CN105448049B - 一种尿湿检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种尿湿检测方法及装置，包括：以采样周期Ts采集相对湿度值，并设置检测灵敏度，其中Ts≤5s；对采集的相对湿度值进行滤波；根据滤波后的数据计算相对湿度变化梯度，若连续两次以上检测到相对湿度变化梯度大于检测灵敏度，则进行排尿报警；否则，则重新采集相对湿度值。本发明的优点在于：降低了环境因素对检测效果的影响，可以适应变化的实际环境需求，提高检测性能，解决了在无法进行无线连接时无法将数据传送到用户手机而产生的漏报数据问题，也解决了误触发或一次排尿多次报警的问题，而且可对排尿行为进行智能多次检测。

Description

一种尿湿检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测方法，尤其涉及一种尿湿检测方法。

背景技术

生活不能自理的婴幼儿、老龄人口在排尿后需要及时更换尿片，否则会造成湿疹等各种疾病。由于排尿时间不确定，给监护人造成沉重的负担。因此，如何有效、及时地监控他们的身体状况，有效提高医护人员、家属的工作效率和服务质量，成为亟待解决的问题。

目前，市面上监测排尿的装置大多通过检测相对湿度值监测排尿行为，当相对湿度值超过湿度门限时即报警，同时利用蓝牙等无线技术传送数据，但这些方法存在如下问题：

(1)通常设定固定的湿度门限值，未考虑环境因素的影响。不同地域、不同环境、不同季节的空气的湿度不同，在南方潮湿季节，空气相对湿度超过90％，此时一般的门限值已基本失效，严重影响设备的工作；

(2)由于无法对湿度阈值进行智能调整，因此若湿度环境发生变化，不管是因外界环境引起，或因第一次排尿后监护人员未及时更换尿布之后产生第二次排尿而引起，则在这些情况下，现有方法无法对排尿实现正确检测；

(3)未考虑无线传输距离的限制。若排尿发生时，看护人和被看护人距离较远而超出无线传输距离，装置无法及时记录排尿行为，易出现数据漏报。

综上所述，现有的尿湿检测方法无法满足尿湿报警器的应用需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题和难点，克服现有技术中利用固定湿度门限检测而无法适应不同湿度环境而影响检测效果的问题，提供一种尿湿检测方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种尿湿检测方法，该方法包括：

1)以采样周期Ts采集相对湿度值，并设置初始检测灵敏度，其中Ts≤5s；

2)对步骤1)采集的相对湿度值进行滤波；

3)根据步骤2)的滤波后的数据计算相对湿度变化梯度，若连续两次以上检测到相对湿度变化梯度大于检测灵敏度，则进行排尿报警；若相对湿度变化梯度小于检测灵敏度，则返回步骤1)。

上述的技术方案中，所述的步骤1)中，根据采集的相对湿度值将湿度环境分为高湿度环境、中湿度环境、低湿度环境，当相对湿度值为0％-60％时，设定为低湿度环境，当相对湿度值为60％-70％时，设定为中湿度环境，当相对湿度值为70％-100％时，设定为高湿度环境。

上述的技术方案中，所述的步骤1)中，将高湿度环境、中湿度环境、低湿度环境对应的检测灵敏度分别设定为高灵敏度、中灵敏度和低灵敏度；高灵敏度初始值设定为0.5％/s，中灵敏度初始值设定为0.8％/s，低灵敏度初始值设定为1％/s。

上述的技术方案中，所述的步骤2)中，所述滤波方法为平滑滤波，滤波表达式为其中α＜1，k>0，x_k是采集到的第k个相对湿度值，是对第k个相对湿度值进行平滑滤波的结果，

