CN103685417A

CN103685417A - 一种即时监控活动状态或位置的系统及其方法

Info

Publication number: CN103685417A
Application number: CN201210354976.XA
Authority: CN
Inventors: 刘文雄
Original assignee: YI-PHONE Inc
Current assignee: YI PHONE Inc; YI-PHONE Inc
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明是一种即时监控活动状态或位置的系统，其包含至少一传感器、至少一接收器、伺服器单元及数据库单元。本发明的系统是通过无线随意网络系统及区域网络系统将使用者或物件的信号传输至即时动态浏览器，以即时监控使用者或物件的活动状态或位置。本发明另提供一种即时监控活动状态或位置的方法。

Description

一种即时监控活动状态或位置的系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于即时监控使用者或物件的活动状态或位置的系统及其方法。

背景技术

随着人口老化，长期照护对于独居者（老人）、失智者（老人）或卧床病人相当重要，现今的居家照护及照护机构的设立确实解决部分长期照护问题。

目前的照护机构配置大型的监控仪器（如心电图）用以监控生理信号，然此监控模式仅能一对一使用，并无法同时监控其它病患的生理信号状态，此外，由于目前已进入高龄化社会，照护机构的资源（如病床数及照护人员）无法照顾越来越多的老人，而照护机构的费用并非大多数人能够负担。

另一方面，目前的居家医疗设备结合通信及视频的功能，更可通过网络提供远端医护人员立即处理突发状况，然而，该居家医疗照护设备的使用对于老年人是相当复杂且费用相当昂贵，而对于失智者来说，若无携带相关医疗设备，远端的医护人员更无法即时监控失智者的活动状态及位置。

随着网络及通信科技的进步，目前已利用Zigbee技术应用于居家照护及医疗监控的领用，及利用Wi-Fi的识别与定位功能开发一套居家照护定位系统。关于Zigbee技术，其于IEEE 802网络标准中，相较于蓝牙或Wi-Fi是较为省电的技术（表一）；然而，由于Zigbee系统制定网络应用层，如星状拓扑（star topology）、网状拓扑（mesh topology）或丛集树状拓扑（cluster-tree topology）等网络通信架构，而符合上述网络通信架构的系统，仪器之间才可彼此沟通；再者，由于网络通信架构之间必须有协调者（PANcoordinator），其维持整个网络的运行，所有封包数据都须通过协调者进行分配，而封包数据需加入协调者的标签，在传输过程中，因协调者的存在，无法有效率的即时检测使用者移动过程中的定位。

表一、目前无线网络技术

	Zigbee	Wi-Fi	蓝牙
				传输率	20~250kbps	250Mpbs	1Mpbs
收发数据	少量	大	中
				耗电量	低	高	高
功率	-25~0dBm	15-20dBm	0-10dBm
				传输距离	10-100公尺	100公尺	10公尺

发明内容

有鉴于过去照护系统无法即时有效率监控独居者、失智者或卧床病人的活动状态及位置、高费用的监控装置及高耗电量。本发明主要目的提供一种即时监控活动状态或位置的系统，其可让独居者、失智者或卧床病人在户外或室内遇到紧急状况时立即获得目前的活动状态、生理信号及定位出所在位置，并即时通知护理人员或管理人员施以必要的救助。

在实体架构上，本发明所提供的即时监控活动状态或位置的系统，包含：（a）至少一传感器，其包含三轴感测芯片及第一射频芯片（RadioFrequency Chip），该传感器用以检测至少一使用者或至少一物件的活动状态，并通过无线随意网络系统（Wireless Ad Hoc Network）周期性发送至少一参数数据；（b）至少一接收器，其包含第二射频芯片，其中该接收器通过该无线随意网络系统（Wireless Ad Hoc Network）连接该传感器，利用该第二射频芯片测量该传感器所发送的信号的强度，并接收该使用者或该物件的参数数据，并通过区域网络系统周期性发送参数数据及信号至网络位址；（c）伺服器单元，其用于设定该使用者或物件的至少一信息，该信息与该网络位址所接收的参数数据进行比对，并将该参数数据及信号通过该伺服器单元的运算单元转换为信号数据；及（d）数据库单元，其连接该伺服器单元，用以存储该使用者或该物件的该信号数据，并通过该伺服器单元将该信号数据编辑即时动态浏览器，通过该即时动态浏览器呈现使用者或物件的活动状态或位置。

