CN102298719B - 一种防脱落无线传输标签腕带装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防脱落无线传输标签腕带装置，包含一塑胶腕带本体，所述塑胶腕带本体内设置有一电容传感器，一控制电路，一电池以及一RF模块。电容传感器电容值根据腕带是否在使用者手上而变化，控制电路检测电容传感器的容值变化是否大于一预设门限，判断所述腕带是否从所述使用者手上脱落，并通过所述RF模块发送检测结果。本发明可以防止腕带从使用者手上脱落。

Description

一种防脱落无线传输标签腕带装置与方法

技术领域

本申请涉及一种防脱落无线传输标签腕带装置与方法，尤其涉及新生婴儿在医院内使用的无线传输标签腕带的防脱落装置及方法。

背景技术

新生婴儿在医院内被盗，或者被领错的事故时有发生，此类事件往往给医院，受害人以及相关家庭带来难以估量的损失。目前，国内医院一般采用书写婴儿标记或者是腕带的方式标识婴儿的出生时间，体重，母亲，床号等识别信息。但是仅仅靠这样的标签式的腕带，并不能保证腕带被心怀恶意的人破坏，涂改或更换，或者被粗心的拿错。此外，由于标签上的信息复杂且可能存在的操作错误，不能避免婴儿拿错的问题发生。

鉴于这些问题，已经提出了一些基于RFID技术的婴儿防盗腕带。在婴儿的手上套上附加射频芯片的腕带，当婴儿带着腕带未经许可被抱出病房或者产科的时候，电子系统会检测到婴儿的识别信息从而触发报警信号。但是，这样的技术仍不能防止心怀恶意的人将腕带取下或者破坏，从而导致监控失效。另外，当母亲或者医护人员对婴儿进行换洗或者检测的时候，可能会引起腕带的脱落，从而丧失防盗功能。

有鉴于此，需要一种完备，高效的婴儿防盗/防拿错系统，能够最大程度的抑制上述问题的产生。

发明内容

为解决上述问题，本发明的一方面提供一种防脱落无线传输标签腕带装置，包含一电池以及一RF模块，该防脱落无线传输标签腕带装置还包含：

一电容传感器，所述电容传感器电容值根据腕带是否在使用者手上而变化；

一控制电路，所述控制电路检测所述电容传感器的容值变化是否大于一预设门限，并根据检测的结果判断所述腕带是否从所述使用者手上脱落，并通过所述RF模块发送检测结果。

还提供一种防脱落无线传输标签腕带装置，包含一塑胶腕带本体，一电池以及一RF模块，所述防脱落无线传输标签腕带装置还包含：

一电容传感器，所述电容传感器电容值根据腕带是否在使用者手上而变化；

一温度传感器，所述温度传感器检测腕带内侧的温度；

一控制电路，所述控制电路检测所述电容传感器的容值变化是否大于一预设门限以及检测所述温度传感器的温度是否偏离人体体温达一预设门限，并根据对所述电容传感器的检测结果和对所述温度传感器的检测结果，判断所述腕带是否从所述使用者手上脱落，并通过所述RF模块发送检测结果。

另一方面提供一种防止无线传输标签腕带脱落的报警方法，所述无线传输标签腕带包含一电池、一RF模块、一电容传感器以及一控制电路，所述电容传感器电容值根据腕带是否在使用者手上而变化，其特征在于，所述报警方法包括以下步骤：

通过所述控制电路检测所述电容传感器的容值变化是否大于一预设门限，若是，则判断为所述腕带从所述使用者手上脱落；若否，则判断为所述腕带未从所述使用者手上脱落；

通过所述RF模块发送检测结果。

还提供一种防止无线传输标签腕带脱落的报警方法，所述无线传输标签腕带包含一电池、一RF模块、一电容传感器、一温度传感器以及一控制电路，所述电容传感器电容值根据腕带是否在使用者手上而变化，所述温度传感器检测腕带内侧的温度，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

通过所述控制电路检测所述电容传感器的容值变化是否大于一预设门限，并同时检测所述温度传感器的温度是否偏离人体体温达一预设门限，若都是，则判断为所述腕带从所述使用者手上脱落；若都否，则判断为所述腕带未从所述使用者手上脱落；