上述的技术方案中，所述的步骤3)中，相对湿度变化梯度h定义为：其中，ΔM是相邻两次采集的相对湿度值的差值。

本发明中，将步骤3)的检测结果暂存或将步骤3)的检测结果通过无线方式发送到用户的手机。当无法进行无线连接时，将检测结果暂存可以保证数据的完整性。

本发明中，若用户接到排尿报警，但未发现排尿行为，则认为是误报；若用户发现有排尿行为，但未接到排尿报警，则认为是漏报；若用户判断为漏报数据，则将检测灵敏度降低0.05％/s；若用户判断为误报数据，则将检测灵敏度提高0.05％/s；其中，高灵敏度调整范围设定为0.45％/s-0.65％/s，中灵敏度调整范围设定为0.65％/s-0.9％/s，低灵敏度调整范围设定为0.9％/s-1.05％/s。

本发明中，进行排尿报警后，在3-10min内停止检测。这样可以防止一次排尿而产生多次报警的误操作。

本发明还提供一种实现上述尿湿检测方法的尿湿检测装置，包括：

数据采集模块：用于采集相对湿度值，且采样周期为Ts；

处理器：用于对数据采集模块采集的相对湿度值进行滤波，设置检测灵敏度，并根据滤波模块滤波后的数据计算相对湿度变化梯度，若连续两次以上检测到相对湿度变化梯度大于检测灵敏度，则进行排尿报警；否则，控制所述数据采集模块重新采集相对湿度值，并重新检测。

上述尿湿检测装置中，还包括与所述处理器连接、并将检测结果传输到用户手机的无线通信模块，以及为所述数据采集模块、处理器、无线通信模块提供工作电源的供电模块。本发明中的无线通信模块采用蓝牙模块。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明中，采用相对湿度变化梯度值判断是否出现尿湿，降低了环境因素对检测效果的影响，适用于不同湿度环境；

2、本发明中，根据采集的相对湿度值将湿度环境分为高湿度环境、中湿度环境、低湿度环境，在不同湿度环境中对应采用不同的检测分辨率，提高了检测性能；

3、本发明中，根据环境相对湿度的测量以及是否为漏报数据、误报数据而调整检测灵敏度，可以适应变化的实际环境需求，提高了检测性能；

4、本发明中，通过将检测结果暂存，解决了在无法进行无线连接时无法将数据传送到用户手机而产生的漏报数据问题；

5、本发明中，在进行排尿报警后，在3-10min内停止检测，解决了误触发或一次排尿多次报警的问题；

6、本发明中，当排尿发生后，若监护人没有及时更换尿片，则可通过环境感知调整检测灵敏度，进行智能多次检测。

附图说明

图1是采用本发明的尿湿检测方法的尿湿检测装置的硬件结构图；

图2是本发明的尿湿检测方法的流程图；

图3是两次模拟排尿过程的相对湿度值的变化；

图4采集数据经平滑滤波后的结果；

图5是本发明的注入30mL仿生尿液时相对湿度值随时间变化的曲线；

图6是本发明的注入30mL仿生尿液时相邻两次采集的相对湿度值的差值随时间变化的曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

采用本发明的尿湿检测方法的尿湿检测装置的硬件结构图如图1所示。图中，数据采集模块用于采集相对湿度值，且采样周期为Ts；处理器用于对数据采集模块采集的相对湿度值进行滤波，设置检测灵敏度，并根据滤波模块滤波后的数据计算相对湿度变化梯度，若连续两次以上检测到相对湿度变化梯度大于检测灵敏度，则进行排尿报警；否则，控制所述数据采集模块重新采集相对湿度值，并重新检测；装置包括与所述处理器连接，并将检测结果传输到用户手机的无线通信模块，以及为所述数据采集模块、处理器、无线通信模块提供工作电源的供电模块。本发明中，所述数据采集模块为湿度传感器，所述处理器为单片机，所述无线模块采用蓝牙模块。

本发明的一种尿湿检测方法如图2所示，主要包括数据采集与环境感知学习、数据平滑滤波、根据相对湿度变化梯度检测排尿行为、反馈智能学习系统、数据暂存、排尿行为智能多次检测、抗干扰，以下分别进行描述。

