CN107049661A - 一种基于水平传感器的上下床监护系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于水平传感器的上下床监护系统和方法通过将多个水平传感器设于上下床时对应的角度敏感区、并根据角度敏感区的特性对应分布排列，以利用多个水平传感器实时检测角度敏感区的倾斜角度变化，接着通过通信模块将所述多个水平传感器检测到的倾斜角度变化发送给处理模块，最终利用处理模块根据所述倾斜角度变化产生控制信号，以根据所述控制信号对上下床动作进行实时监护。通过此种方式，本申请避免将用户的生活起居暴露于摄像头之下，保护用户的隐私权，而且能够解决巡视人员少的缺陷，还能避免造成对用户的进一步伤害，本申请利用较低的成本实现对用户的最优监护。

Description

一种基于水平传感器的上下床监护系统和方法

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，具体涉及一种基于水平传感器的上下床监护系统，还涉及一种基于水平传感器的上下床监护方法。

背景技术

随着中国进入老龄化社会，老人群体急速增加，有跌倒史或者行动不便的老人，在住院时常常会在下床时，因监护不周而跌倒，对老人造成二次伤害，严重危及到老年人的生命安全。

现有解决这种问题的方案主要有三种：一种是采用视频监控，这种方式将老年人在医院内的起居暴露在摄像监控中，对大多数老年人来说，是无法接受的。二是医院采用巡视的方法，加强对病人尤其是老年病人的巡视，及时掌握老人的情况。国家对不同病情等级的患者规定了明确的巡视时间：最高等级的特级监护患者要随时巡视，观察状况，一级护理患者要每小时巡视一次，二级护理患者要求每两小时巡视一次，三级护理患者要求每三小时巡视一次。但是在实际操作中，这种巡视存在一些问题，造成监护人员不能及时的预防老年人跌倒，这些问题包括：一是巡视的人员少，时间短，并非实时陪伴，阻止下床跌倒的概率不高；二是监护人员巡视时，难免打扰到老人休息，这对于本就难以入睡的老人来讲，更是不能忽视的问题，造成了老人对巡视的抵触。而最后一种方式是，在床边安装按钮，老人想起床时，按下按钮，这时便会有监护人员来搀扶老人起床，但多数老年人记忆力并不好，要他/她记住并习惯这种方式，本身也有些为难。

现有技术中，比如申请号CN201610698291.5，基于物联网的老人看护系统，该发明提供一种基于物联网的老人看护系统，包括环境监控单元、视频监控单元监控平台和数据库，环境监控单元通过传感器组实时采集居住环境数据，并通过自组织的无线网络发送给监控平台；视频监控单元通过数字摄像头采集监控视频，并发送监控视频给监控平台；监控平台对居住环境进行实时监控；对监控视频中的运动目标进行识别，在视频监测到运动目标处于摔倒状态时，同时分析智能手环采集的生命体征信息是否发生突变，如发生突变，则确认老人确实处于摔倒状态。在另外一份申请号CN201220138112.X，一种用于医院病房及养老机构老人房烦人求助报警系统，该发明涉及一种用于医院病房及养老机构老人房的求助报警系统，其包括若干按钮组、若干控制器、若干警示灯、若干楼层监控台、若干网络分配器、一总台以及一服务器；其中，所述每组按钮组以及一警示灯分别连接至一控制器上；每一控制器连接至一楼层监控台上；每一楼层监控台连接至一网络分配器上；所述若干网络分配器并联连接至所述总台；所述总台与服务器连接。

但是，上述现有技术明显存在如下几点问题和不足：

1)将老人的生活起居暴露于摄像头之下，虽然能达到实时监护的目的，但是严重侵犯了老人的隐私权，给老人带来较大的心理角度，社会争议较大；

2)巡视人员少，且也并不是实时监护到，依然存在很大的隐患，使老人起床时因无人搀扶而发生跌倒；

3)使用按钮进行求助报警，需要培养老人养成下床按按钮的习惯，这对于老人，尤其是有过疾病史的老人来讲，有些为难之处。而且，求助按钮通常是设置在床头或者床的上方，老人需要撑起身体才能够到，这对老人来说又是一种考验，甚至还会因此而产生扭伤等危险。