通过所述RF模块发送检测结果。

附图说明

图1为本发明的第一实施例腕带的结构图的侧视图

图2为本发明的第一实施例腕带的结构图的俯视图

图3为本发明的中心控制系统的原理框图

图4为本发明系统工作流程框图

图5为本发明RF层数据格式示例图

图6为本发明控制电路和电容检测电路的实现框图

图7为本发明的第二实施例腕带的结构图的侧视图

图8为本发明的第二实施例腕带的结构图的俯视图

图9为本发明温度传感器的电路图

具体实施方式

第一实施例：

图1和图2显示了本发明的腕带的构成，腕带由塑胶腕带本体101，电容传感器102，控制电路103，电池104以及RF部分105构成，108为壳体，109为电路PCB板。

塑胶腕带本体101可选用柔韧无毒的塑料、橡胶、塑料复合材料、皮革、防水纸张等软性片状材料制成。考虑到婴儿皮肤敏感，选用无毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙乙烯薄片较为理想。塑胶腕带本体101通过搭扣形成环状套在婴儿的手腕或者脚腕上，并根据婴儿的手腕或者脚腕的直径进行紧扣件位置选择，以不会从婴儿手上或者脚上脱落松紧度为宜。塑胶腕带本体101以及壳体108上有一部分区域为标识区，用于书写，打印或粘贴母亲姓名，条形码，体重，床号，出生日期等婴儿相关信息。

电容传感器102为一对柔性金属薄膜组件，嵌入在塑胶腕带本体101中，并通过导线106，107分别和控制电路103相连。电容传感器的两片金属薄膜组件被配置在腕带的两个部分，当腕带被扣起成为一个环形的时候，两片金属薄膜和中间的介质形成一个电容器，其电容值较小，约为pf的数量级。随着腕带圆环形状的不同以及婴儿手腕或者脚腕的不同，可能产生的电容值偏差也会较大，因此，需要有自适应的校正程序对初始电容值进行标定。当腕带被佩戴在手腕或者脚腕上后，由于人体组织的存在，电容传感器的介电常数发生了较大的变化，因此，电容传感器等效的电容值也会发生较大的变化。通过监测电容传感器电容值的改变，可以判定腕带是在手腕或脚腕上，还是处于空置状态。

控制电路103被安置在塑胶腕带本体101上，电连接于电容传感器102，电池104，以及RF部分105。控制电路主要由MCU芯片以及外围电路构成。所述MCU芯片可以为基于8051及其兼容芯片实现的单片处理器，例如SILICON LAB公司的C8051系列处理器，其内置了高性能的8051处理器内核，以及片上RAM，FLASH程序存储器，高性能模拟/数字转换电路(ADC)，I2C总线接口，定时器电路，通用IO电路等。

RF部分为专用无线收发器。所述无线收发器可以为遵循ZIGBEE协议的射频收发模块，例如基于TI公司的CC2430/CC2431 SOC的zigbee通信协议模块。德州仪器(TI)ZigBeeSOC射频芯片CC2430-F128，片上集成高性能8051内核、ADC、USART等，支持ZigBee协议栈。CC2430收发器主要射频参数为：

工作频率带宽为2.400～2.4835GHz

数据速率达250kbps，码片速率达2Mchips/s

输出功率可编程控制

低功耗：RX：27mA，TX：25mA

RF部分可以通过各种接口和MCU控制电路部分进行通讯，典型的实现包括使用MCU的RS232串行接口或者是GPIO接口进行数据通讯。

RF部分也可以用仅支持物理层的射频芯片来实现，例如TI公司的CC2511系列芯片，在这种情况下，所有通讯协议栈和相关的处理程序均需要MCU来处理。

电容传感器102，导线106、107被整体用塑胶封装在塑胶腕带本体101内，以防水和防止外部破坏。电池104可以选择性的被封装在壳体108内，构成一次性的使用装置，或者通过一防水电池盖保护在壳体108内。

图3表示用于本发明数据处理和报警信息产生与记录的通用计算机系统的构成。该计算机系统包括PC机(personal computer)301，中心RF节点302，RS232串行连接线303。PC机301为带有显示器、音箱、键盘和鼠标的普通个人电脑，其中音箱和显示器用来输出和显示报警信息。中心RF节点302是带有zigbee收发器的无线数据收发节点，用于接收来自腕带的数据信息或者报警信息，并通过RS232串行连接线303将数据发送到PC机301。特别的，PC机301可以通过网络连接至医疗系统的数据库或者相关部门的网络平台，记录报警信息或者系统状态等数据。

