CN106580558A - 一种可更换式尿便监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种可更换式尿便监测系统，用于解决婴儿穿戴纸尿布时婴儿皮肤容易长期处于具有大小便的纸尿布上而导致的屁股皮肤过敏及老年患者们在大小便失禁后监护者却无从得知的技术问题。本发明实施例方法包括：穿戴式尿便监测设备和移动终端，穿戴式尿便监测设备通过蓝牙和移动终端无线连接；穿戴式尿便监测设备包括单片机模块、传感器模块、供电模块和蓝牙模块；单片机模块和传感器模块、供电模块及蓝牙模块连接，用于获取传感器模块的采集数据，并根据对采集数据对应的存在尿液或粪便的处理结果通过蓝牙模块发送报警信息至移动终端；传感器模块包括尿液传感器模块和气体传感器，用于监测尿液和粪便。

Description

一种可更换式尿便监测系统

技术领域

本发明涉及生活用品领域，尤其涉及一种可更换式尿便监测系统。

背景技术

母婴用品是21世纪的朝阳行业，是目前乃至以后发展潜力最大、收益最丰厚的行业之一，母婴消费从2008-2009年开始将迎来黄金时代。在未来20年里，持续增长的消费群、新的消费意识及新的育儿理念带来的消费提升，注定了中国母婴行业的未来将是20年的牛市。

而带婴儿是一件非常麻烦的事情，为了减轻妈妈们的烦恼，出现了纸尿布。但是，使用纸尿布的同时也导致了婴儿皮肤由于长时间处于具有大小便的纸尿布上，容易导致屁股皮肤过敏的出现。在婴儿的身体中，水分的占值比成年人大，及时补充水分对于婴儿来说极其重要。此外，婴儿何时需要补充水分也是个头疼的问题。

随着医学技术的发展，过去许多不治之症已经不是难题。但是，经过手术后的老年患者们，其身体的虚弱还是无法避免，甚至可能处于昏迷状态。随之而来的大小便失禁问题就很容易让儿女们处于尴尬局面，此时，当患者大小便失禁时以合适的方式提醒就变得非常有必要了。

发明内容

本发明实施例提供了一种可更换式尿便监测系统，解决了婴儿穿戴纸尿布时婴儿皮肤容易长期处于具有大小便的纸尿布上而导致的屁股皮肤过敏及老年患者们在大小便失禁后监护者却无从得知的技术问题。

本发明实施例提供的一种可更换式尿便监测系统，包括：

穿戴式尿便监测设备和移动终端，穿戴式尿便监测设备通过蓝牙和移动终端无线连接；

穿戴式尿便监测设备包括单片机模块、传感器模块、供电模块和蓝牙模块；

传感器模块包括尿液传感器模块和气体传感器；

单片机模块和传感器模块、供电模块及蓝牙模块连接，单片机模块用于获取尿液传感器和气体传感器的实时采集数据，并根据对采集数据对应的存在尿液或粪便的处理结果通过蓝牙模块发送报警信息至移动终端；

