yù)先設(shè)置的緊急聯(lián)系人手機(jī)，可以提高老年人摔倒報(bào)警的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：加速度傳感器;跌到檢測(cè);定位;SMS要在老人的手機(jī)上安裝上軟件進(jìn)行相應(yīng)簡(jiǎn)單的設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和報(bào)警。2軟件設(shè)計(jì)及分析2.1總體設(shè)計(jì)基于Android平臺(tái)開發(fā)的老人跌倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要用來對(duì)人體跌倒進(jìn)行識(shí)別和報(bào)警，主要功能包括，通過獲取到的加速度值和角速度值進(jìn)行判別跌倒是否發(fā)生并用折線圖對(duì)加速度變化的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，使用百度地圖定位功能獲取到老人跌倒時(shí)所處的位置，用戶需要進(jìn)行緊急聯(lián)系人設(shè)置以便檢測(cè)到跌倒發(fā)生時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，檢測(cè)到跌倒時(shí)將用戶位置和摔倒的信息以短信發(fā)送到緊急聯(lián)系人手機(jī)上。該系統(tǒng)中跌倒的識(shí)別是一個(gè)難點(diǎn)，只進(jìn)行加速度和角速度閾值設(shè)定的方式來判斷摔倒是否發(fā)生測(cè)試結(jié)果會(huì)有一定的誤差，要使測(cè)試結(jié)果更精確則需要使用識(shí)別數(shù)據(jù)庫。即將人體運(yùn)動(dòng)時(shí)可能發(fā)生的各種情況如正常行走、跑步、跌倒等的相關(guān)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，判別跌倒是否發(fā)生時(shí)只需要和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比即可。2.2設(shè)計(jì)環(huán)境開發(fā)軟件:Eclipse開發(fā)語言:Java+SQLite運(yùn)行環(huán)境:Android4.1.0及以上2.2.1加速度傳感器簡(jiǎn)介加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備。通過測(cè)量由于重力引起的加速度，你可以計(jì)算出設(shè)備相對(duì)于水平面的傾斜角度。通過分析動(dòng)態(tài)加速度，你可以分析出設(shè)備移動(dòng)的方式。加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備。因此其的范圍比重力感應(yīng)器要大，但是一般在手機(jī)被提到的加速度感應(yīng)器時(shí)，其實(shí)就是指重力感應(yīng)器，因此兩者可以看作是等價(jià)的。加速度傳感器應(yīng)用于地震檢波器設(shè)計(jì)、車禍報(bào)警、監(jiān)測(cè)高壓導(dǎo)線舞動(dòng)、汽車安全、游戲控制、圖像自動(dòng)翻轉(zhuǎn)、電子指南針傾斜校正、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)死角的補(bǔ)償、計(jì)步器功能、防手抖功能、設(shè)備或終端姿態(tài)檢測(cè)等眾多領(lǐng)域。2.2.2跌到檢測(cè)簡(jiǎn)介跌倒檢測(cè)系統(tǒng),其包括:一個(gè)或多個(gè)傳感器,所述傳感器用于監(jiān)測(cè)跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的用戶的運(yùn)動(dòng)以及用于生成相應(yīng)的信號(hào);用于根據(jù)用戶身體狀況的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量結(jié)果確定閾值的模塊；處理器,所述處理器用于分析信號(hào)以識(shí)別用戶的跌倒、分析信號(hào)以識(shí)別跌倒。一般情況下，人體跌倒行為通常發(fā)生在2秒左右。跌倒過程中身體重心的瞬間移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)加速度，身體的傾倒也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏離豎直方向的角度。在非跌倒?fàn)顟B(tài)如行走過程中，人體上軀干偏離Z軸的傾斜角處于一個(gè)相對(duì)安全的范圍內(nèi)，而跌倒后人體多處于俯臥、側(cè)臥或仰臥的狀態(tài)，軀干方向接近于水平，即偏離豎直方向的傾斜角接近90度。因此我們選取加速度和身體的傾斜角這兩個(gè)特征作為判別跌倒與其它日?；顒?dòng)的依據(jù)。.2.2.3定位簡(jiǎn)介現(xiàn)在人們能實(shí)現(xiàn)的定位的方式很多百度地圖就是其中一個(gè)，百度提供的一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)地圖搜索服務(wù)，覆蓋了國內(nèi)近400個(gè)城市、數(shù)千個(gè)區(qū)縣。在百度地圖里，用戶可以查詢街道、商場(chǎng)、樓盤的地理位置，也可以找到離您最近的所有餐館、學(xué)校、銀行、公園等等。利用百度地圖定位功能實(shí)時(shí)的知道用戶所處的位置，要想到達(dá)目的地可以選擇的路線信息等。2.2.4SMS短信服務(wù)是一種存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。也就是說，短消息并不是直接從發(fā)送人發(fā)送到接收人，而始終通過短信服務(wù)中心進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如果接收人處于未連接狀態(tài)（可能電話已關(guān)閉），則消息將在接收人再次連接時(shí)發(fā)送。