(1)数据采集与环境感知学习

图3为采样周期Ts为1s时，某次试验中通过传感器采集的相对湿度值。由图3可以看出，由于排尿而引起的相对湿度变化达到稳定需要30s左右的时间。若Ts值太小，则功耗过高，不利于节能；若Ts值太大，则无法及时采集数据，影响检测效果。因此，为了达到低功耗的使用效果，令Ts≤5s可以保证不遗漏排尿过程。

不同地域、不同环境、不同季节的空气的湿度不同。在南方潮湿季节，空气相对湿度超过90％，因此需根据实际环境设定初始检测灵敏度。

每次系统初始化后都认为短时间内没有排尿行为，可以进行环境数据采集。根据采集的相对湿度值将环境设定为高湿度环境、中湿度环境、低湿度环境，将高湿度环境、中湿度环境、低湿度环境对应的检测灵敏度分别设定为高灵敏度、中灵敏度和低灵敏度。通过测量环境相对湿度值确定初始检测灵敏度，并根据具体使用环境调整检测策略。系统可以适应各种使用环境，在不同环境下都能达到一个理想检测概率。

在本发明中，当相对湿度值为0％-60％时，设定为低湿度环境；当相对湿度值为60％-70％时，设定为中湿度环境；当相对湿度值为70％-100％时，设定为高湿度环境。高灵敏度初始值设定为0.5％/s，中灵敏度初始值设定为0.8％/s，低灵敏度初始值设定为1％/s。

(2)数据平滑滤波

若外界环境湿度很高，采集到的数据受环境影响会出现抖动。本发明中，在装置硬件端设计了FIFO(First Input First Output，先入先出队列)缓存，在FIFO缓存中进行数据的平滑，去除因测量精度造成的数据抖动的影响。将采集到的数据先进行平滑，然后将平滑后的数据保存在FIFO中，FIFO中保留最新的10个数据，将旧数据丢弃。

本发明中优选的平滑滤波的滤波表达式为：

这种方式可以免除记录过多的原始数据，有利于实时计算，采集一个数据即处理一个数据，保存的都是经过平滑的数据。当令α＝0.2时，采样周期Ts＝1s时采集的数据滤波后效果如图4所示，图中所示为2次排尿行为采集的数据。从图中可以看出，经过平滑滤波后，测量数据的不稳定性得到改善，使得相对湿度变化趋势更为明显，并且消除了测量值上下抖动的影响。

(3)根据相对湿度变化梯度检测排尿行为

排尿过程产生大量液态水，由于环境温度的作用，会改变传感器所在位置的湿度环境，相对湿度值会发生变化。根据相对湿度变化梯度检测排尿行为可以降低环境对检测性能的影响。

相对湿度变化梯度h定义为：

其中，ΔM是相邻两次采集的相对湿度值的差值，Ts是采样周期。

在检测过程中，通过相邻两次采集的相对湿度值的差值，确定相对湿度变化。如果仅检测到1次的相对湿度变化梯度大于检测灵敏度时，即进行排尿报警，会出现很高的错误概率。因此，本发明中，设置为连续2次以上检测到相对湿度变化梯度大于检测灵敏度时，才进行排尿报警，保证了检测结果的准确性。

(4)反馈智能学习系统

如图1所示，本发明中的检测灵敏度可根据实际需要进行调整：

A、每次检测过程中，通过对环境湿度的测量调整检测灵敏度，根据采集的相对湿度值将湿度环境分为高湿度环境、中湿度环境、低湿度环境，并设定相应的高灵敏度、中灵敏度、低灵敏度。

B、在发生错误报警(漏报数据或误报数据)时，用户可将错误信息发送到尿湿报警器，如果是漏报数据，尿湿报警器自动将检测灵敏度降低0.05％/s，如果是误报数据，尿湿报警器自动将检测灵敏度增加0.05％/s。

本发明中，高灵敏度调整范围设定为0.45％/s-0.65％/s，中灵敏度调整范围设定为0.65％/s-0.9％/s，低灵敏度调整范围设定为0.9％/s-1.05％/s。若用户判断为漏报数据，则将检测灵敏度降低0.05％/s；若用户判断为误报数据，则将检测灵敏度增加0.05％/s。检测灵敏度的调整不会超出高湿度环境、中湿度环境、低湿度环境分别对应的灵敏度调整范围。