本发明所述的“参数数据”是包含传感器序号、三轴感测芯片所测量的活动状态、脉搏信号状态、紧急按钮的状态（不限于此）。

本发明所述的“信号的强度”是通过第二射频芯片所测量的无线封包的信号（强度），其定义为接收信号强度指标（Receive Signal StrengthIndicator，RSSI）。

本发明所述的“信息”包含个人数据、物件名称、活动状态、脉搏信号、信号数值或所在位置（不限于此）。

本发明所述的“使用者”包含独居者、失智者或卧床病人（不限于此）。

本发明所述的“接收器”是指一种具有自动找寻信号所存储位置的接收器。

在一具体实施例中，本发明的传感器另可包含可拆式脉搏传感器，其通过该第一射频芯片将脉搏信号经由该无线随意网络系统（Wireless Ad HocNetwork）传送至该接收器。

在一具体实施例中，本发明的传感器进一步包含紧急按钮，通过该第一射频芯片发送使用者或物件的参数数据及信号，通过该无线随意网络系统（Wireless Ad Hoc Network）传送至该即时动态浏览器，以提醒管理人员注意该使用者或该物件的状态。

在上述具体实施例中，本发明所述的信号的强度可通过传感器所包含的功率放大器用以增加的无线传输距离，使无线传输距离可达100公尺以上。

在一具体实施例中，本发明的接收器包含无线网络接收模块及区域网络模块，其中该无线网络接收模块为IEEE802.15.4的标准规范，其可达成省电的功效，若以其它无线网络系统取代，如蓝牙或Wi-Fi，则无法有省电的功效；再者，由于本发明的架构是利用无线随意网络系统（Wireless Ad HocNetwork），以达成具有“多对一”传输或者是“多对多”传输的功效。

在一具体实施例中，本发明所述的区域网络（模块）是指覆盖局部区域的电脑网络，如医疗院所、办公室或楼层等，该区域网络包括然不限于令牌环（Token Ring）、光纤分布数据接口（Fiber Distributed Data interface，FDDI）及以太网络（Ethernet），在一优选实施例中，本发明的区域网络是采用以太网络IEEE 802.3。

在一具体实施例中，本发明的传感器包含第一微处理器及该接收器包含第二微处理器，其中第一微处理器用于接收该传感器的至少一模拟信号，并将其转换为至少一数字信号，并将其传送至该无线网络接收模块，而第二微处理器是用于收集该无线网络接收模块所收到的参数数据及信号，将其传送至区域网络模块。

在一具体实施例中，本发明的系统的伺服器单元包含紧急联络单元，当活动状态、脉搏状态及紧急按钮状态所发送的参数数据的数值低于或高于伺服器所设定的临界值或禁止范围，该紧急联络单元将主动通知管理人员以确认该使用者或物件的活动状态或位置。

在一具体实施例中，本发明的伺服器单元及数据库单元可为云端运算装置，所有的参数数据及信号可经由云端伺服器及云端数据库运算及存储，若有任何异常情况可由云端伺服器通过区域网络发出警告信息通知管理人员。

本发明进一步提供一种即时监控活动及定位的方法，包含：（a）设定使用者或物件的至少一信息于伺服器单元；（b）利用传感器检测该使用者或该物件的活动状态，并通过第一射频芯片以无线随意网络系统（WirelessAd Hoc Network）周期性发送至少一参数数据；（c）利用接收器的第二射频芯片测量该传感器所发送的信号的强度并接收该使用者或该物件的参数数据；（d）该接收器通过区域网络系统周期性发送该传感器的数据参数及信号至网络位址；（e）比对（a）步骤的信息与该网络位址所接收的参数数据；（f）通过该伺服器单元的运算单元将该参数数据及该信号及转换为信号数据；及（g）存储该信号数据于数据库单元，并通过该伺服器单元将该信号数据编辑即时动态浏览器，通过该即时动态浏览器呈现的使用者或物件的活动状态或位置。

