CN106983602A - 一种纸尿裤智能报警装置及方法 - Google Patents

Abstract

纸尿裤是一次性使用的纸类尿失禁用品，主要适用于失禁人群、婴儿使用的一种抛弃式尿裤。由于某些纸尿裤外侧有一层防水的膜，导致通过检测纸尿裤外侧温度、湿度的外置式纸尿裤报警器不适用。为此，本发明提出一种纸尿裤智能报警装置及方法，通过水分含量传感器隔空检测纸尿裤内部的“含水率”，判断纸尿裤是否尿湿。结合温度传感器，通过检测纸尿裤的温度，判断纸尿裤是否处于人体佩戴状态，提高了检测准确度。本发明所述的纸尿裤智能报警装置，包括数据采集端和报警端，数据采集端通过无线传输方式把采集到的传感器数据传到报警端；报警端首先判断纸尿裤是否佩戴于人体，然后再判断是否尿湿，通过声音提示报警。

Description

一种纸尿裤智能报警装置及方法

技术领域

本发明设计纸尿裤技术领域，尤其涉及一种纸尿裤智能报装置及方法。

背景技术

现在市场上已经出现了针对婴儿的纸尿裤智能贴片产品，他们利用婴儿尿尿时，会引起环境温湿度变化的原理，通过检测纸尿裤的温度和湿度变化，来判断纸尿裤是否尿湿。由于成人纸尿裤外侧有一层不透气的保护膜，阻止水汽透过纸尿裤，因而现有的产品不能适用。

为此，本发明公开一种纸尿裤智能报警装置及方法。可适用于各种形式的纸尿裤。

发明内容

本发明主要解决的是，现有产品利用温度、湿度检测纸尿裤是否尿湿，对于不透气的纸尿裤，便不能正常报警的问题。公开了一种纸尿裤智能报警装置及其方法。

本发明所述的智能报警装置，包括数据采集端、报警端。其中数据采集端由温度传感器、湿度传感器、水分含量传感器、电源、以及带无线传输模块的处理器组成，其中温度传感器和湿度传感器检测到的是纸尿裤外侧的温度和湿度，水分传感器检测到的是纸尿裤内部的含水量。报警端为用于分析数据和提示报警的手机APP。

数据采集端为一个贴片形式的硬件，有硬质塑料外壳，并由魔术贴将其贴在纸尿裤外侧。数据采集端采集了纸尿裤外侧的温度、相对湿度、纸尿裤内的水分含量、当前电路电量信息，通过无线模块发送到报警端。为了延长工作时间，在不采集数据时，处理器进入低功耗的深度睡眠模式，等待时钟唤醒。数据采集端的处理步骤如下：

S01:初始化传感器，并检测传感器的正确性，如果传感器启动失败，一直亮红灯，提示硬件错误，否则进入步骤S02。

S02:进入低功耗模式，等待报警端的无线连接信号，当收到连接信号时，进入步骤S03。

S03:采集实时温度、湿度、水分含量传感器数据，并将数据通过无线传输到报警端，进入步骤S04。

S04:进入低功耗模式，等待时钟信号或无线信号唤醒，进入步骤S05。

S05:判断无线信号是否连接正常，正常则进入步骤S03，否则进入步骤S06。

S06:采集温度、湿度、水分含量传感器数据，并将数据存储，进入步骤S07。

S07:进入低功耗模式，等待时钟或是无线信号唤醒，进入S08。

S08:判断无线信号是否连接正常，如果依然没有连接，则进入S06，否则进入S09。

S09:将本地存储的离线数据，发送到报警端，然后进入S03。

水分含量传感器为一个自制的导电极片，贴于纸尿裤外侧，对于干燥的纸尿裤和尿湿的纸尿裤，导电极片的容量值有明显的区别，可用于判断纸尿裤当前的状态。

报警端接收数据采集端的无线数据，并对数据进行分析，识别当前纸尿裤的状态，如果纸尿裤处于尿湿的状态，则报警提示监护人员，及时更换纸尿裤。报警端的数据处理流程如下：

S11:扫描硬件，发现周围可连接的硬件。

S12:如果扫描到上次无线断开时候的所连接的硬件，则自动连接，否则等待用户指定要连接的硬件，进入步骤S13。

S13:连接硬件，如果连接成功，则进入步骤S14，连接失败，进入步骤S11。

S14:等待数据采集端发送数据，如果无线连接断开，则进入步骤S11；如果接收到了数据，则进入步骤S15。

S15:根据温度判断硬件是否贴于已经穿戴的纸尿裤外侧，如果是，则进入步骤S16，否则进入步骤S14。

S16:根据温度、湿度、水分含量数据，判断当前纸尿裤是否已经尿湿，如果是，则进入步骤S17，否则进入步骤S14。

S17:报警提示监护人员纸尿裤已经尿湿，进入步骤S14。

报警端的佩戴检测利用温度进行判断。通过学习之前的历史数据，将温度分成两类，温度高的一类为佩戴到人体的温度数据，温度低的一类为未佩戴到人体时的温度数据。其判断方法如下：假设未佩戴到人体时，检测到的平均温度为U_l，方差为∑_l，未佩戴的概率为P_l；佩戴到人体时，检测到的平均温度是U_h，方差为∑_h，佩戴的概率为P_h。记历史温度数据为[T₁ T₂ L T_m]。