尿液传感器和气体传感器通过数模转换器和单片机模块连接。

优选地，尿液传感器包括第一导线、第二导线、三极管和两个电阻；

第一导线和第二导线用于传导由尿液传感器产生的电压信号，并经三极管放大电压信号。

优选地，气体传感器包括二氧化锡气敏传感器，用于监测硫化氢气体和/或氨气气体。

优选地，供电模块包括锂电池、充电IC芯片和升压IC芯片；

锂电池用于给单片机模块供电；

充电IC芯片用于通过升压IC芯片给锂电池充电。

优选地，穿戴式尿便监测设备还包括蜂鸣器；

蜂鸣器与单片机模块连接，用于接收单片机模块的触发信号，进行蜂鸣提醒。

优选地，穿戴式尿便监测设备通过2.4～2.5GHz频带的蓝牙模块与移动终端通信连接。

优选地，穿戴式尿便监测设备还包括RTC时钟系统，用于给单片机模块提供时间。

优选地，穿戴式尿便监测设备内置于可更换式纸尿裤中。

优选地，移动终端包括智能手机和/或平板电脑和/或智能手表，用于接收穿戴式尿便监测设备发送的报警信息及充电提醒信息。

优选地，移动终端，还用于对穿戴式尿便监测设备发送的报警信息进行数据统计记录，并将数据统计记录以曲线或柱状在自身显示模块进行显示。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种可更换式尿便监测系统，包括：穿戴式尿便监测设备和移动终端，穿戴式尿便监测设备通过蓝牙和移动终端无线连接；穿戴式尿便监测设备包括单片机模块、传感器模块、供电模块和蓝牙模块；单片机模块和传感器模块、供电模块及蓝牙模块连接，用于获取传感器模块的采集数据，并根据对采集数据对应的存在尿液或粪便的处理结果通过蓝牙模块发送报警信息至移动终端；传感器模块包括尿液传感器模块和气体传感器，用于监测尿液和粪便，本发明实施例中通过穿戴式尿便监测设备中的尿液传感器和气体传感器实时监测尿液和粪便，并通过单片机模块进行数据处理，再根据处理后的数据通过蓝牙模块发送报警信息至移动终端，进行尿液提醒及粪便提醒，解决了婴儿穿戴纸尿布时婴儿皮肤容易长期处于具有大小便的纸尿布上而导致的屁股皮肤过敏及老年患者们在大小便失禁后监护者却无从得知的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种可更换式尿便监测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种尿液传感器；

图3为本发明实施例提供的一种蓝牙模块的参数；

图4为本发明实施例提供的一种穿戴式尿便监测设备的工作流程图；

图5为本发明实施例提供的一种移动终端的具体工作流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种传感器识别工作流程示意图。

图示说明，1穿戴式尿便监测设备，2单片机模块，3传感器模块，4供电模块，5蓝牙模块，6移动终端。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种可更换式尿便监测系统，用于解决婴儿穿戴纸尿布时婴儿皮肤容易长期处于具有大小便的纸尿布上而导致的屁股皮肤过敏及老年患者们在大小便失禁后监护者却无从得知的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种可更换式尿便监测系统，包括：穿戴式尿便监测设备1和移动终端6，穿戴式尿便监测设备1通过蓝牙和移动终端6无线连接；

穿戴式尿便监测设备1包括单片机模块2、传感器模块3、供电模块4和蓝牙模块5；

传感器模块3包括尿液传感器和气体传感器；

单片机模块2和传感器模块3、供电模块4及蓝牙模块5连接，单片机模块2用于获取尿液传感器和气体传感器的实时采集数据，并根据对采集数据对应的存在尿液或粪便的处理结果通过蓝牙模块5发送报警信息至移动终端6；

尿液传感器和气体传感器通过数模转换器和单片机模块2连接。

其中，主控芯片为一种高性能、低成本、低功耗、应用于嵌入式的ARM Cortex-M3内核单片机，主频最高可达72M的芯片。该主控芯片不仅可以在进行数据处理时提供高速运算，还可以在用户不使用时自动进入低功耗模式。

进一步地，尿液传感器包括第一导线、第二导线、三极管和两个电阻；

第一导线和第二导线用于传导由尿液传感器产生的电压信号，并经三极管放大电压信号。

请参阅图2，在可更换式尿便监测系统中，尿液传感器的原理为两根平行的导线，分别为第一导线和第二导线，第一导线通过100k欧姆的电阻上拉到3.3v电源上，第二导线接三极管基极。当婴儿尿液润湿与第一导线及第二导线粘连的布时，由两根平行的导线采集到电压信号，并由三极管放大改电压信号进而被单片机读取。

进一步地，气体传感器包括二氧化锡气敏传感器，用于监测硫化氢气体和/或氨气气体。

需要说明的是，正常粪便由己消化的和未完全消化的食物残渣、消化道分泌物、大量细菌、无机盐和水分等组成。其中分泌物、残渣在大量细菌的呼吸作用下将发酵产生H2S硫化氢气体与NH3氨气气体。

MQ136/MQ137气敏传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。当气敏传感器所处的环境中存在硫化氢气体或氨气气体时，气敏传感器的电导率随空气中所测气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与硫化氢/氨气浓度相对应的输出信号。这两种传感器对灵敏度高，而对常见的可燃气体的灵敏度很低，是两个适合多应用的、长寿命而低成本的传感器。本发明中采用了MQ136气敏传感器和MQ137气敏传感器进行对硫化氢及氨气的检测，并结合两个传感器的检测结果进行对使用者是否排便的综合判断，大大提高了对排便的检测灵敏度。

