CN105342616A - 人体久坐状态的检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体久坐状态的检测系统，包括多普勒雷达传感器模块(1)、信号处理模块(2)、处理器(3)及提醒装置(4)，该人体久坐状态的检测系统的检测方法，包括以下步骤：a、系统初始化；b、处理器获取呼吸信号数据和心跳信号数据；c、处理器判断步骤b执行的时间是否达到预设的时间；d、呼吸信号数据和心跳信号数据分别进行傅立叶变换；e、对呼吸信号傅里叶序列和心跳信号傅里叶序列分别进行幅值计算；f、对呼吸信号频率和心跳信号频率，进行时域分析；g、对呼吸信号频率出现的次数C1和心跳信号频率出现的次数C2进行判断；h、处理器判断离开时间是否超过预设值；本发明能够非接触式地实现对人们久坐状态的检测。

Description

人体久坐状态的检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及人体状态检测技术领域，具体是指一种人体久坐状态的检测系统及其检测方法。

背景技术

目前，随着信息化时代的不断推进，人们在工作中越来越离不开电脑，当人们长时间坐在电脑前办公时，会让人们感到疲惫，甚至会引发颈椎、腰椎方面的健康疾病，严重危害了人们的身体健康。目前市面上逐步出现了用于检测人们久坐状态的装置(久坐状态是指人体长时间保持就坐的状态，该时间一般为半小时以上)，例如：智能手环、智能坐垫、智能手表等，但上述检测人们久坐状态的设备均需要与人体接触才能实现对人们久坐状态的检测，存在使用麻烦的缺点(具体表现为：智能手环和智能手表需要佩戴在人们身上才能完成对人们久坐状态的检测，一旦人们忘记佩戴即无法实现对人们久坐状态的检测，智能坐垫也需要与人们的身体进行接触，因此存在使用麻烦的缺点)，且上述用于检测人们久坐状态的设备其检测准确度往往较低，易受外界干扰(具体表现为：智能手环和智能手表主要采用陀螺仪来实现对人们久坐状态的检测，当人们起立时，由于惯性的原因，安装在智能手环和智能手表中的陀螺仪能检测到人们起立的信号，因此实现对人们久坐状态的检测，但由于智能手环和智能手表是佩戴在人们手腕上的，当人们的手腕产生动作时，即使人们没有起立，由于惯性的原因，安装在智能手环和智能手表中的陀螺仪也能检测到误认为是人们起立的信号，从而会产生对人们久坐状态检测的误差，存在检测准确度低的缺点；智能坐垫则主要采用压力传感器来实现对人们久坐状态的检测，当人们起立时，人们对智能坐垫作用的压力消失，智能坐垫则判断为人们已经起立，因此实现对人们久坐状态的检测，但由于智能坐垫需要与人体进行接触，当人们的坐姿发生改变即臀部发生移动时，即使人们依旧坐在坐垫上，智能坐垫也会误认为人们已经起立，从而会产生对人们久坐状态检测的误差，存在检测准确度低的缺点)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够非接触式地实现对人们久坐状态的检测的人体久坐状态的检测系统及其检测方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种以下结构的人体久坐状态的检测系统，包括多普勒雷达传感器模块、信号处理模块、处理器及提醒装置，多普勒雷达传感器模块通过信号处理模块与处理器相连，提醒装置与处理器相连。

本发明的人体久坐状态的检测系统，其中，信号处理模块为低通滤波放大电路。

本发明的人体久坐状态的检测系统，其中，提醒装置由采用光信号提醒的提醒模块、采用声音信号提醒的提醒模块和采用振动信号提醒的提醒模块中的一种或几种组成。

本发明的人体久坐状态的检测方法，包括以下步骤：

a、系统初始化，即处理器清空缓冲区中的数据，并启动多普勒雷达传感器模块进行检测；

b、处理器从多普勒雷达传感器模块中获取呼吸信号数据和心跳信号数据，并将呼吸信号数据和心跳信号数据分别保存到处理器中预留的两个缓冲区中；

c、处理器判断步骤b执行的时间是否达到预设的时间，如未达到该时间则继续执行步骤b，如达到了该时间则进入到下一步骤；

d、对处理器两个缓冲区中的呼吸信号数据和心跳信号数据分别进行傅立叶变换，其变换公式为：

$f\[k\]=\underset{n=0}{\overset{N-l}{\Σ}}{e}^{-i\frac{2\mathrm{\π}}{N}nk}x\[n\],k=0,1,2,\mathrm{...},N-1$