SMS具有許多其他的重要功能。它既是一個(gè)龐大的直接面對(duì)用戶的服務(wù)部門，需要位于不同工作點(diǎn)的許多工作人員通過客戶端同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作3系統(tǒng)需求分析與概要設(shè)計(jì)3.1需求分析本系統(tǒng)是一個(gè)基于安卓系統(tǒng)的人體跌倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)軟件，通過使用此軟件能夠快捷的識(shí)別出人體是否跌倒，利用百度地圖對(duì)人所處的位置進(jìn)行定位，并使用SMS將位置和摔倒的信息發(fā)送到家人的手機(jī)上，本系統(tǒng)包括的功能有緊急聯(lián)系人信息添加，百度地圖定位，跌倒識(shí)別的信息用折線圖顯示，短信的發(fā)送。3.2系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)3.2.1系統(tǒng)功能模塊介紹（1）添加緊急聯(lián)系人信息模塊：用戶點(diǎn)擊聯(lián)系人按鈕后可以通過點(diǎn)擊添加按鈕進(jìn)入緊急聯(lián)系人信息頁面進(jìn)行信息的添加也可以點(diǎn)擊通訊錄從手機(jī)通訊錄中選擇添加。該模塊中包含了兩個(gè)子模塊自主添加聯(lián)系人模塊和從通訊錄選擇添加聯(lián)系人模塊，模塊界面如下圖所示：圖3.1系統(tǒng)主界面圖3.2緊急聯(lián)系人信息模塊界面（2）百度地圖定位模塊：當(dāng)老人跌倒需要家人的幫助時(shí)就需要能知道老人當(dāng)時(shí)所在的位置，所以利用百度地圖里的定位功能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位。模塊界面如下：圖3.3百度地圖模塊界面（3）跌倒識(shí)別模塊：現(xiàn)在的android手機(jī)中都已集成了加速度傳感器，所以利用加速度傳感器的和速度是否超過設(shè)定的閾值判定人體是否摔倒，并將信息用折線圖顯示。該模塊中包含了加速度顯示和折線圖顯示加速度值兩個(gè)子模塊，界面如下圖所示：圖3.4跌倒識(shí)別模塊界面（4）發(fā)送短信模塊：當(dāng)檢測(cè)到用戶摔倒時(shí)將用戶的當(dāng)前的所在位置和摔倒的信息發(fā)送到指定的緊急聯(lián)系人的手機(jī)上。模塊的界面如下圖所示：圖3.5發(fā)送短息模塊界面3.2.2功能模塊結(jié)構(gòu)圖圖3.6功能模塊結(jié)構(gòu)圖3.2.3系統(tǒng)流程圖圖3.7系統(tǒng)流程圖4系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)4.1聯(lián)系人設(shè)置模塊4.1.1代碼設(shè)計(jì)緊急聯(lián)系人設(shè)置的xml布局由兩個(gè)Button和一個(gè)Textview組成,兩個(gè)Button分別表示通過系統(tǒng)自己的添加界面添加緊急聯(lián)系人和調(diào)用手機(jī)通訊錄選擇添加緊急聯(lián)系人，Textview用來顯示添加的緊急聯(lián)系人信息（包括姓名，電話，地址）模塊部分代碼如下：protectedvoidonCreate(BundlesavedInstanceState){ super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_contact_info); show=(TextView)findViewById(R.id.show); Intenti=getIntent(); /* *實(shí)現(xiàn)緊急聯(lián)系人的添加*/ findViewById(R.id.add).setOnClickListener( newOnClickListener(){ //調(diào)用“添加聯(lián)系人信息”頁面 @Override publicvoidonClick(Viewv){ IntentjIntent=newIntent(ContactInfoActivity.this, AddContactActivity.class); //jIntent.putExtra("familyInfo",newfamilyInfo("","","")); startActivityForResult(jIntent,0); } }); /* *實(shí)現(xiàn)通訊錄中選取聯(lián)系人 **/ findViewById(R.id.book).setOnClickListener( newOnClickListener(){ @Override publicvoidonClick(Viewv){ IntentbIntent=newIntent(ContactInfoActivity.this, PhoneActivity.class); startActivityForResult(bIntent,0); } }); } //處理接收的數(shù)據(jù) @Override protectedvoidonActivityResult(intrequestCode,intresultCode,Intentdata){ super.onActivityResult(requestCode,resultCode,data); //接收數(shù)據(jù)：采用Bundle傳值 Bundlebundle=data.getExtras(); Stringname=bundle.getString("name"); Stringtelphone=bundle.getString("telphone"); Stringaddress=bundle.getString("address"); show.setText("聯(lián)系人信息："+"\n姓名："+name+"\n電話:"+telphone+"\n地址:"+address); show.setTextSize(20); }4.1.2界面設(shè)計(jì)聯(lián)系人設(shè)置模塊界面如圖4.1.1所示。