基于本发明的防盗/防拿错系统其功能实现流程如图4所示。

步骤401中，医护人员给母亲和婴儿分别带上防拿错/防盗腕带，所述防拿错/防盗腕带在戴上的瞬间开始监控工作流程。所述防盗腕带的接头处具有开关组件，开关组件构成防盗腕带的系统电源，当腕带被扣上后，开关组件即耦合，从而电路导通，MCU上电复位，进入工作状态，执行程序。

步骤402中，所述防拿错/防盗腕带在给定的时间间隔上发送监测信息。所述监测信息包括本腕带的识别ID、当前工作监控状态、温度、是否为报警信号以及剩余电量等信息。

步骤403中，分布在医护场所的多个接收装置接收腕带发出的监测信息。

步骤404中，接收装置根据监测信息的内容判定是否有腕带发出报警信息，如果发生报警，确认报警的ID和母亲姓名，提醒医护人员进行及时处理。

图5是本发明监控信息的一种可能的数据格式。32bit的ID标识腕带的唯一标号，32bit的时间信息表示该监控信息的产生时间，8bit的长度标志指明当前数据报文的长度为N byte，后面紧跟长度标志指明的N byte信息字段。

图6是本发明控制电路103和电容检测电路的具体实现框图以及连接关系图。控制电路主要有MCU 601，电容检测电路602。电容检测电路602工作原理为：电容检测电路输出激励信号给电容传感器，并由ADC读出电容上产生的变化的电压幅度，转换成数字信号进行比较。如果电压产生了明显的变化，则表明电容的值产生了改变。电容检测电路602可以用产品化的电容检测芯片来实现，如ANALOG公司的AD7156芯片等。图6的电路显示了本发明的电容检测电路的一种构成方式。

AD7156是Analog Device公司生产的一种快速响应高性能电容数位转换器，可以将电容传感器获得的电容变化直接转换成数据输出。AD7156采用ADI公司的电容数字转换器(CDC)技术，这种技术汇集与实际传感器接口过程中起着重要作用的多种特色功能于一身，如高输入灵敏度、较高的输入寄生接地电容和漏电流容限。其集成自适应式阙值算法可对因环境因素(如湿度和温度)或绝缘材料老化而导致传感器电容发生的任何变化进行补偿。默认情况下，AD7156采用固定上电设置以独立模式运行，并以两路数字输出显示检测结果。另外，AD7156也可通过串行接口与微控制器连接，可通过用户自定义设置对内部寄存器进行编程，而数据和状态信息则可从该部件中读取。因此，在本发明中，采用I2C接口和MCU进行相连，MCU通过I2C电路控制AD7156的运行和数据采集。

MCU处理流程描述如下：

1步骤701出场状态下，将腕带环成实际使用时的形状，MCU启动电容检测程序，检测空载状态下的电容值，并存储进MCU的内部flash电路。检测完成，系统进入断电状态。

2步骤702当婴儿/母亲带上腕带时，电源导通，MCU启动，并启动电容检测程序，检测戴上手腕后的电容值，存储进MCU的内部ram。检测值可以通过多次(例如5次)的检测值的平均值来表示。

3步骤703正常运行情况下，MCU进入休眠状态，仅在外部中断事件发生(例如定时和母亲或者监控设备通信以及检测到电容变化)时被唤醒，AD7156保持工作状态，持续检测电容的变化情况。

4步骤704当电容变化量超过阈值(例如，阈值设定为空载状态下电容值和正常状态下电容值差值的一半)，AD7156产生电容变化指示信号，唤醒MCU进行处理。

5步骤705MCU再次检测稳定后的电容值(例如采样5次取平均值)，如果当前电容值明显偏向空载状态下的电容值，则认为腕带已经脱落，触发报警程序，传递报警信号。

实施例2

实施例2的腕带如图7和图8所示。腕带由塑胶腕带本体201，电容传感器202，控制电路203，电池204，RF部分205以及温度传感器210构成，206为一根电容传感器至控制电路的连接线，207为另一根电容传感器至控制电路的连接线，208为壳体，209为电路PCB板。相比于实施例一的实现，电路部分增加了一个温度传感器210，用于监测腕带内侧温度的变化。

