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摘要：为了有效地解决独居老人由于突发性病症而得不到及时救治的问题，本系统以STM32W108无线射频芯片为核心处理器，提出了的一种心率实时监测和跌倒检测的解决方案。该系统利用ECG信号中的QRS波提取心率，同时分析三轴加速度传感器的信号，结合运动状态变化(SV M、DSVM)和姿态特征变化(姿态角)判断是否跌倒。该设备通过模拟测试证明了其可靠性和实用性。
关键字：ECG心率检测；QRS波；三轴加速度传感器；跌倒检测算法；ZigBee；STM32W

在面向远程医疗和社区医疗信息化的无线物联网技术总体研究如图1所示的基础上，本文以STM32W108无线射频为核心MCU，提出了一种可
以老人实时监测系统。该系统采用硬件滤波的方法提取ECG信号中的QRS波，可实时分析心率；通过分析运动状态(SVM和DSVM)和姿态角变化判断跌倒状态。最后通过模拟测试证明了该系统的可靠性和实用性。

1 系统架构设计
1．1 STM32W无线射频芯片介绍
STM32W108是意法半导体(ST)公司推出的完全集成的系统级芯片，符合IEEE802．15．4的标准，与目前其他的2．4GHz SoC芯片最大的区别在于：一、保持低功耗的基础上，采用了32位ARMCortex—M3内核，处理能力强；二、芯片内部带有功率放大器(PA)，发射功率可以达到7dBm，无需功放就可获得较大的通信距离；三、芯片内部固化了ZigBee协议栈，开发简单。在该可课题的应用中，我们使用的是STM32W108 CBU61(内嵌ZigBee协议栈)，128kB的Flash存储器。
1．2 ECG心率检测原理
心率的检测可以从很多方面获得，如：通过分析血压的压动信号；通过分析血氧脉搏波信号；通过分析ECG(Electrocardiogram)。考虑到设备的便宜性，我们采用的是胸部单导联式的ECG采集原理，采用被测试人的右胸和腹部作为两个电极信号输入(由于当前设计只是针对心率的采集，故不需要参考电极)。一个完整周期的理想ECG信号如图2所示。

如图所示，QRS波群巾的R处波峰，代表了电脉冲在心房之间的传输，它的典型值是在1mV左右，是ECG信号中幅值最大的信号。在该课题中，心率的检测就是利用QRS波这一特点，将处理后的ECG信号通过QRS检波电路输出R波的脉冲信号，利用STM32W芯片端口的输入捕获功能，即可算法心率值。ECC信号采集流程如图3所示。

1．3 跌倒检测原理
人体跌倒是南于身体不自主失去平衡的行为，在跌倒的瞬间，人体的重力、加速度、位移和姿态等相关量都会发生变化。由于本课题中的老人行动比较的单一简单，所以我们利用单一的三轴加速度传感器足以检测出跌倒的状态。我们通过分析加速度的瞬态变化去判断人体的运动状态，然后根据姿态角变化去判断人体的姿态特征，综合两者因素得出是否跌倒。
*速度瞬态变化
人体加速度向量幅值SVM和微分加速度幅值的绝对平均值DSVM是区分人体运动状态的重要参量。SVM通过计算加速度幅度表征人体运动的剧烈程度，其值越大表明运动越剧烈。其定义为

DSVM通过计算SVM的微分绝对值的时间平均表征人体运动状态变化的剧烈程度，其值越大表明运动状态变化越剧烈。其定义为：
在动态坐标系下考察SVM和DSVM，可监测人体的运动强度和运动状态变化强度。

关键词： 监测 跌倒 检测系统 实时 心率 STM32W 老人 基于