本发明中，设定高、中、低3种湿度环境范围的意义在于，根据不同的环境湿度，采取不同的检测策略，以避免环境湿度对检测效果造成的影响。通过反馈智能学习系统对检测灵敏度进行调整，首先，在每次检测过程中，根据所测量的环境湿度值确定环境湿度范围，然后根据是否出现漏报或误报，再在高、中、低湿度范围对应的检测灵敏度调整范围内对灵敏度进行微调，以进一步适应实际环境，提高检测性能。

(5)数据暂存

利用无线技术连接手机和尿湿报警器，手机可以替代传统的蜂鸣器提示看护人。在手机步入智能机时代，蓝牙进入4.0时代后，其低功耗的优势使其成为用于尿湿报警器的较为适用的通讯方式。尿湿报警器系统检测到排尿行为后，需要通过蓝牙连接手机以通知用户，但在实际使用条件下，用户的活动范围不固定。由于蓝牙连接距离的限制，不可能确保手机和尿湿报警器一直处于连接范围内。

本发明设计了数据暂存功能。在保持连接状态下，如果装置检测到排尿行为，会第一时间提醒用户；在二者没有连接到手机时检测到了排尿行为，装置会在本地记录下排尿时间，并不断寻找和连接手机。同时，自动开始进行新一轮的环境感知，并重新进入到检测流程，如果又检测到新的排尿行为后，会再记录新的排尿时间。直到连接手机成功后，将记录的排尿时间、次数发送到手机，装置自动清零本地数据。用户接收到通知后可以更换尿片，同时装置启动新一轮的排尿检测。

(6)排尿行为智能多次检测

对于传统的检测方法，进行第一次排尿检测之后，环境湿度发生变化，若未对检测灵敏度进行调整，则已经变化的环境湿度值会对检测精度产生极大的干扰，无法实现第二次排尿的检测。

本发明不仅适合首次排尿检测，还能进行多次排尿的检测。当排尿发生后，如果监护人没有及时更换尿片，那么当尿湿报警器监测到湿度环境趋于稳定后，通过环境感知采集相对湿度数据，可以自动设置为高、中、低湿度环境。当连续两次以上检测到相对湿度变化梯度大于新的检测灵敏度时，即认为出现尿湿，从而实现对第二次排尿的成功检测。在成功检测到第二次排尿后，将排尿次数累加，并进入下次排尿检测。

(7)抗干扰

系统检测到排尿行为后，需进行设置，以防止误触发或者一次排尿多次报警。根据图3的实验结果可以发现，排尿行为发生后，相对湿度值会在3min内停止上升趋势，进入稳定状态。因此在本发明中，确定检测到排尿行为后，在3-10min内停止检测。

以上描述了本发明的主要方面，下面以具体仿真试验结果对本发明进行说明。

采用婴儿仿真模型，在仿真模型的臀部包裹尿片，将尿湿报警器安装位置设计于男女童排尿位置的中间，通过导管在婴儿排尿位置附近注入仿生尿液，对30ml、60ml、80ml的仿生尿液分别进行了10次重复测试。模拟男童(注水点正对尿湿报警器所在位置)和女童(注水点的位置位于尿湿报警器下方5cm处)。

模拟排尿后，采用不同的检测灵敏度进行检测，记录10次重复实验中成功报警的最迟时间，最终的测试结果如表1所示。其中，以注入30ml仿生尿液为例，相对湿度随时间变化曲线如图6所示，相对湿度差值随时间变化曲线如图6所示。

表1 注入不同体积的仿生尿液情况下采用不同检测灵敏度时的检测结果

仿真实验证明，在排尿过程中，相对湿度值随着排尿过程而发生变化，如图5所示。相对湿度值的差值随时间变化的曲线如图6所示，表明排尿行为发生后，相对湿度变化梯度会随着时间而提高，并在一定时间内超过所设定的检测灵敏度，由此证明了本发明中通过将相对湿度变化梯度与检测灵敏度比较进行尿湿检测的方法是可行的。