由于电容传感器受环境影响较大，可能存在一些不准的误报情况，因此，实施例2的检测电路中加入了温度传感器电路210。温度传感器210通过嵌入在腕带环内部的温度传感器芯片测端检测环内皮肤温度。

图9显示了温度传感器的电路图。温度传感器可以由一片LM94022集成温度传感器芯片构成。LM94022的GS0和GS1均接地，灵敏度选择是-5.5mV/℃，输出端接MCU的ADC输入端口，MCU内部的ADC对输入的模拟温度量进行数字化处理并转换成数字信号提供给MCU进行温度判决。温度传感器的触点连接腕带内侧，判断腕带内侧和皮肤接触部分的温度是否偏离婴儿体温达一预设门限。

MCU处理流程描述如下：

步骤801出场状态下，将腕带环成实际使用时的形状，MCU启动电容检测程序，检测空载状态下的电容值，并存储进MCU的内部flash电路。检测完成，系统进入断电状态。

步骤802当婴儿/母亲带上腕带时，电源导通，MCU启动，并启动电容检测程序，再次检测戴上手腕后的电容值，存储进MCU的内部ram。检测值可以通过多次(例如5次)的检测值的平均值来表示。

步骤803正常运行情况下，MCU进入休眠状态，仅在外部中断事件发生(例如定时和母亲或者监控设备通信以及检测到电容变化)时被唤醒，AD7156保持工作状态，持续检测电容的变化情况。

步骤804当电容变化量超过阈值(阈值设定为空载状态下电容值和正常状态下电容值差值的一半)，AD7156产生电容变化指示信号，唤醒MCU进行处理。

步骤805MCU再次检测稳定后的电容值(例如采样5次取平均值)，如果当前电容值明显偏向空载状态下的电容值，则触发温度传感器进行温度检测。

步骤806如果获取的腕带内侧温度偏离人体体温达一预设门限，则认为腕带已经脱落，触发报警事件。

实施例2中，通过结合温度传感器的检测值，可以大幅提高脱落的报警准确率。

以上描述了本发明的多个实施例，但是，对所述多个实施例可做出多种修改。例如，该装置可用于对其他各类病人的管理，或者是对于需要实施监控的人群的管理，或者是用于防止儿童走失或被拐骗。此外，所述的电容检测电路也可以用其他的芯片或者离散电路实现。因此，应该理解，显然对于本领域的熟练技术人员易于对本发明做出这样及那样的修改，即在不偏离本发明精神及附设权利要求书范围的前提下可做出各种变化，改型及修改。

Claims (10)