其中，x[n]为处理器采集到的呼吸信号数据或心跳信号数据，f[k]为进行傅立叶变换后的呼吸信号傅里叶序列或心跳信号傅里叶序列，N＝1024，i是虚数单位；

e、对经步骤d处理后得到的呼吸信号傅里叶序列和心跳信号傅里叶序列分别进行幅值计算，计算公式如下：

p[k]＝|f[k]|

其中，p[k]为呼吸信号幅值序列或心跳信号幅值序列，f[k]为呼吸信号傅里叶序列或心跳信号傅里叶序列，然后在得到的呼吸信号幅值序列或心跳信号幅值序列中，且在人体呼吸频率(10-40次/分钟)和心跳频率(30-120次/分钟)范围内，寻找幅值最大的若干个呼吸信号幅值和心跳信号幅值，并计算每个呼吸信号幅值和心跳信号幅值所对应的频率，计算公式如下：

f＝fs/N×k

其中，f为呼吸信号幅值或心跳信号幅值所对应的频率，N＝1024，fs为采样率，k为呼吸信号幅值或心跳信号幅值在序列中的位置；

f、对经步骤e处理后得到的呼吸信号频率和心跳信号频率，进行时域分析，首先计算出呼吸信号频率和心跳信号频率所对应的周期，计算公式为：

t＝1/f

其中，f为呼吸信号频率或心跳信号频率，t为呼吸信号周期或心跳信号周期，

以fs作为采样频率，则在呼吸信号周期和心跳信号周期内，呼吸信号和心跳信号分别有M＝t*fs个采样点，以M个采样点为窗口，对处理器两个缓冲区中的呼吸信号数据和心跳信号数据分别与步骤e中得到的呼吸信号频率和心跳信号频率进行比对，得到呼吸信号数据相对于呼吸信号频率出现的次数C1以及心跳信号数据相对于心跳信号频率出现的次数C2；

g、处理器对经步骤f得到的呼吸信号频率出现的次数C1和心跳信号频率出现的次数C2进行判断，如判断结果为人体的呼吸存在或心跳存在或呼吸和心跳同时存在，那么处理器增加久坐时间并返回步骤b，如判断结果为人体的呼吸和心跳均不存在，那么处理器则增加离开时间并进入到下一步骤；

h、处理器判断离开时间是否超过预设值，如离开时间未超过预设值，则返回步骤b，如离开时间超过预设值，处理器清空久坐时间并返回步骤b。

本发明的人体久坐状态的检测方法，步骤c中提到的预设的时间为一分钟。

本发明的人体久坐状态的检测方法，步骤g中提到的处理器增加久坐时间，如增加后的久坐时间超过预设值，处理器则启动提醒装置来提醒人们，直至下一次进入到步骤h且满足人体的呼吸和心跳均不存在时，处理器才停止提醒装置的工作。

采用上述结构后，与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过采用多普勒雷达传感器模块实现了对人们久坐状态的检测，整个检测过程无需与人体接触，具有使用方便的优点(具体表现为：本发明无需佩戴在人体上，也无需与人体接触)，且采用非接触的方式来实现对人们久坐状态的检测，能够克服人体非起立动作对本系统造成的干扰，从而能够提高检测的准确度和提高系统的抗干扰性。

