摔倒检测地板
技术领域
本实用新型涉及人在地板上的摔倒检测领域，尤其包括一种摔倒检测地板。
背景技术
传统的室内木质地板，对使用环境的要求很高，在潮湿的环境下容易膨胀变形、霉变、虫蛀，在干燥的环境下又容易收缩变形、开裂；成品或半成品一般都采用涂层工艺形成，形成表面光滑的油漆层以保护木质地板，增加木质地板的使用寿命和美感。只是，由于该传统的木地板的油漆表面都比较光滑，当人们在上面行走时，容易滑倒，特别是地板表面被弄湿时，在其光滑的表面上容易形成水膜，显得更加湿滑。
由于市场还未有烘干鞋底的水渍等地板产品，因此，提出一种摔倒检测地板，就显得尤为重要。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种摔倒检测地板。
这种摔倒检测地板，包括：电源供电模块、传感器输入模块、微控制器模块、加热模块、网络传输模块和物联网平台；所述加热模块包括导热垫片、加热口和半导体制冷片；所述导热垫片设置于地板表层，加热口设于导热垫片下方的地板空腔中，半导体制冷片置于加热口中；所述微控制器模块通过网络传输模块和物联网平台连接；
所述电源供电模块包括线性可调电源和外置开关电源；所述外置开关电源用于加热模块供电，所述线性可调电源用于其余模块供电；
所述传感器输入模块包括雨滴传感器、温度传感器和重力传感器；所述雨滴传感器、温度传感器和重力传感器均设置于地板表层；
所述微控制器模块的主控制器为单片机。
作为优选，导热垫片下方的机械层处还安装有多列应变电阻；设有微处理控制器用于采集应变电阻的模拟信号，微处理控制器通过IIC串行与微控制器模块的主控制器连接。
作为优选，所述单片机为STM32F103C8T6；所述线性可调电源为LM317；所述温度传感器为DS18B20。
作为优选，所述网络传输模块为ESP8266。
作为优选，所述重力传感器为HX711。
本实用新型的有益效果是：摔倒检测地板基于stm32芯片，设有加热模块用于加热烘干地板表面的水滴；加热模块中设有导热垫片，导热垫片使行人鞋底的水分快速蒸发，热效率高，缩短鞋底的干燥时间；设有用重力传感器和应变电阻，可用于判断摔倒；摔倒检测地板结构简单，安装方式为悬浮式铺设，易于安装和维护。
附图说明
图1为摔倒检测地板的硬件框图；
图2为摔倒检测地板各模块的运行流程图；
图3为受力面积检测模型图；
图4为摔倒检测地板模型图；
图5为STM32F103C8T6最小系统图；
图6为电源模块原理图；
图7为网络模块电路接线图；
图8为MOSFET驱动电路图；
图9为ds18b20原理图；
图10为HX711模块电路原理图；
图11为HX711电路接线图；
图12为雨滴传感器电路原理图；
图13为雨滴传感器电路接线图；
图14为物联网显示图；
图15为实际电路原理图。
附图标记说明：应变电阻1、加热口2、导热垫片3。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
本实用新型的摔倒检测地板是通过STM32F103C8T6作为核心单元采集温度、压力等数据，再通过esp8266模块使用MQTT协议传输至第三方网络平台(OneNet)，使用户可以观察自身的数据，且添加了加热模块，可以使得此产品在判断天气的温度雨量情况后在行人路过时开启加热功能对地板表面进行制热，且在特定摔倒事件(目前仅仅只能针对部分摔倒情况)时发送邮件到关联账户进行提醒。
摔倒检测地板的硬件框图如图1所示，包括：电源供电模块、传感器输入模块、微控制器模块、加热模块、网络传输模块和物联网平台；所述加热模块包括导热垫片3、加热口2和半导体制冷片；所述导热垫片3设置于地板表层，加热口2设于导热垫片3下方的地板空腔中，半导体制冷片置于加热口2中；加热模块使用半导体制冷片去加热烘干地面，因为自身硬件的桎梏(功率恒定)，可以避免加热过程中加热过大所造成的危害事件。所述网络传输模块与微控制器模块和物联网平台均双向连接；
所述电源供电模块包括LM317线性可调电源和外置开关电源；所述外置开关电源向加热模块供电，所述线性可调电源向其余模块供电；
所述传感器输入模块包括雨滴传感器、温度传感器和重力传感器；所述雨滴传感器、温度传感器和重力传感器均设置于地板表层；所述温度传感器挂载在微控制器模块的多个控制器上；
所述微控制器模块的主控制器为STM32F103C8T6单片机，并采用ESP8266、ds18b20、HX 711、H桥来进行制作。微控制器模块的基础供电电路由外置开关电源供电，微控制器模块的次级单片机由封装为TO252的LM317线性可调电源供电；所述STM32F103C8T6单片机的输入为重力传感器采集的重力数据、温度传感器采集的温度数据和雨滴传感器采集的雨量数据。
网络传输模块：采用ESP8266，并利用其自带的AT固件去实现MQTT连接物联网的功能。
物联网平台：选用OneNet平台，并利用MQTT协议去链接，在采用它自身的产品应用功能去设置界面，可以更直观的观测数据，并导出数据。
STM32F103C8T6最小系统图如图5所示，原理为通过地板表面的传感器(温度、压力等) 去采集地板的表面数据并传输到主控制器，然后依靠主控制器(STM32F103C8T6)对采集的数据去分析变化规律，调整扫描周期，设置比例系数去调整PWM的占空比借此来去控制mos管驱动电路对半导体制冷片进行地板表面的温度控制。
