跌倒检测穿戴式+紧急按钮+室内追踪开源设备

描述

我想解决什么问题？

每年，65 岁以上的人口中有 30% 到 50% 跌倒。这是老年人受伤的主要原因，也是意外死亡的主要原因。统计数据显示，如果没有及时得到医疗护理，65 岁以上的人中有超过 30% 的跌倒导致死亡。对于 85 岁以上的人来说，这个数字高达 60%。

在现代世界中，大多数老年人（或夫妇）独自居住在小公寓或房屋中。虽然老年人跌倒是不可避免的，但我们应该有一个机制，当一个人跌倒时，可以联系紧急联系人或医生，甚至是 911。

我的解决方案是什么？

好吧，我不会声称我的原型会解决问题，但肯定会解决一些问题并提供方向，如何扩大原型的范围以解决更多与跌倒相关的问题。

我的原型包括 3 个组件

1. 可穿戴设备

哪个老人会挂在脖子或上臂上。该设备有一个“MPU 6050 三轴加速度计和陀螺仪”传感器，有助于确定跌倒。设备由一节可充电 18650 电池和用于微型 USB 充电的 TP4056 模块供电。设备配备了一个紧急按钮，可触发短信并呼叫紧急联系人/护理人员。设备还充当iBeacon BLE 发射器，由扩展坞用于室内位置跟踪。

2. 扩展坞

当检测到跌倒或按下可穿戴设备上的紧急按钮时，它会提供药物提醒的音频消息并激活警报器。扩展坞配备无线充电器，可对可穿戴设备进行无线充电。对于因手部抖动而难以插入微型 USB 的老年人来说，这听起来微不足道，但非常重要。它还具有一些 LED 用于可视指示可穿戴设备是否在线、最近宣布的任何药物提醒等。扩展坞还接收可穿戴设备发送的 iBeacon 信号，并计算人与站点的距离并将数据实时发布到移动应用程序时间。

3. 移动应用

专为护理人员或紧急联系人而设计。使用该应用程序，用户可以设置紧急电话号码，如果可穿戴设备检测到跌倒或按下可穿戴设备上的紧急按钮，该号码将接收短信和语音电话。用户可以设置药物提醒，确认事件。如果事件在 30 分钟内未得到确认，则通过相同的通信协议通知第二个联系人，以确保该人尽快得到关注。用户还可以实时跟踪可穿戴设备的室内位置，以了解此人的位置。

产品特性一览

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高层架构/通信图

设备和移动应用程序之间的主要通信协议是 MQTT。数据存储在 SQLite 数据库中，后端部署到 Amazon EC2 实例。REST 协议用于与后端服务通信。

AWS Polly 用于从文本（药物警报）生成语音警报，AWS Pinpoint 用于在不使用任何 SIM 卡或蜂窝运营商的情况下拨打语音电话和短信。

可穿戴设备充当 iBeacon 发射器，扩展坞充当接收器。坞站计算传输信号的距离并发布到 MQTT。移动应用程序监听主题并实时更新位置。

如何重新创建此项目

好吧，正如您所了解的，这个项目有 3 个主要组成部分，我一次只讲一个。

在开始之前，我会要求您将 gihub 存储库克隆到您的笔记本电脑上。

1.可穿戴设备

让我们从使用 Raspberry Pi Zero 构建的可穿戴设备开始。我假设你已经预先配置了带有 nodejs、npm 和 python3 的 Raspberry Pi。如果您是 Raspberry Pi 开发新手，互联网上有很多很棒的教程。您可以查看https://www.w3schools.com/nodejs/nodejs_raspberrypi.asp。Raspbian OS 预装了 Python 2 & 3 和 NodeJS。使用 Rasbian 映像刻录 SD 卡后，将其插入 Pi。启动您的 Pi Zero 并配置 Wifi。完成后，接下来您将安装一些其他蓝牙传输软件。我鼓励您阅读以下两篇文章，它们将逐步指导您如何安装必要的软件以将您的 pi 用作 ibeacon 发射器。

http://www.wadewegner.com/2014/05/create-an-ibeacon-transmitter-with-the-raspberry-pi/

https://hackncheese.com/2014/01/28/PiBeacon/

完成后，在 /home/pi 下创建一个名为“detection”的文件夹，并将 /ble-device 中的所有文件 FTP 到该文件夹​​。确切地说，有4个文件。