附图说明

图1是本发明检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，在本具体实施例中，本发明的人体久坐状态的检测系统，包括多普勒雷达传感器模块1、信号处理模块2、处理器3及提醒装置4，多普勒雷达传感器模块1通过信号处理模块2与处理器3相连，提醒装置4与处理器3相连，信号处理模块2为低通滤波放大电路，提醒装置4由采用光信号提醒的提醒模块、采用声音信号提醒的提醒模块和采用振动信号提醒的提醒模块中的一种或几种组成。

本发明的人体久坐状态的检测方法，包括以下步骤：

a、系统初始化，即处理器清空缓冲区中的数据，并启动多普勒雷达传感器模块进行检测；

b、处理器从多普勒雷达传感器模块中获取呼吸信号数据和心跳信号数据，并将呼吸信号数据和心跳信号数据分别保存到处理器中预留的两个缓冲区中；

c、处理器判断步骤b执行的时间是否达到预设的时间，如未达到该时间则继续执行步骤b，如达到了该时间则进入到下一步骤；

d、对处理器两个缓冲区中的呼吸信号数据和心跳信号数据分别进行傅立叶变换，其变换公式为：

$f\[k\]=\underset{n=0}{\overset{N-l}{\Σ}}{e}^{-i\frac{2\mathrm{\π}}{N}nk}x\[n\],k=0,1,2,\mathrm{...},N-1$

其中，x[n]为处理器采集到的呼吸信号数据或心跳信号数据，f[k]为进行傅立叶变换后的呼吸信号傅里叶序列或心跳信号傅里叶序列，N＝1024，i是虚数单位；

e、对经步骤d处理后得到的呼吸信号傅里叶序列和心跳信号傅里叶序列分别进行幅值计算，计算公式如下：

p[k]＝|f[k]|

其中，p[k]为呼吸信号幅值序列或心跳信号幅值序列，f[k]为呼吸信号傅里叶序列或心跳信号傅里叶序列，然后在得到的呼吸信号幅值序列或心跳信号幅值序列中，且在人体呼吸频率(10-40次/分钟)和心跳频率(30-120次/分钟)范围内，寻找幅值最大的若干个呼吸信号幅值和心跳信号幅值，并计算每个呼吸信号幅值和心跳信号幅值所对应的频率，计算公式如下：

f＝fs/N×k

其中，f为呼吸信号幅值或心跳信号幅值所对应的频率，N＝1024，fs为采样率，k为呼吸信号幅值或心跳信号幅值在序列中的位置；

f、对经步骤e处理后得到的呼吸信号频率和心跳信号频率，进行时域分析，首先计算出呼吸信号频率和心跳信号频率所对应的周期，计算公式为：

t＝1/f

其中，f为呼吸信号频率或心跳信号频率，t为呼吸信号周期或心跳信号周期，

以fs作为采样频率，则在呼吸信号周期和心跳信号周期内，呼吸信号和心跳信号分别有M＝t*fs个采样点，以M个采样点为窗口，对处理器两个缓冲区中的呼吸信号数据和心跳信号数据分别与步骤e中得到的呼吸信号频率和心跳信号频率进行比对，得到呼吸信号数据相对于呼吸信号频率出现的次数C1以及心跳信号数据相对于心跳信号频率出现的次数C2；

g、处理器对经步骤f得到的呼吸信号频率出现的次数C1和心跳信号频率出现的次数C2进行判断，如判断结果为人体的呼吸存在或心跳存在或呼吸和心跳同时存在，那么处理器增加久坐时间并返回步骤b，如判断结果为人体的呼吸和心跳均不存在，那么处理器则增加离开时间并进入到下一步骤；

h、处理器判断离开时间是否超过预设值，如离开时间未超过预设值，则返回步骤b，如离开时间超过预设值，处理器清空久坐时间并返回步骤b。

步骤c中提到的预设的时间为一分钟，人体的呼吸次数和心跳次数的计算是以一分钟为参考的，因此在这里将预设的时间定为一分钟。

步骤g中提到的处理器增加久坐时间，如增加后的久坐时间超过预设值，处理器则启动提醒装置来提醒人们，直至下一次进入到步骤h且满足人体的呼吸和心跳均不存在时，处理器才停止提醒装置的工作。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种人体久坐状态的检测系统，其特征在于：包括多普勒雷达传感器模块(1)、信号处理模块(2)、处理器(3)及提醒装置(4)，所述多普勒雷达传感器模块(1)通过信号处理模块(2)与处理器(3)相连，所述提醒装置(4)与处理器(3)相连。