进一步地，供电模块4包括锂电池、充电IC芯片和升压IC芯片；

锂电池用于给单片机模块2供电；

充电IC芯片用于通过升压IC芯片给锂电池充电。

本发明的可更换式尿便监测系统采用锂离子电池进行供电，采用充电IC给锂离子电池进行充电。其中，该充电IC是一款恒定电流/恒定电压线性充电IC，其底部带有散热片的八个引脚封装与较少的外部元件数目，非常适用于便携式应用，更是符合本发明提供的可更换式尿便监测设备的需求。本发明采用的升压IC为一种低噪声输出的电荷泵DC-DC变换器，其输出电压可由用户外接的电阻分压器来设定。其主要特点如下：具有关闭控制功能，在关闭状态时耗电小于1μA；具有软启动功能，可减小启动时的电流冲击；具有短路及过热保护电路；整个变换器占印制板面积较小。

进一步地，穿戴式尿便监测设备1还包括蜂鸣器；

蜂鸣器与单片机连接，用于接收单片机的触发信号，进行蜂鸣提醒。

其中，蜂鸣器主要用于在单片机获取到传感器采集的数据并进行处理后，接收单片机的触发信号，进行蜂鸣提醒。

进一步地，穿戴式尿便监测设备1通过2.4～2.5GHz频带的蓝牙模块5与移动终端6通信连接。

请参阅图3，为本发明选用的蓝牙模块5的参数。本发明中选择了蓝牙4.0模块作为通信手段，其中，蓝牙4.0模块的通信距离可达到50m，并且其待机电流仅0.4uA，功耗较以往版本降低许多。

本发明所使用的蓝牙4.0模块采用蓝牙4.0CC2540模块作为核心处理器的高性能、超低功耗射频收发系统模块，遵循低功耗蓝牙协议，适合单模式低功耗蓝牙应用。CC2540模块整合了一个1Mbps GFSK射频收发器，并利用一个具有丰富外设的8051MCU内核，提供了明显优于同类竞争产品的传输覆盖范围。

进一步地，穿戴式尿便监测设备1还包括RTC时钟系统，用于给单片机模块2提供时间。

其中，穿戴式尿便监测设备1还包括RTC时钟系统，主要用于在无软件端辅助的情况下给单片机模块2提供时间，使得返回采集数据的处理结果与采集时间相结合。

进一步地，穿戴式尿便监测设备1内置于可更换式纸尿裤中。

本发明提供的穿戴式尿便监测设备1可以内置于日常生活中婴幼儿穿戴的可更换式纸尿裤中或老年患者们穿戴的可更换式纸尿裤中，进行对其排出的尿液及粪便进行检测。

进一步地，移动终端6包括智能手机和/或平板电脑和/或智能手表，用于接收穿戴式尿便监测设备1发送的报警信息及充电提醒信息。

本发明中的移动终端6包括智能手机和/或平板电脑和/或智能手表等可用蓝牙进行接收穿戴式尿便监测设备1发送的报警信息及充电提醒信息的移动设备。且在接收报警信息及充电提醒信息后，移动终端6可根据接收到的信息进行相应的声音提醒或震动提醒。

进一步地，移动终端6，还用于对穿戴式尿便监测设备1发送的报警信息进行数据统计记录，并将数据统计记录以曲线或柱状在自身显示模块进行显示。

需要特别说明的是，本发明实施例提供的可更换式尿便监测系统中的尿液传感器和气体传感器集成于塑料纸带上，通过数据线与外置穿戴式尿便监测设备1进行数据传输。在使用时，将塑料纸带装入要穿戴的纸尿裤中即可。

以上为对本发明实施例提供的可更换式尿便监测系统的硬件结构的详细描述，以下将对本发明实施例提供的可更换式尿便监测系统的实际工作流程进行详细的描述。

本发明实施例提供的可更换式尿便监测系统主要由穿戴式尿便监测设备及移动终端6组成。穿戴式尿便监测设备集成锂电池充电系统，以可充电锂电池做电源供给，可通过热反馈对充电电流进行调节，充满后自动停止充电循环。硬件上的单片机作为主控，从传感器获取使用者是否大小便信息，并通过智能处理，将信号同时转化为系统数据，根据数据信息触发不同报警信息，同时通过低功耗蓝牙4.0模块发送至移动终端6，并将数据储存在本地闪存中，从而即使意外断电也能保证记录不丢失。当长时间未检测到大小便信号时，ARM单片机进入休眠模式，增加待机时间，当大小便信号产生时，可通过终端唤醒单片机进行处理数据。请参阅图4，为穿戴式尿便监测设备的工作流程图。其中，通过穿戴式尿便监测设备内部的传感器获取环境数据，经过算法滤除干扰后，对处理后的数据进行判断，是否出发提醒消息。如需要发出提醒消息，则根据消息类型触发蜂鸣器报警并将对应的控制指令由蓝牙发送给移动终端6，实现使用者产生大小便的时候进行及时的提醒。请参阅图5，为移动终端6具体工作流程示意图。