您可以为此使用任何 FTP 软件。我个人更喜欢免费的 FileZilla！

现在， cd 进入检测文件夹并执行以下命令以安装 python 依赖项

sudo pip3 install paho-mqtt

当您完成软件安装后，让我们看一下原理图并连接您的传感器和其他硬件。为确保您的 Pi 能够识别 MPU5060，请运行以下命令，您应该会看到地址“68”出现。如果没有，则从配置首选项检查是否为您的 Pi 启用了 IC2 接口。

sudo i2cdetect -y 1

接下来，您需要获取蓝牙设备的 MAC 地址。执行以下命令并复制突出显示的 MAC 地址。你在几个地方需要这个地址。所以复制到一个文本文件或笔记。

还要从 ibeacon_start 文件中复制 UUID。你以后需要那个。

sudo hciconfig

在注册服务之前，请通过手动运行脚本来检查它们。

./ibeacon_start

在另一个终端运行

sudo python3 fall_detection.py

如果您在控制台中没有看到任何错误，则一切就绪！现在执行以下命令将这两个脚本注册为服务，这样当您重新启动 Pi 时，这些脚本会自动启动。

sudo sh detection-service.sh

然后重启你的 pi

sudo reboot

一旦您的 Pi 再次启动，请键入以下命令以检查您的服务是否处于活动状态。

sudo systemctl status detection.service

2.后端

接下来我们将启动后端服务。它是 NodeJS 项目，我已部署到 AWS EC2，但您可以在任何地方部署，甚至在本地运行。如果您在本地运行，则需要使用“ngrok”或类似的东西，以便移动应用程序可以通过互联网连接到您的服务器。要启动服务器，您只需要执行以下命令。我假设您安装了 NodeJS 8+。

npm install
node server.js

3.扩展坞

是时候让扩展坞启动并运行了。我使用过 Raspberry Pi 3 Model B，但您可以使用 Pi Zero（我只是没有备用 Pi Zero）。确保您安装了与可穿戴设备中类似的操作系统和软件。然后按照原理图连接 LED。我使用 RASPIAUDIO ( https://www.raspiaudio.com/raspiaudio-aiy ) 作为扬声器。按照链接安装必要的软件。您可以使用任何其他带有 3.5 连接器的扬声器，但请记住，您可能需要单独的电源，这是我选择 RASPIAUDIO 的另一个原因。

完成上述步骤后，将所有文件从 /dock 复制到 /home/pi/dock 文件夹。

由于我们使用的是 AWS Polly，因此您需要配置 AWS CLI。运行下面的命令来安装它，然后配置它。您需要在 AWS 控制台中创建一个用户并向 AWS Polly 授予权限。

sudo apt-get install awscli
sudo aws configure

然后安装其他python依赖

sudo pip3 install paho-mqtt  boto3

然后安装nodejs依赖

npm install

您需要根据您的后端公共 url更改main.py中的 BACKEND_URL 变量。

您还需要更改scan.js文件中的 addressToTrack 变量。这是您之前复制的可穿戴设备的 MAC 地址。请删除所有“：”并粘贴 12 个字符的 MAC 地址。

在注册服务之前，请手动运行脚本以确保没有错误。

sudo node scan.js

在另一个终端

sudo python3 main.py

如果两个脚本都运行没有错误，请停止它们并执行以下脚本

sudo sh dock-service.sh

然后重启

sudo reboot

一旦你的 pi 启动，检查服务的状态

sudo systemctl status dock.service

如果它显示“活动”并且您的可穿戴设备正在运行，您应该会看到绿色和琥珀色 LED 亮起，这将确保可穿戴设备在线。绿色用于跌倒检测，琥珀色用于 ibeacon 传输。

4. 移动应用

现在是最后一个组件。这是一个 Ionic 混合移动应用程序，如果您不想在移动设备上作为应用程序部署，它也可以在浏览器上运行。如果您没有安装 ionic cli，请访问 ionic 官网https://ionicframework.com并安装。

安装后，进入 /mobile-app 目录并发出以下命令。

npm install

这应该安装所有必要的依赖项。然后进入 src/environments/environment.ts 文件并根据您的公共后端 url 更改 url 变量。然后发出以下命令在浏览器上运行应用程序

ionic serve

这应该会在您的默认浏览器上打开该应用程序。您应该看到如下登录页面。该项目为您预加载了一个用户。用户名是owner@gmail.com ，密码是密码。您可能需要更新电话号码和可穿戴设备 MAC ID。

而已 ！如果一切顺利，您应该会看到您的可穿戴设备处于在线状态，并且跟踪将被激活。

3D打印

我附上了我设计和打印的 3 个打印文件。但我的 3D 打印技能处于初学者水平。因此，我鼓励您修改我的文件或创建自己的文件，或者至少在打印之前进行审查。