本发明的上述及其它目的与优点，不难从下述所选用的实施例的详细说明与附图中获得深入了解。

附图说明

图1为本发明系统的架构示意图。

图2为本发明系统的具体实施例示意图。

图3为本发明的定位演算后的实例

图4显示本系统建构于无线随意网络系统下，在100个传感器于24小时的测试下，每小时平均封包到达率可达97%以上。

图5显示本系统建构于无线随意网络系统下，单个传感器每小时的封包到达率的分布状况。

图6显示本系统的传感器发送无线封包的流程。

具体实施方式

为能详细了解本发明的技术特征以及实用功效，并可依照说明书的内容实施，进一步以如附图所示的优选实施例，详细说明如后：

实例1：本发明的系统架构

图1及图2显示本发明的即时监控活动及定位系统的应用实例，本发明的系统10是用来即时监控独居者、失智者或卧床病人的系统，使让护理人员或管理人员同时监控大量的独居者、失智者或卧床病人，特别是当独居者或失智者于户外发生紧急状况可即时发送活动状态信号或生理信号。在本实例中，本发明的系统是结合无线网络系统，特别是无线随意网络系统（Wireless Ad Hoc Network）1011及区域网络系统1021来达成即时监控活动及定位的功能。

如图1及图2所示，本发明的系统10包含：（a）至少一传感器101；（b）至少一接收器102；（c）伺服器单元103；及（d）数据库单元104。以下分别说明所述多个元件的功能及其与各别网际网络的连接关系。

（a）传感器101：

在实例中，使用者配带自身传感器时，该传感器101所包含的三轴感测芯片1012，其可感测户外或室内使用者或物件的活动状态，在无线随意网络系统1011架构下，通过第一射频芯片1013周期性（3~10秒）发送使用者或物件的参数数据。

在另一实例中，使用者所配带的传感器101可结合可拆式脉搏传感器201，其可随时监测使用者的脉搏，并通过第一射频芯片1013将脉搏信号周期性（3~5秒）经由无线随意网络系统1011传送，当使用者的脉搏数值异常时，管理人员可通过动态浏览器105获得使用者的状况，施以适当的处理方式。本实例中，所述的参数数据是指传感器序号、使用者或物件的活动状态、脉搏信号状态、紧急按钮状态。

（b）接收器102：

在无线随意网络系统1011下，当使用者配带传感器101时，架设于户外或室内的接收器可通过第二射频芯片1014测量传感器所发送的无线信号强度，并接收该使用者或该物件的参数数据，其包含三轴感测芯片1012或脉搏传感器201的参数数据；另一方面，由于本发明的接收器包含无线网络接收模块601及区域网络模块602，当接收器接收到使用者或物件的参数数据，通过区域网络模块602周期性发送参数数据及无线信号强度至网络位址，在实例中，该区域网络系统1021是采用以太网络（Ethernet Network）。

在上述实例中，所述的“周期性”指的是传感器发送参数数据（信号）的间隔时间可为1秒、2秒…或15秒，当间隔时间越短，所消耗的能量越多，但即时性越佳；另一方面，如图3显示本发明的定位演算后的实例，本发明的定位功能是接收器先收集特定传感器的所有封包数据，再根据传感器的无线封包序号分类并比较接收器收到封包数据，当接收器接收传感器所发送的信号强度越强，则定位出使用者或物件的所在位置。在本实例中显示若设定的时间超过30秒，则会造成定位的误差。

在上述实例中，所述的“无线信号强度”是通过第二射频芯片所测量的无线封包的信号（强度），其定义为接收信号强度指标（Receive SignalStrength Indicator，RSSI），在本实例中，无线信号强度会与参数数据一并送到伺服器单元进行计算及存储。

（c）伺服器单元103及（d）数据库单元104：

在本实例中，伺服器单元103及数据库单元104可通过无线网络系统或区域网络系统连接，在优选实例中，该伺服器单元103及数据库单元104为云端运算装置902。

实施过程中，使用者或物件的信息须先设定于伺服器单元103中，当网络位址接收参数数据及信号，同时比对使用者或物件的所预先设定的数据，并将参数数据及信号通过该伺服器单元103的运算单元转换为信号数据，再将该信号数据传送至数据库单元104存储，同时利用网际网络1022通过该伺服器单元103将该信号数据编辑为即时动态浏览器105，以该即时动态浏览器105呈现使用者或物件的活动状态或位置。

在另一实例中，如图2所示，由于伺服器单元103连结紧急联络单元901，当传感器101发送的参数数据的数值低于或高于伺服器单元103所设定的临界值，该紧急联络单元901该信息显示于动态浏览器105或以发出声音通知，另外，亦可通过电子信件或简讯通知管理人员302。