以上为对本发明实施例提供的可更换式尿便监测系统的实际工作流程进行的详细的描述，以下将对本发明实施例提供的可更换式尿便监测系统中的传感器工作流程及移动终端上的软件实际工作流程进行详细的描述。

请参阅图6，为传感器识别工作流程。其中，传感器识别主要依靠尿液传感器及气体传感器获取环境数据，然后由单片机芯片进行处理。

尿液传感器检测到导电率变化，通过10次采样得到平均电压值，结合内置ADC模块，即模数转换器，转化为电压数字量，当达到阈值设为报警状态，移动终端提醒佩戴者已排尿。其中，尿液传感器的电压阈值为2500mv。气敏传感器在二氧化锡电导率变化的状态下，多重ADC多通道采样得到平均电压值，当两种气敏传感器两者之一检测到阈值时，设为报警状态并在移动终端提醒佩戴者已排便。其中，氨气传感器的检测阈值为558mv\25.9ppm，硫化氢传感器的检测阈值为690mv\8.3ppm。

以上为对本发明实施例提供的可更换式尿便监测系统中的传感器工作流程及移动终端上的软件实际工作流程进行的详细描述，以下将对本发明实施例提供的可更换式尿便监测系统的功能及其指标进行详细的描述。

1、尿液提醒

穿戴式尿便监测设备检测到尿液时，立即发出提醒，移动终端收到信息，蜂鸣器响，且蜂鸣器可在移动终端选择音乐及是否开启蜂鸣器。同时，穿戴式尿便监测设备记录当前时间，并将其写进内部存储。

2、粪便提醒

穿戴式尿便监测设备检测到粪便时，立即发出提醒，移动终端收到信息，蜂鸣器响，且蜂鸣器可在移动终端选择音乐及是否开启蜂鸣器。同时，穿戴式尿便监测设备记录当前时间，并将其写进内部存储。

3、穿戴式尿便监测设备时钟系统

在软件第一次校对时间后，在无软件端辅助的情况下提供准确时间。

4、循环充电

可将穿戴式尿便监测设备充电系统连接外部电源为锂电池充电，以便系统在使用电池时电量饱满，续航能力持久。

5、低电量提醒

当锂电池电量低于20％时，移动终端收到提醒充电的信息。

6、育儿推送

移动终端首页推送了丰富的育儿资讯，并在联网状态下资讯自动更新。

7、饮水提醒

当装置佩戴者超过7小时未检测到排尿时，移动终端收到穿戴式尿便监测设备发出的警报，提醒用户督促佩戴者喝水。

以上为对本发明实施例提供的可更换式尿便监测系统的功能及其指标进行的详细描述，以下将对本发明实施例提供的可更换式尿便监测系统的测试方案进行详细的描述。

测试方案主要针对传感器正确识别率、无线通讯两方面，具体测试过程如下：

一、传感器识别正确率测试

在测量尿液识别正确率时，我们使用水代替尿液，模拟尿液场景。粪便识别时，我们使尿液传感器处于激发状态，于有粪便的厕所环境中在厕所不断进出以此进行模拟。具体测试结果如表1所示：

表1

识别内容	识别次数	正确次数	正确率
				尿液识别	50	48	96.0％
粪便识别	35	29	82.9％

测试结果分析：在多次检测之后，发现由于一些环境因素，如纸尿裤中水量的多少以及有粪便的厕所中的臭气程度，两者识别率有一定差距。但总体上，识别率在80％以上，测试结果精度较高。

二、充电测试

这里使用硬件对没有电的电池进行充电，并根据指示灯判断充电时间。

具体测试结果如下表2所示：

表2

测试编号	时间(min)
		1	78
2	86
		3	79
4	93
		5	84
6	101
		7	84
8	97
		9	105
10	83
		平均	89

测试结果分析：对无电电池充电的时间为一个半小时左右。

三、待机测试

测试时使用充满电后的电池供电，将开关拨到工作模式，测试待机时间。

具体测试结果如表3所示：

表3

测试编号	待机时间
		1	71h 00m
2	69h 16m
		3	71h 39m
平均	70h 38m

测试结果分析：充满电的电池大概可以待机达到70小时。

四、RTC时钟误差测试

测试时首先校准RTC时钟，并将时间由串口输出到电脑查看，观察误差。

具体测试结果如表4所示：

表4

测试累计时间	26h
		误差	1s

测试结果分析：一天测试时间之后，内置时钟偏离标准时间1秒左右，计时比较准确。

五、无线通讯测试

蓝牙模块作为穿戴式尿便监测设备与移动终端的通讯手段，其信号、传输速度也是十分值得关注。测试时采用电脑串口助手模拟穿戴式尿便监测设备与移动终端的通讯，测试无线网络的信号质量与传输速度，测试环境为空旷直线环境。