根据表1的实验结果，表明本发明所提出的方法能够有效预警排尿行为，而且能够较好的实现对包括男童和女童的所有婴儿的排尿检测。表1所示为对于第一次排尿的检测。在不更换尿片的情况下，可以以相同的策略对检测灵敏度进行调整，实现对第二次排尿的检测。

从表1中可以看到，高灵敏度时，所需报警时间最短，但在实际使用中，若仅设置单一的高灵敏度，则当人体出汗或者环境湿度产生变化时容易产生误报，也说明了本发明中分别设置低、中、高湿度环境以及对应的低、中、高灵敏度的必要性。在使用过程中，通过对检测灵敏度的智能调节，能够在用户所处环境中逐渐找到最优的配置，由此实现最优的检测效果。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种尿湿检测方法，其特征在于，该方法包括：

1) 以采样周期Ts采集相对湿度值，并设置检测灵敏度，其中Ts≤5s，根据采集的相对湿度值将湿度环境分为高湿度环境、中湿度环境、低湿度环境；当相对湿度值为0%-60%时，设定为低湿度环境；当相对湿度值为60%-70%时，设定为中湿度环境；当相对湿度值为70%-100%时，设定为高湿度环境，将高湿度环境、中湿度环境、低湿度环境对应的检测灵敏度分别设定为高灵敏度、中灵敏度和低灵敏度；高灵敏度初始值设定为0.5%/s，中灵敏度初始值设定为0.8%/s，低灵敏度初始值设定为1%/s；

2) 对步骤1)采集的相对湿度值进行滤波；

3) 根据步骤2)的滤波后的数据计算相对湿度变化梯度，若连续两次以上检测到相对湿度变化梯度大于检测灵敏度，则进行排尿报警；否则，则返回步骤1)；

4) 将步骤3)的检测结果通过无线方式发送到用户的手机，当用户接到排尿报警，但未发现排尿行为，则认为是误报；当用户发现有排尿行为，但未接到排尿报警，则认为是漏报；若用户判断为漏报数据，则将检测灵敏度降低0.05%/s；若用户判断为误报数据，则将检测灵敏度增加0.05%/s；其中，高灵敏度调整范围设定为0.45%/s-0.65%/s，中灵敏度调整范围设定为0.65%/s -0.9%/s，低灵敏度调整范围设定为0.9%/s -1.05%/s。

2.根据权利要求1所述的尿湿检测方法，其特征在于：所述的步骤2)中，所述滤波方法为平滑滤波，滤波表达式为，其中α＜1，k>0，x _k 是采集到的第k个相对湿度值，是对第k个相对湿度值进行平滑滤波的结果，。

3.根据权利要求1所述的尿湿检测方法，其特征在于：所述的步骤3)中，相对湿度变化梯度h定义为：，其中，△M是相邻两次采集的相对湿度值的差值。

4.根据权利要求1所述的尿湿检测方法，其特征在于：进行排尿报警后，在3-10min内停止检测。

5.根据权利要求1所述的尿湿检测方法，其特征在于：所述步骤4）中，当无法与用户的手机进行无线连接时，则将步骤3）的检测结果暂存。

6.一种实现权利要求1所述尿湿检测方法的尿湿检测装置，其特征在于，包括：

数据采集模块：用于采集相对湿度值，且采样周期为Ts；

处理器：用于对数据采集模块采集的相对湿度值进行滤波，设置检测灵敏度，并根据滤波模块滤波后的数据计算相对湿度变化梯度，若连续两次以上检测到相对湿度变化梯度大于检测灵敏度，则进行排尿报警；否则，控制所述数据采集模块重新采集相对湿度值，并重新检测。

7.根据权利要求6所述的尿湿检测装置，其特征在于，还包括与所述处理器连接、并将检测结果发送到用户手机的无线通信模块，以及为所述数据采集模块、处理器、无线通信模块提供工作电源的供电模块。