控制单元供电电路的基础供电电路可以通过开关电路提供12V直流电源，次级单片机供电电路的3.3V为使用封装为TO252的线性可调芯片LM317通过两个电阻去进行调制，计算公式为Vo＝1.25(1+R2/R1)，所以根据公式本次的R1与R2选取封装为0805的电阻3k和5k得到3.33V的电压给最大电压为3.7V的STM32F103C8T6进行供电。根据LM317数据手册LM317 能提供最大1.5A电流的支持(个别不同型号的能提供接近3A的电流)，根据STM32F103C8T6 的控制电路部分电流最大100MA与esp8266的正常工作电流最大200MA来说足够。电源模块原理图如图6所示。
网络模块电路接线图如图7所示，网络通讯模块采用ESP8266，属于低功耗的32位微型微控制器(MCU)，主要的频率支持80MHZ和160MHZ，ESP8266遵循标准的IEEE802.11 b/g/n 协议，并能够完整的使用TCP/IP协议栈等进行网络的数据交互，支持USART进行通讯，支持 AT指令对其进行网络功能的操作。本次的设计中其引脚物理接口在PA9与PA10，接口功能为串口(usart1)。
MOSFET驱动电路如图8所示，本次采用MOSFET(俗称mos管)来对半导体制冷片进行控制，因为mos管的导通需要在G极(栅极)与S级(源极)间有个10到20伏左右的电压才能导致mos管完全导通，根据mos管的这一电路特性，本次又采取了IR2101作为mos管的前级驱动，通过前半部分的二极管和电容组成一个BOOST的升压电路来进行mos管的完全导通，更甚者IR2101本身是个半桥式驱动，可以通过两个IR2101与mos管形成H桥式驱动电路对半导体制冷片进行加热制冷的处理。本次的设计中其引脚物理接口在PA0、PB9、PA1、P B8。
采用ds18b20数字温度传感器，精度为±0.5摄氏度，极限探查温度范围为-55℃～125℃， 750ms的反应时间，采用单总线协议(1-wire)可以使其挂载多个在控制器上在本次的设计中其引脚物理接口在PA11。ds18b20电路图如图9所示。
采用HX711(一款24位高精度电子秤A/D转换模块)，拥有10HZ和80HZ的输出数据速率，低功耗(耗电量1.6MA)，极限的探察的重力范围根据应变片材料性质的改变而改变，本次选取4个材料耐重为20KG的重力传感器。本次的设计中其引脚物理接口在PA7、PA6、PB1、PB0、PB10、PB11、PB13、PB14。HX711模块电路原理图及电路接线图如图10、图11所示。
雨滴传感器为兼容模拟量与数字量输出的一个模块，别名有雨水传感器或者雨量传感器。在现代生活中可以检测某些地区的天气状况，判断是否下雨或者雨的大小。可以调节后置的可调电阻来控制雨量传感器开关量的阈值，或者直接采集模拟量判断雨量的大小，是一个十分简单方便的测试模块。本次的设计中其引脚物理接口在PA5。雨滴传感器模块电路原理图及电路接线图如图12、13所示。
MQTT连接物联网平台：MQTT是一种轻量级的网络通讯协议，适用范围十分之广泛，使用在大部分不可靠环境下，在物联网(IoT)的应用中十分之常见，通过网络助手连接MQTT物联网平台。
摔倒检测地板实际效果：
通过物联网平台提供的网络工具在网页端显示地板传来的温度以及重力参数，根据F＝mv /t(F为力，m为物体质量，v为速度，v速度取1s)得出冲物体下落的冲击力并取近似值，判断1秒后是否恢复正常重力，恢复则判断为摔倒事件报警，否则不报警；防滑效果如图14 所示。
在此基础上，将导热垫片3下方的机械层处安装应变电阻1，可以测量横截面积所受到的力，进而在原先基础上的根据重力突变的检测摔倒的精度上又有更精确的测量，可以排除诸如起跳、动作等的影响，且可以根据应变电阻1的反应数据的位置判断大致的受力面积(电阻屏原理，可以根据数量提高精度)，排除掉小面积的碰触。应用物联网技术上传碰触的面积到服务器，让形成的每一个重力感应位置产生坐标地点，采用python3转换坐标数据成为二值图，利用opencv(开源计算机视觉库)和imutils(图像处理软件)判断是否为人体轮廓图，判断为人体轮廓图后加上重力传感器采取的突变值判断是摔倒事件的发生，发送报警讯息(可以采用摄像头软件提升提高筛选的精度)。需要采用第二个微处理控制器去采集应变片的模拟信号，再利用IIC串行协议与主控微控制器搭建联系。IIC串行模拟信号引脚为PB6、 PB7。应变电阻1安装如图3所示。
邮件报警为选取OneNet的触发器发送，根据电子邮件的结果，绘制出的autocad图，并绘制cad模型，地板模型如图4所示。
实际的原理图及电路图如图15所示。初步制定思路后，对产品软硬件进行制作以及调试。在调试完成后，将组装为模型，寻求大型公共场所进行协商，将此产品在特定的时间放入到里面，对现场进行勘查，进行实地的实验、调试。
这种新式的摔倒检测地板是由网络模块、物联网平台、半导体制冷片模块、mos管驱动电路模块、传感器检测模块以及微控制器模块组成的，安装方式为悬浮式铺设,这种安装方式易于安装、维护。最后的物联网平台也很适用于用户采集自身数据与方便调试地板的温度状况。在软件适配。
硬件制作完成后，制作小型的模型。寻求高人流的大型公共场所进行协商，将此产品在特定的时间放入到里面，对现场进行勘查。设计的地板将对行人检测、加热烘干、雨滴检测等，加入过温保护，进一步提升了该工具的安全性。