在每组测试均重复50次的情况下，具体测试结果如表5所示：

表5

测试结果分析：在25m内蓝牙连接接收成功率都接近100％，可以配对移动终端，而超过35m后蓝牙无法连接移动终端。

由前述可知，本发明提供的可更换式尿便监测系统具有尿便检测功能，能及时将佩戴者的尿便状态发送给看护人并提醒，在婴幼儿抚育方面及老年痴呆病、中风等生活不能自理患者护理方面为看护人提供了强有力的帮助。其特点在于尿便检测灵敏、准确，报警方式简单高效，使用十分便捷。看护人仅需要一台移动终端即可接受到报警。除此之外，本发明提供的可更换式尿便监测系统配套得APP还有健康数据统计、饮水时间提醒、育儿资讯推送等人性化功能。

当下可穿戴设备全面兴起，在日常生活中跑步定位听歌等等活动中使用广泛，令不少商家趋之若鹜。但仍少有真正关怀到弱势群体的，监测佩戴者的个人卫生以及身体健康状态的产品出现。而在婴儿纸尿裤、成人纸尿裤需求旺盛的同时，仍不乏见到看护人对麻烦的不断抱怨。而本发明提供的可更换式尿便监测系统能较好地解决这一难题，市场前景广阔。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可更换式尿便监测系统，其特征在于，包括：

穿戴式尿便监测设备和移动终端，所述穿戴式尿便监测设备通过蓝牙和所述移动终端无线连接；

所述穿戴式尿便监测设备包括单片机模块、传感器模块、供电模块和蓝牙模块；

所述传感器模块包括尿液传感器模块和气体传感器；

所述单片机模块和所述传感器模块、所述供电模块及所述蓝牙模块连接，所述单片机模块用于获取所述尿液传感器和所述气体传感器的实时采集数据，并根据对所述采集数据对应的存在尿液或粪便的处理结果通过所述蓝牙模块发送报警信息至所述移动终端；

所述尿液传感器和所述气体传感器通过数模转换器和所述单片机模块连接。

2.根据权利要求1所述的可更换式尿便监测系统，其特征在于，所述尿液传感器包括尿液传感器、第一导线、第二导线、三极管和两个电阻；

所述第一导线和所述第二导线用于传导由尿液传感器产生的电压信号，并经所述三极管放大所述电压信号。

3.根据权利要求1所述的可更换式尿便监测系统，其特征在于，所述气体传感器包括二氧化锡气敏传感器，用于监测硫化氢气体和/或氨气气体。

4.根据权利要求1所述的可更换式尿便监测系统，其特征在于，所述供电模块包括锂电池、充电IC芯片和升压IC芯片；

所述锂电池用于给所述单片机模块供电；

所述充电IC芯片用于通过升压IC芯片给所述锂电池充电。

5.根据权利要求1所述的可更换式尿便监测系统，其特征在于，所述穿戴式尿便监测设备还包括蜂鸣器；

所述蜂鸣器与所述单片机模块连接，用于接收单片机模块的触发信号，进行蜂鸣提醒。

6.根据权利要求1所述的可更换式尿便监测系统，其特征在于，所述穿戴式尿便监测设备通过2.4～2.5GHz频带的所述蓝牙模块与所述移动终端通信连接。

7.根据权利要求1所述的可更换式尿便监测系统，其特征在于，所述穿戴式尿便监测设备还包括RTC时钟系统，用于给所述单片机模块提供时间。

8.根据权利要求1所述的可更换式尿便监测系统，其特征在于，所述穿戴式尿便监测设备内置于可更换式纸尿裤中。

9.根据权利要求1所述的可更换式尿便监测系统，其特征在于，所述移动终端包括智能手机和/或平板电脑和/或智能手表，用于接收所述穿戴式尿便监测设备发送的报警信息及充电提醒信息。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的可更换式尿便监测系统，其特征在于，所述移动终端，还用于对所述穿戴式尿便监测设备发送的报警信息进行数据统计记录，并将所述数据统计记录以曲线或柱状在自身显示模块进行显示。