圖4.1緊急聯(lián)系人信息界面圖4.2自主添加聯(lián)系人模塊4.2.1代碼設(shè)計(jì)自主添加聯(lián)系人activity_add_contact.xml布局主要由三個(gè)TextView來分別顯示用戶需要添加的姓名、電話和地址信息、三個(gè)EditText分別由用戶輸入對(duì)應(yīng)的信息、兩個(gè)Button用來實(shí)現(xiàn)用戶輸入信息的存儲(chǔ)并返回到另一個(gè)Activity將信息顯示出來，取消按鈕用來取消本次添加操作。模塊的部分代碼如下：protectedvoidonCreate(BundlesavedInstanceState){ super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_add_contact); //接收數(shù)據(jù) IntentjIntent=getIntent();//實(shí)現(xiàn)“聯(lián)系人信息頁”到“添加聯(lián)系人信息”頁 name=(EditText)findViewById(R.id.editText1); telphone=(EditText)findViewById(R.id.editText2); address=(EditText)findViewById(R.id.editText3); //返回聯(lián)系人信息頁 findViewById(R.id.confirm).setOnClickListener( newOnClickListener(){ @Override publicvoidonClick(Viewv){ Bundlebundle=newBundle(); bundle.putString("name", name.getText().toString()); bundle.putString("telphone", telphone.getText().toString()); bundle.putString("address", address.getText().toString()); Intentintent=newIntent(AddContactActivity.this, ContactInfoActivity.class); intent.putExtras(bundle); setResult(1,intent); finish(); } });4.2.2界面設(shè)計(jì)自主添加聯(lián)系人模塊界面如圖4.2.1和圖4.2.2所示。圖4.2添加聯(lián)系人界面圖4.3取消按鈕信息提示界面4.3通訊錄獲取聯(lián)系人模塊4.3.1代碼設(shè)計(jì)通訊錄獲取聯(lián)系人activity_phone.xml布局由ListView來顯示從用戶手機(jī)通訊錄中讀取出來的聯(lián)系人信息，模塊部分代碼如下：publicclassGetNumber{ publicstaticList<PhoneInfo>lists=newArrayList<PhoneInfo>(); publicstaticStringgetNumber(Contextcontext){ Cursorcursor=context.getContentResolver().query(Phone.CONTENT_URI, null,null,null,null); StringphoneNumber; StringphoneName; while(cursor.moveToNext()){ phoneNumber=cursor.getString(cursor.getColumnIndex(Phone.NUMBER));//電話號(hào)碼 phoneName=cursor.getString(cursor.getColumnIndex(Phone.DISPLAY_NAME));//姓名 PhoneInfoinfo=newPhoneInfo(phoneName,phoneNumber); lists.add(info); System.out.println(phoneName); System.out.println(phoneNumber); } returnnull; }}4.3.2界面設(shè)計(jì)通訊錄獲取聯(lián)系人模塊界面如圖4.3.1所示。圖4.4通訊錄選擇聯(lián)系人信息界面4.4百度地圖定位模塊4.4.1代碼設(shè)計(jì)百度地圖定位activity_locationss.xml布局由一個(gè)Button來驅(qū)動(dòng)用戶調(diào)用百度地圖API實(shí)現(xiàn)百度地圖的定位，在實(shí)現(xiàn)百度地圖定位時(shí)需要根據(jù)所建項(xiàng)目的包和Eclipse中的SHA1fingerprint信息來申請(qǐng)對(duì)應(yīng)的APIkey并在配置文件中配置響應(yīng)信息，還需要導(dǎo)入baidumapapi的包。模塊的部分代碼如下：publicclassMyLocationListennerimplementsBDLocationListener{ @Override publicvoidonReceiveLocation(BDLocationlocation){ //mapview銷毀后不在處理新接收的位置 if(location==null||mMapView==null) return; MyLocationDatalocData=newMyLocationData.Builder() .accuracy(location.getRadius()) //此處設(shè)置開發(fā)者獲取到的方向信息，順時(shí)針0-360 .direction(100).latitude(location.getLatitude()) .longitude(location.getLongitude()).build(); mBaiduMap.setMyLocationData(locData); if(isFirstLoc){ isFirstLoc=false; LatLngll=newLatLng(location.getLatitude(), location.getLongitude()); MapStatusUpdateu=MapStatusUpdateFactory.newLatLng(ll); mBaiduMap.animateMapStatus(u); } Stringaddr=location.getAddrStr(); if(addr!