在上述实例中，所述的“网际网络”是指信号数据通过有线或无线方式传输至伺服器单元；其中，网际网络的接入技术（Access technology）可为宽频或窄频。

宽频如非对称数位用户线路（ADSL）、超高速数位用户线路（VDSL）、有线电视上网、光纤、无线宽频、电力线通信或人造卫星宽频（不限于此）。

窄频如电话拨号、窄频整合服务数位网络（Integrated Services DigitalNetwork）、通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunication System，UMTS）、分码多重进接（Code Division Multiple Access，CDMA）或第三代行动通信技术（3^rd-generation）（不限于此）。

实例2：第一微处理器及第二微处理器处理参数数据及信号强度的方法

如图2所示，传感器101中的第一微处理器701接收三轴感测芯片1012、脉搏传感器201或紧急按钮301的模拟信号，并将所述多个模拟信号转换为数字信号，经计算后可得到特定数值。以周期性方式将数据传送至第一射频芯片1013的无线网络接收模块，并从而开启射频芯片的广播功能，将数据以无线网络系统（如无线随意网络系统1011）传输至接收器102，再关闭广播功能，待下一周期发射信号时再开启，以达到省电的功效。

另一方面，接收器中的第二微处理器702收集无线网络接收模块的数据及无线信号强度，并传送数据及无线信号强度至区域网络模块（如以太网络系统）1021，以周期性方式将数据发送至特定网络位址（伺服器单元103）。

实例3：测试无线随意网络系统封包到达率

本发明的信号传输及发送是建构于无线随意网络系统（Wireless Ad HocNetwork）下，为证实100个传感器对1个接收器的传输环境下，在24小时的小时连续测试中，仍有90%以上的封包到达率，在本实例中，于室内架设区域网络及伺服器，放置传感器及接收器的距离约5公尺，传感器于每3秒钟发送一次无线封包，并放置24小时后读取伺服器的数据并进行分析。图4显示经过24小时的测试后，100个传感器的封包到达率为93~99%，而依每小时分布观察，最低封包到达率仍大于88%；另一方面，图5显示单个传感器每小时的封包到达率的分布状况，图4显示95%封包到达率占93%，而90%封包到达率以下仅占0.25%。

在过去经验中，由于蓝牙主装置（Bluetooth Master）仅可连接7个用户端（Client），而Wi-Fi系统最多仅可连接30个用户端，在蓝牙及Wi-Fi系统架构下，其用户端在收发信号时需先寻找无线网络基地台（Accesspoint），此作法相当耗电；而本发明的系统类似于Zigbee系统，图3及图4显示本发明的系统建构于无线随意网络系统（Wireless Ad Hoc Network）下，并利用类似于载波检测多路存取/碰撞避免（Carrier Sense Multiple Accesswith Collision Avoidance，CSMA/CA）的机制来防止封包碰撞，如图6，当大量的传感器传输大量信息至接收器时，仍可达到24小时累积93%以上的封包率，使本发明的传感器的电力于550毫安时（mAh）容量的电池下仍可维持至半年至一年，本发明比较过去Zigbee、蓝牙及Wi-Fi系统更省电；此外，本系统更能大规模监控独居者、失智者及卧床病人的活动状态及定位，以改善目前各国对于独居者、失智者及卧床病人的问题。

以上所述，仅是本发明的优选实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，若在不脱离本发明所提出的技术特征的范围内，利用本发明所揭示的技术内容所作出的局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属本发明技术特征的范围内。

Claims

1.一种即时监控活动状态或位置的系统，包含：

（a）至少一传感器，其包含三轴感测芯片及第一射频芯片，所述传感器用以检测至少一使用者或至少一物件的活动状态，并通过无线随意网络系统周期性发送至少一参数数据；

（b）至少一接收器，其包含第二RFIC射频芯片，其中所述接收器通过所述无线随意网络系统连接所述传感器，利用所述第二RFIC射频芯片测量所述传感器所发送的信号的强度，并接收所述使用者或所述物件的参数数据，并通过区域网络系统周期性发送参数数据及信号至网络位址；