S21:初始化数据；令U_l＝23，∑_l＝5，P_l＝0.4；U_h＝30，∑_h＝5，P_h＝0.6。

S22:计算每一个温度点为佩戴在人体的概率

未佩戴的概率为

S23:更新参数：

如果更新后的参数U_l、∑_l、P_l、U_h、∑_h、P_h与更新前相比，有变化则转到步骤S22，否则转

到步骤S24。

S24:根据当前点的问题T以及参数U_l、∑_l、P_l、U_h、∑_h、P_h，计算处于佩戴状态的概率w_h，如果w_h概率大于0.5，则表示当前状态是处于佩戴状态，反之则是处于未佩戴状态。

利用温度T、相对湿度RH、水分含量C，判断纸尿裤是否处于尿湿；设置温度、相对湿度、水分含量的权重因子分别为w_T,w_RH,w_C；令T_h＝U_h，计算尿湿可能性K，如果K大于设置门限，则表示已经纸尿裤尿湿，需要提示报警。其中K的计算方式如下：

K＝w_T×(T-T_h)+w_RH×(RH-80)/20+w_C×C

附图说明

图1是纸尿裤智能报警装置功能模块示意图。

图2是数据采集端控制器处理流程图。

图3是报警端控制器处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。以下所述不作为对本发明的限制。

实施例

结合图1，本发明专利所述纸尿裤智能报警器装置由数据采集端101、报警端102两部分组成；数据采集端101包括水分含量传感器、温度传感器、湿度传感器、电源控制电路、无线信号发射电路和主控处理器。报警端102由无线数据接收模块、数据分析模块和报警模块组成。本发明所述的数据采集端101，为贴片形式，通过魔术贴可贴于纸尿裤外侧。数据采集端101电路有塑料硬质外壳。

结合图2，数据采集端101在报警端102连接之后，开始数据的采集。当无线处于连接状态时，处理器时钟每隔20秒唤醒一次处理器，处理器采集所有传感器的数据并通过无线传到报警端102，再次进入休眠状态；当无线处于未连接状态，处理器每隔60秒唤醒一次处理器，处理器采集所有传感器的数据并保存到本地，再次进入睡眠状态，等待下一次无线连接成功时，将本地保存的数据，一起传输到报警端102。

结合图3，报警端102的APP开启之后，首先将采集端101放置于成人纸尿裤外侧，报警端102尝试无线连接数据采集端101，再连接上之后，接收数据，首先进行佩戴判断，再进行纸尿裤是否处于尿湿状态的报警判断。

本发明所述的佩戴判断，先对历史温度数据进行学习，设佩戴时的平均温度为U_h、温度波动的方差为Σ_h，佩戴的概率为P_h；未佩戴时的平均温度为U_l、温度波动的方差为Σ_l，佩戴的概率为P_l。

报警端102本地存储有历史温度数据列表如下：

首先初始化数据；令U_l＝23，∑_l＝5，P_l＝0.4；U_h＝30，∑_h＝5，P_h＝0.6。

然后计算每一个历史温度数据的佩戴概率

利用每一个历史点的佩戴和未佩戴概率，更新参数U_l＝21.833、∑_l＝4.019、P_l＝0.45、U_h＝30.482、∑_h＝2.8055、P_h＝0.55。参数的值有变化，则利用新的参数，再次计算每一个历史点的佩戴概率和未佩戴概率，更新参数，直到参数不再变化。依次得到的参数如下