=null){ Log.i("Test",addr); }else{ Log.i("Test","error"); } doublelongitude=location.getLongitude(); doublelatitude=location.getLatitude(); if(longitude>0&&latitude>0){ Log.i("Test",String.format("緯度:%f經(jīng)度:%f",latitude,longitude)); LatLngptCenter=newLatLng(latitude,longitude); //反Geo搜索 mSearch.reverseGeoCode(newReverseGeoCodeOption() .location(ptCenter)); } //停止定位 mLocClient.stop(); } publicvoidonReceivePoi(BDLocationpoiLocation){ } }4.4.2界面設(shè)計(jì)百度地圖定位模塊界面如圖4.4.1所示。圖4.5百度地圖定位信息界面4.5加速度信息顯示模塊4.5.1代碼設(shè)計(jì)加速度信息顯示activity_sensor.xml布局由一個(gè)TextView顯示通過手機(jī)中的加速度傳感器獲取到的人體運(yùn)動(dòng)加速度的數(shù)據(jù)，此處需要計(jì)算加速度的合速度并設(shè)定相應(yīng)的閾值，若獲取的合速度a超過了閾值則表示人摔倒否則屬于正常情況。模塊部分代碼如下：/*功能：采集加速度傳感器，得到傳感器從外界采集的數(shù)據(jù) */ @Override protectedvoidonCreate(BundlesavedInstanceState){ super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_sensor); showTextView=(TextView)findViewById(R.id.showTextView); sensorManager=(SensorManager)getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE); accelerometerSensor=sensorManager .getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER); sensorManager.registerListener(this,accelerometerSensor, SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME); } //坐標(biāo)軸都是手機(jī)從左側(cè)到右側(cè)的水平方向?yàn)閤軸正向，從手機(jī)下部到上部為y軸正向，垂直于手機(jī)屏幕向上為z軸正向 @Override publicvoidonSensorChanged(SensorEventevent){ if(event.sensor.getType()==Sensor.TYPE_ACCELEROMETER){ //x,y,z分別存儲(chǔ)坐標(biāo)軸x,y,z上的加速度 floatx=event.values[0]; floaty=event.values[1]; floatz=event.values[2]; //根據(jù)三個(gè)方向上的加速度值得到總的加速度值a floata=(float)Math.sqrt(x*x+y*y+z*z); System.out.println("和加速度a>"+a); //傳感器從外界采集數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔為10000微秒 System.out.println("x軸加速度x>"+x); System.out.println("y軸加速度>"+y); System.out.println("z軸加速度>"+z); Log.d("TAG","x>"+x); Log.d("TAG","y>"+y); Log.d("TAG","z>"+z); showTextView.setText("\t"+"合速度a>"+a+ "\nX軸加速度>"+x+ "\nY軸加速度>"+y+ "\nZ軸加速度>"+z); } //將當(dāng)前時(shí)間賦值給timestamp timestamp=event.timestamp; }4.5.2界面設(shè)計(jì)加速度信息顯示模塊界面如圖4.5.1所示。圖4.6人體運(yùn)動(dòng)加速度信息顯示界面4.6折線圖顯示合速度信息模塊4.6.1代碼設(shè)計(jì)折線圖顯示合速度activity_chart.xml布局由一個(gè)TextView、一個(gè)LinearLayout和一個(gè)Button組成，TextView反映折線圖的內(nèi)容，LinearLayout用來顯示折線圖，Button用來返回上一級(jí)的Activity頁面。代碼如圖所示：@Override protectedvoidonCreate(BundlesavedInstanceState){ super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_chart); LinearLayoutlayout=(LinearLayout)findViewById(R.id.linearlayout);//生成圖表 chart=ChartFactory.getTimeChartView(this,getDateDemoDataset(),getDemoRenderer(),"HH:mm:ss"); layout.addView(chart,newLayoutParams(LayoutParams.WRAP_CONTENT,370)); //為TextView添加事件// textview=(TextView)findViewById(R.id.myview);// textview.setOnClickListener(newView.OnClickListener