Продвинутая система обнаружения падений: Arduino + Windows IoT + Azure Cloud

Компоненты и материалы

• Arduino UNO — 1 шт.
• Bluetooth-модуль HC-06 — 1 шт.
• Акселерометр ADXL345 (Adafruit) — 1 шт.
• Провода-перемычки (male-male, male-female) — 1 компл.
• Мини-макетная плата — 1 шт.
• Смартфон Lumia 1520 (или др. Windows 10 Mobile) — 1 шт.
• Bluetooth-адаптер ORICO (для Raspberry Pi / IoT Core) — 1 шт.

Программное обеспечение и облако

• Microsoft Windows 10 IoT Core
• Microsoft Azure (Storage Table)
• Microsoft Visual Studio 2015 (с Update 1)
• Arduino IDE

Введение

Падения пожилых людей — критическая проблема. Существует три подхода: носимые устройства (акселерометры/гироскопы), датчики окружения (давление, акустика) и компьютерное зрение. Проект реализует носимый подход: Arduino + ADXL345 передаёт сырые данные по Bluetooth на Windows 10-устройство, где выполняется детекция падения и распознавание позы. Результаты отправляются в Azure Table Storage для мониторинга и истории.

Алгоритм обнаружения падения

Основан на работе Bharadwaj Sreenivasan (Fall-detection-in-Android). Два модуля:

1. Распознавание позы: классификация — сидит, стоит, идёт. Используется ось Y (ориентация) и скорость изменения L2-нормы вектора ускорения относительно g (9.8 м/с²).
2. Детекция падения: поиск характерного паттерна в L2-норме: резкий пик (>2g разница между минимумом и максимумом) с последующим затуханием.

Итоговое решение объединяет оба модуля: если детектировано падение, но поза всё ещё «ходьба» — ложное срабатывание отбрасывается.

Этапы сборки и настройки

1. Подключение ADXL345 к Arduino (I²C)

• SDA → A4, SCL → A5
• VCC и CS → 3.3 В (CS=3.3В включает I²C режим)

2. Подключение HC-06

• VCC → 5V, GND → GND
• TX → RX (D0), RX → TX (D1) — отключать при прошивке!

3. Сопряжение Bluetooth с Windows 10

• PC/Mobile: Параметры → Устройства → Bluetooth, пароль 1234, скорость 9600.
• IoT Core (RPi2/MBM): нужен USB-Bluetooth (ORICO BTA-403), настройка через SSH (BR mode, пароль 1234).

4. Создание Azure Storage Account и Table

Портал Azure → Storage → Quick Create → имя, регион, репликация. Ключи доступа скопировать. В Azure Storage Explorer создать таблицу AccelerometerTable.

5. Развёртывание кода

• Arduino: загрузить ADXL345_HC06.ino (без подключённых TX/RX HC-06).
• UWP-приложение (GenericBluetoothSerialUWApp): открыть в VS2015, вставить ключи Azure в MainPage.xaml.cs (метод dataTransferTick), выбрать архитектуру (x86/x64/ARM), запустить (F5).
• Клиент мониторинга (FallDetectionClient): тоже UWP, настраивает ключи Azure в StorageSensor.cs, показывает состояние в реальном времени.

Код Arduino (ADXL345_HC06.ino)

#include <Wire.h>
#define ADXAddress (0xA7 >> 1)
#define REG_POWER_CTL 0x2D
#define REG_DATAX0 0x32

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  delay(100);
  Wire.beginTransmission(ADXAddress);
  Wire.write(REG_POWER_CTL);
  Wire.write(8); // Measure mode
  Wire.endTransmission();
}

void loop() {
  int16_t X_out, Y_out, Z_out;
  Wire.beginTransmission(ADXAddress);
  Wire.write(REG_DATAX0);
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(ADXAddress, 6);
  if (Wire.available() >= 6) {
    X_out = Wire.read() | (Wire.read() << 8);
    Y_out = Wire.read() | (Wire.read() << 8);
    Z_out = Wire.read() | (Wire.read() << 8);
  }
  float Xg = X_out / 256.0;
  float Yg = Y_out / 256.0;
  float Zg = Z_out / 256.0;
  String msg = "x=" + String(Xg,2) + " y=" + String(Yg,2) + " z=" + String(Zg,2) + ",";
  Serial.print(msg);
  delay(20);
}

Ресурсы

• Bluetooth Serial App: GitHub
• FallDetectionClient: GitHub
• Схемы (Fritzing): ADXL345, HC-06, полная схема