1.一种防脱落无线传输标签腕带装置，包含一腕带本体，所述腕带本体内设置有一电池以及一RF模块，其特征在于，所述腕带本体内还设置有：

一电容传感器，所述电容传感器电容值根据腕带是否在使用者手上而变化；

一控制电路，包含一MCU和一电容检测器，所述控制电路通过其中的MCU和电容检测器依次实现以下控制步骤：

(1)在出场状态下，将腕带环成实际使用时的形状，MCU启动电容检测程序，检测空载状态下的电容值，并存储进MCU的内部flash电路，检测完成，系统进入断电状态；

(2)当婴儿／母亲带上腕带时，电源导通，MCU启动，并启动电容检测程序，检测戴上手腕后的电容值，存储进MCU的内部ram；

(3)正常运行情况下，MCU进入休眠状态，仅在外部中断事件发生时被唤醒，所述电容检测器保持工作状态，持续检测电容的变化情况；

(4)当电容变化量超过一预设门限，所述电容检测器产生电容变化指示信号，唤醒MCU进行处理；

(5)MCU再次检测稳定后的电容值，如果当前电容值明显偏向空载状态下的电容值，则认为腕带已经脱落，触发报警程序，通过所述RF模块传递报警信号。

2.如权利要求1所述的防脱落无线传输标签腕带装置，其特征在于，所述电容传感器是由内嵌在腕带本体内的2片柔性金属薄膜构成。

3.如权利要求1所述的防脱落无线传输标签腕带装置，其特征在于，所述MCU控制所述电容检测器的运行和数据采集。

4.如权利要求1所述的防脱落无线传输标签腕带装置，其特征在于，所述RF模块是由一遵循zigbee协议的射频收发模块构成。

5.一种防脱落无线传输标签腕带装置，包含一腕带本体，所述腕带本体内设置有一电池以及一RF模块，其特征在于，所述腕带本体内还设置有：

一电容传感器，所述电容传感器电容值根据腕带是否在使用者手上而变化；

一温度传感器，所述温度传感器检测腕带内侧的温度；

一控制电路，包含一MCU、一电容检测器和一温度检测器，所述控制电路通过其中的MCU、电容检测器和温度检测器依次实现以下控制步骤：

(1)出场状态下，将腕带环成实际使用时的形状，MCU启动电容检测程序，检测空载状态下的电容值，并存储进MCU的内部flash电路，检测完成，系统进入断电状态；

(2)当婴儿／母亲带上腕带时，电源导通，MCU启动，并启动电容检测程序，再次检测戴上手腕后的电容值，存储进MCU的内部ram；

(3)正常运行情况下，MCU进入休眠状态，仅在外部中断事件发生时被唤醒，所述电容检测器保持工作状态，持续检测电容的变化情况；

(4)当电容变化量超过一预设的门限，所述电容检测器产生电容变化指示信号，唤醒MCU进行处理；

(5)MCU再次检测稳定后的电容值，如果当前电容值明显偏向空载状态下的电容值，则触发温度传感器进行温度检测；

(6)如果获取的腕带内侧温度偏离人体体温达一预设门限，则认为腕带已经脱落，触发报警事件，通过所述RF模块传递报警信号。

6.如权利要求5所述的防脱落无线传输标签腕带装置，其特征在于，所述电容传感器是由内嵌在腕带本体内的2片柔性金属薄膜构成。

7.如权利要求5所述的防脱落无线传输标签腕带装置，其特征在于，所述MCU控制所述电容检测器和温度检测器的运行和数据采集。

8.如权利要求5所述的防脱落无线传输标签腕带装置，其特征在于，所述RF模块是由一遵循zigbee协议的射频收发模块构成。

9.一种防止无线传输标签腕带脱落的报警方法，所述无线传输标签腕带包含一电池、一RF模块、一电容传感器以及一控制电路，所述电容传感器电容值根据腕带是否在使用者手上而变化，所述控制电路包含一MCU和一电容检测器，其特征在于，所述报警方法包括以下步骤：

(1)在出场状态下，将腕带环成实际使用时的形状，MCU启动电容检测程序，检测空载状态下的电容值，并存储进MCU的内部flash电路，检测完成，系统进入断电状态；

(2)当婴儿／母亲带上腕带时，电源导通，MCU启动，并启动电容检测程序，检测戴上手腕后的电容值，存储进MCU的内部ram；

(3)正常运行情况下，MCU进入休眠状态，仅在外部中断事件发生时被唤醒，所述电容检测器保持工作状态，持续检测电容的变化情况；

(4)当电容变化量超过一预设阈值，所述电容检测器产生电容变化指示信号，唤醒MCU进行处理；

(5)MCU再次检测稳定后的电容值，如果当前电容值明显偏向空载状态下的电容值，则认为腕带已经脱落，触发报警程序，通过所述RF模块传递报警信号；若否，则判断为所述腕带未从所述使用者手上脱落。

10.一种防止无线传输标签腕带脱落的报警方法，所述无线传输标签腕带包含一电池、一RF模块、一电容传感器、一温度传感器以及一控制电路，所述电容传感器电容值根据腕带是否在使用者手上而变化，所述温度传感器检测腕带内侧的温度，所述控制电路包含一MCU、一电容检测器和一温度检测器，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)出场状态下，将腕带环成实际使用时的形状，MCU启动电容检测程序，检测空载状态下的电容值，并存储进MCU的内部flash电路，检测完成，系统进入断电状态；

(2)当婴儿／母亲带上腕带时，电源导通，MCU启动，并启动电容检测程序，再次检测戴上手腕后的电容值，存储进MCU的内部ram；

(3)正常运行情况下，MCU进入休眠状态，仅在外部中断事件发生时被唤醒，所述电容检测器保持工作状态，持续检测电容的变化情况；

(4)当电容变化量超过一预设的门限，所述电容检测器产生电容变化指示信号，唤醒MCU进行处理；

(5)MCU再次检测稳定后的电容值，如果当前电容值明显偏向空载状态下的电容值，则触发温度传感器进行温度检测；

(6)如果获取的腕带内侧温度偏离人体体温达一预设门限，则认为腕带已经脱落，触发报警事件，通过所述RF模块传递报警信号。