第二次迭代：U_l＝21.822、∑_l＝3.709、P_l＝0.4433、U_h＝30.556、∑_h＝2.3141、P_h＝0.5567。

第三次迭代：U_l＝21.866、∑_l＝3.866、P_l＝0.4581、U_h＝30.596、∑_h＝2.1626、P_h＝0.5419。

第四次迭代：U_l＝21.919、∑_l＝4.079、P_l＝0.4631、U_h＝30.632、∑_h＝2.0373、P_h＝0.5369。

第五次迭代：U_l＝21.975、∑_l＝4.3142、P_l＝0.4685、U_h＝30.670、∑_h＝1.9105、P_h＝0.5315。

第六次迭代：U_l＝22.037、∑_l＝4.5748、P_l＝0.4743、U_h＝30.710、∑_h＝1.7784、P_h＝0.5257。

第七次迭代：U_l＝22.106、∑_l＝4.8666、P_l＝0.4807、U_h＝30.754、∑_h＝1.6396、P_h＝0.5193。

第八次迭代：U_l＝22.183、∑_l＝5.1970、P_l＝0.4878、U_h＝30.801、∑_h＝1.4937、P_h＝0.5122。

第九次迭代：U_l＝22.269、∑_l＝5.5753、P_l＝0.4958、U_h＝30.853、∑_h＝1.3403、P_h＝0.5042。

…

第十九次迭代：U_l＝23.949、∑_l＝13.746、P_l＝0.648、U_h＝31.479、∑_h＝0.0532、P_h＝0.352。

第二十次迭代：U_l＝23.949、∑_l＝13.746、P_l＝0.648、U_h＝31.479、∑_h＝0.0532、P_h＝0.352；迭代停止。

接收到数据温度T＝31.3度，相对湿度RH＝90％，水分含量C＝60％；根据当前温度以及学习历史数据得到的参数U_l、∑_l、P_l、U_h、∑_h、P_h，计算出当前处于佩戴状态下的概率w_h＝0.979，w_h大于0.5，则表明当前纸尿裤处于佩戴状态，将继续判断纸尿裤是否尿湿，否则等待下一次的数据。

报警端102在当前纸尿裤处于佩戴状态时，判断当前纸尿裤是否处于尿湿状态。应用于成人纸尿裤时，设温度、相对湿度、水分含量的权重因子分别为w_T＝0.2,w_RH＝0.5,w_C＝1；应用于婴儿纸尿裤时，设温度、相对湿度、水分含量的权重因子分别为w_T＝0.2,w_RH＝1,w_C＝0.5；根据当前的温度T，相对湿度RH，水分含量C，计算相对于成人纸尿裤的参数K＝w_T×(T-T_h)+w_RH×(RH-80)/20+w_C×C＝0.2*(31.3-31.479)+0.5*(90-80)/20+1*0.6＝0.814。设置报警门限为0.6，K超过了0.6，则报警提示。

以上所述是本发明的部分实施方式，应当指出，对于技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可以做出若干改进和修饰，也应当视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种纸尿裤智能报警装置，由数据采集端和报警端两部分组成；其中数据采集端包括用于检测纸尿裤外侧空气温度的温度传感器，用于检测纸尿裤外侧空气湿度的湿度传感器，用于检测纸尿裤内部水分含量的水分含量传感器以及带无线传输功能的处理器；报警端为手机应用软件，包括数据接收模块，数据分析模块和报警提示模块三部分；其特征在于，所述的数据采集端，为贴片形式，可通过魔术贴、胶带，贴于纸尿裤外侧。

2.应用权利要求1所述的一种纸尿裤智能报警装置的报警方法，其特征在于，首先判断采集端是否贴于佩戴的纸尿裤上，然后在判断是否处于尿湿状态，避免了未佩戴时的误判，提高了判断准确度。

3.根据权利要求2所述的报警方法，其特征在于，数据分析模块利用温度数据判断是否处于佩戴状态。

4.根据权利要求3所述的报警方法，其特征在于，数据分析模块利用历史温度数据，进行无监督自学习，将数据分成佩戴和未佩戴的两类，并得到佩戴时的平均温度U_h、温度波动的方差Σ_h、佩戴的概率P_h，未佩戴时的平均温度U_l、温度波动的方差Σ_l、未佩戴的概率P_l。

5.根据权利要求4所述的报警方法，其特征在于，数据分析模块利用当前温度T，计算处于佩戴的概率w_h，计算方式如下：

$w_h=\frac{p\left(T\right|U_h,{\mathrm{\Σ}}_h)\×P_h}{p\left(T\right|U_h,{\mathrm{\Σ}}_h)\×P_h+p\left(T\right|U_l,{\mathrm{\Σ}}_l)\×P_l}$

$P\left(T\right|U,\mathrm{\Σ})=1/\sqrt{2\mathrm{\π}\mathrm{\Σ}}\exp (-{\left(T-U\right)}^2/2\mathrm{\Σ})$

根据当前点处于佩戴状态的概率值，判断是否处于佩戴状态。

6.根据权利要求1所述的一种纸尿裤智能报警装置，其特征在于，引入了纸尿裤内部水分含量去判断纸尿裤的状态。

7.根据权利要求1所述的一种纸尿裤智能报警装置，其特征在于，数据采集端间隔固定时间采集一次传感器数据，无线处于连接状态时，数据采集间隔为0.1～300秒；无线处于离线状态时，数据采集间隔为0.1～600秒。

8.根据权利要求1所述的一种纸尿裤智能报警装置，其特征在于，报警端利用相对湿度、温度、水分含量三个传感器的数据，每个传感器对应一个权重因子，计算出纸尿裤尿湿的可能性K，

K＝w_T×(T-T_h)+w_RH×(RH-80)/20+w_C×C

利用K值得大小，去判断纸尿裤的状态。

9.根据权利要求8所述的一种纸尿裤智能报警装置，其特征在于，权重因子根据用户使用的纸尿裤类型修改系数，以适应使用场景；如应用于无防水膜纸尿裤时，相对湿度的权重应小于水分含量的权重；应用于不透气纸尿裤时，水分含量的权重大于相对湿度的权重。

10.根据权利要求1所述的一种纸尿裤智能报警装置，其特征在于，报警端在启动时自动扫描周围的数据采集端，发现数据采集端会自动连接。