（c）伺服器单元，其用于设定所述使用者或物件的至少一信息，所述信息与所述网络位址所接收的参数数据进行比对，并将所述参数数据及所述信号通过所述伺服器单元的运算单元转换为信号数据；及

（d）数据库单元，其连接所述伺服器单元，用以存储所述使用者或所述物件的所述信号数据，并通过所述伺服器单元将所述信号数据编辑即时动态浏览器，通过所述即时动态浏览器呈现使用者或物件的活动状态或位置。

2.如权利要求1所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述传感器另包含可拆式脉搏传感器，其通过所述第一射频芯片将脉搏信号经由所述无线随意网络系统传送至所述接收器。

3.如权利要求1所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述传感器进一步包含紧急按钮，通过所述第一射频芯片发送使用者或物件的参数数据及信号，通过所述无线随意网络系统传送至所述即时动态浏览器，以提醒管理人员注意所述使用者或所述物件的状态。

4.如权利要求1所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述参数数据包含传感器序号、三轴感测芯片所测量的活动状态、脉搏信号状态或紧急按钮的状态。

5.如权利要求1所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述传感器进一步包含功率放大器以增加所述信号的强度的传输距离。

6.如权利要求1所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述接收器另包含无线网络接收模块及区域网络模块。

7.如权利要求1所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述传感器包含第一微处理器及所述接收器包含第二微处理器。

8.如权利要求7所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述第一微处理器用于接收所述传感器的至少一模拟信号，并将其转换为至少一数字信号，并将其传送至所述无线网络接收模块，并且所述第二微处理器用于收集所述无线网络接收模块所收到的参数数据及信号，将其传送至区域网络模块。

9.如权利要求1所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述伺服器单元包含紧急联络单元，当所述传感器所发送的参数数据的数值低于或高于伺服器单元所设定的临界值，所述紧急联络单元将主动通知管理人员以确认所述使用者或物件的活动状态或位置。

10.如权利要求1所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述区域网络系统为以太网络。

11.如权利要求1所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述伺服器单元及数据库单元为云端运算装置。

12.如权利要求1所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述信息包含个人数据、物件名称、活动状态、脉搏信号、信号数值或所在位置。

13.如权利要求1所述的即时监控活动或定位的系统，其中所述使用者为独居者、失智者或卧床病人。

14.一种即时监控活动及定位的方法，包含：

（a）设定使用者或物件的至少一信息于伺服器单元；

（b）利用传感器检测所述使用者或所述物件的活动状态，并通过第一射频芯片以无线随意网络系统周期性发送至少一参数数据；

（c）利用接收器的第二射频芯片测量所述传感器所发送的信号的强度，并接收所述使用者或所述物件的参数数据；

（d）所述接收器通过区域网络系统周期性发送所述传感器的数据参数及信号至网络位址；

（e）比对（a）步骤的信息与所述网络位址所接收的参数数据；

（f）通过所述伺服器单元的运算单元将所述参数数据及所述信号及转换为信号数据；及

（g）存储所述信号数据于数据库单元，并通过所述伺服器单元将所述信号数据编辑即时动态浏览器，通过所述即时动态浏览器呈现的使用者或物件的活动状态或位置。

15.如权利要求14所述的即时监控活动及定位的方法，其中所述接收器进而提供无线网络接收模块及区域网络模块。

16.如权利要求14所述的即时监控活动及定位的方法，其中所述传感器包含第一微处理器及所述接收器包含第二微处理器。

17.如权利要求16所述的即时监控活动及定位的方法，其中所述第一微处理器用于接收所述传感器的至少一模拟信号，并将其转换为至少一数字信号，并将其传送至所述无线网络接收模块，并且所述第二微处理器用于收集所述无线网络接收模块所收到的参数数据及信号，将其传送至所述区域网络模块。

18.如权利要求14所述的即时监控活动及定位的方法，其中所述参数数据包含传感器序号、所述三轴感测芯片所测量的活动状态、脉搏信号或紧急按钮的状态。

19.如权利要求14所述的即时监控活动及定位的方法，其中所述区域网络系统为以太网络。

20.如权利要求14所述的即时监控活动及定位的方法，其中所述信息包含个人数据、物件名称、活动状态、脉搏信号、信号数值或所在位置。

21.如权利要求14所述的即时监控活动及定位的方法，其中所述使用者为独居者、失智者或卧床病人。