Buttonbutton=(Button)this.findViewById(R.id.button); button.setOnClickListener(newView.OnClickListener(){ @Override publicvoidonClick(Viewv){ Toast.makeText(ChartActivity.this,"加速度",1).show(); Intentintent=newIntent(); intent.setClass(ChartActivity.this,MainActivity.class); startActivity(intent); } }); handler=newHandler(){ @Override publicvoidhandleMessage(Messagemsg){ //刷新圖表 updateChart(); super.handleMessage(msg); }};task=newTimerTask(){ @Override publicvoidrun(){ Messagemessage=newMessage(); message.what=200; handler.sendMessage(message); }};timer.schedule(task,2*1000,1000); }4.6.2界面設(shè)計(jì)折線圖顯示合速度信息模塊界面如圖4.6.1所示。圖4.7折線圖顯示人體運(yùn)動(dòng)加速度信息界面4.7發(fā)送短信模塊4.7.1代碼設(shè)計(jì)短信發(fā)送activity_sms.xml布局由兩個(gè)TextView和兩個(gè)EditView和一個(gè)Button組成，TextView用來作為用戶發(fā)送短信時(shí)輸入信息的提示，EditView用來給用戶進(jìn)行信息編輯，Button實(shí)現(xiàn)短信發(fā)送的操作。模塊部分代碼如下：protectedvoidonCreate(BundlesavedInstanceState){ super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_sms); phone_number_editText=(EditText)findViewById(R.id.phone_number_editText); sms_content_editText=(EditText)findViewById(R.id.sms_content_editText); send_sms_button=(Button)findViewById(R.id.send_sms_button); send_sms_button.setOnClickListener(newOnClickListener(){ @Override publicvoidonClick(Viewarg0){ Stringphone_number=phone_number_editText.getText().toString().trim(); Stringsms_content=sms_content_editText.getText().toString().trim(); if(phone_number.equals("")){ Toast.makeText(SMSActivity.this,R.string.str_remind_input_phone_number,Toast.LENGTH_LONG).show(); }else{ SmsManagersmsManager=SmsManager.getDefault(); if(sms_content.length()>70){ List<String>contents=smsManager.divideMessage(sms_content); for(Stringsms:contents){ smsManager.sendTextMessage(phone_number,null,sms,null,null); } }else{ smsManager.sendTextMessage(phone_number,null,sms_content,null,null); } Toast.makeText(SMSActivity.this,R.string.str_remind_sms_send_finish,Toast.LENGTH_SHORT).show(); } } }); }4.7.2界面設(shè)計(jì)短信發(fā)送模塊界面如圖4.7.1所示。圖4.8短信發(fā)送界面4.8系統(tǒng)開發(fā)過程故障排除在整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)的過程中，總會(huì)遇到各種各樣的問題，現(xiàn)將部分問題及解決辦法總結(jié)如下：在Activity中，獲取被啟動(dòng)的Activity傳回的信息時(shí)報(bào)空指針的錯(cuò)誤，原因是布局文件中有些控件未被綁定組件，所以獲取的值是空的。在利用百度地圖進(jìn)行定位時(shí)報(bào)錯(cuò)：Unabletoexecutedex:Multipledexfilesdefine，原因是重復(fù)定義support.v4的支持包，解決辦法：刪掉一個(gè)即可。在運(yùn)行程序時(shí)報(bào)錯(cuò):Pleasechecklogcatoutputformoredetails。原因是測(cè)試的手機(jī)內(nèi)存不足，解決辦法：刪除手機(jī)上的其他應(yīng)用。點(diǎn)擊按鈕時(shí)程序不響應(yīng)，但程序不報(bào)錯(cuò)誤。原因是：在頁面布局中，圖片和按鈕的命名相同時(shí)。在系統(tǒng)中需要使用折線圖顯示獲取到的加速度值得變化信息，出現(xiàn)錯(cuò)誤：java.lang.NoClassDefFoundError:org.achartengine.model.XYMultipleSeriesDataset，原因：依賴的Jar包沒有編譯到apk中，解決辦法：選擇工程Project右鍵-->屬性-->JavaBuildPath-->OrderandExport-->將引