2.根据权利要求1的人体久坐状态的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、系统初始化，即处理器清空缓冲区中的数据，并启动多普勒雷达传感器模块进行检测；

b、处理器从多普勒雷达传感器模块中获取呼吸信号数据和心跳信号数据，并将呼吸信号数据和心跳信号数据分别保存到处理器中预留的两个缓冲区中；

c、处理器判断步骤b执行的时间是否达到预设的时间，如未达到该时间则继续执行步骤b，如达到了该时间则进入到下一步骤；

d、对处理器两个缓冲区中的呼吸信号数据和心跳信号数据分别进行傅立叶变换，其变换公式为：

$f\[k\]=\underset{n=0}{\overset{N-I}{\Σ}}{e}^{-i\frac{2\mathrm{\π}}{N}nk}x\[n\],k=0,1,2,...,N-1$

其中，x[n]为处理器采集到的呼吸信号数据或心跳信号数据，f[k]为进行傅立叶变换后的呼吸信号傅里叶序列或心跳信号傅里叶序列，N＝1024，i是虚数单位；

e、对经步骤d处理后得到的呼吸信号傅里叶序列和心跳信号傅里叶序列分别进行幅值计算，计算公式如下：

p[k]＝|f[k]|

其中，p[k]为呼吸信号幅值序列或心跳信号幅值序列，f[k]为呼吸信号傅里叶序列或心跳信号傅里叶序列，然后在得到的呼吸信号幅值序列或心跳信号幅值序列中，且在人体呼吸频率和心跳频率范围内，寻找幅值最大的若干个呼吸信号幅值和心跳信号幅值，并计算每个呼吸信号幅值和心跳信号幅值所对应的频率，计算公式如下：

f＝fs/N×k

其中，f为呼吸信号幅值或心跳信号幅值所对应的频率，N＝1024，fs为采样率，k为呼吸信号幅值或心跳信号幅值在序列中的位置；

f、对经步骤e处理后得到的呼吸信号频率和心跳信号频率，进行时域分析，首先计算出呼吸信号频率和心跳信号频率所对应的周期，计算公式为：

t＝1/f

其中，f为呼吸信号频率或心跳信号频率，t为呼吸信号周期或心跳信号周期，

以fs作为采样频率，则在呼吸信号周期和心跳信号周期内，呼吸信号和心跳信号分别有M＝t*fs个采样点，以M个采样点为窗口，对处理器两个缓冲区中的呼吸信号数据和心跳信号数据分别与步骤e中得到的呼吸信号频率和心跳信号频率进行比对，得到呼吸信号数据相对于呼吸信号频率出现的次数C1以及心跳信号数据相对于心跳信号频率出现的次数C2；

g、处理器对经步骤f得到的呼吸信号频率出现的次数C1和心跳信号频率出现的次数C2进行判断，如判断结果为人体的呼吸存在或心跳存在或呼吸和心跳同时存在，那么处理器增加久坐时间并返回步骤b，如判断结果为人体的呼吸和心跳均不存在，那么处理器则增加离开时间并进入到下一步骤；

h、处理器判断离开时间是否超过预设值，如离开时间未超过预设值，则返回步骤b，如离开时间超过预设值，处理器清空久坐时间并返回步骤b。

3.根据权利要求2所述的人体久坐状态的检测方法，其特征在于：步骤c中提到的预设的时间为一分钟。

4.根据权利要求2所述的人体久坐状态的检测方法，其特征在于：步骤g中提到的处理器增加久坐时间，如增加后的久坐时间超过预设值，处理器则启动提醒装置来提醒人们，直至下一次进入到步骤h且满足人体的呼吸和心跳均不存在时，处理器才停止提醒装置的工作。