因此，在本技术领域中，亟需提供一种新的监护系统。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于水平传感器的上下床监护系统和方法，以避免对需监护的人员进行长期监控、或防止监护不到位等而对用户造成伤害等突发情况。

一种基于水平传感器的上下床监护系统，所述监护系统包括多个水平传感器、通信模块和处理模块：

所述多个水平传感器，设于上下床时对应的角度敏感区、并根据角度敏感区的特性对应分布排列，用于实时检测角度敏感区的倾斜角度变化；

所述通信模块，用于将所述多个水平传感器检测到的倾斜角度变化发送给所述处理模块；

所述处理模块，用于根据所述倾斜角度变化产生控制信号，以根据所述控制信号对上下床动作进行实时监护。

一种基于水平传感器的上下床监护方法，所述监护方法采用上述的监护系统，用于对老弱病残孕的用户进行上下床动作的实时监护。

本申请上述基于水平传感器的上下床监护系统和方法，通过将多个水平传感器设于上下床时对应的角度敏感区、并根据角度敏感区的特性对应分布排列，以利用多个水平传感器实时检测角度敏感区的倾斜角度变化，接着通过通信模块将所述多个水平传感器检测到的倾斜角度变化发送给处理模块，最终利用处理模块根据所述倾斜角度变化产生控制信号，以根据所述控制信号对上下床动作进行实时监护。通过此种方式，本申请避免将用户的生活起居暴露于摄像头之下，保护用户的隐私权，而且能够解决巡视人员少的缺陷，还能避免造成对用户的进一步伤害，本申请利用较低的成本实现对用户的最优监护。

附图说明

图1为一实施例中基于水平传感器的上下床监护系统的结构示意图，其中，显示了具体的设置位置并显示了其中包含具体数值的示例；

图2为图1实施例中水平传感器与床垫之间配合方式的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1为一实施例中基于水平传感器的上下床监护系统的结构示意图，其中，显示了具体的设置位置并显示了其中包含具体数值的示例。

如图1所示，本申请提供一种上下床监护系统，所述监护系统包括多个水平传感器10、通信模块(图未示)和处理模块11，其中，处理模块11为图1中的CPU，与CPU连接的多个示例圆形即为多个水平传感器10，此外还可以包括电源模块等，在此不作显示。

其中，所述多个水平传感器10可以设于上下床时对应的角度敏感区(图1中101所示矩形区域)、并根据角度敏感区101的特性对应分布排列，用于实时检测角度敏感区101的倾斜角度变化。

需要特别说明的是，本实施例提及的角度敏感区101的特性，主要是针对用户在上下床时，对床或床垫等施加压力最大、而导致发生倾斜角度变化最大的敏感区域，比如由于用户上下床姿势的不一致性，如有些会在床中间坐起，再用双手撑住，挪移到床边，进行下床动作，而有些会侧身移动到床边，再坐起，再进行下床动作；而有些则会平躺着挪移到床边，双脚先着地，再侧身站起；但是，无论是哪一种起床的动作情形，用户的大腿侧等压力最大的部位，都会压住床垫的边缘，且靠近正常睡眠时的臀部附近区域，因此，角度敏感区101的特性就是该区域受压最大、最容易发生形变而导致倾斜角度变化，本实施例将水平传感器10设于该区域并根据该区域的特性进行分布排列，能够在使用最少的水平传感器10的情况下，利用较低的成本，获得高度准备的检测结果。

在本实施例中，所述通信模块可以用于将所述多个水平传感器10检测到的倾斜角度变化发送给所述处理模块11。

接着，所述处理模块11可以用于根据所述倾斜角度变化产生控制信号，以根据所述控制信号对上下床动作进行实时监护。

其中，本实施例的所述通信模块可以为蓝牙模块或串行外设接口SPI。

优选地，所述监护系统还包括床垫，多个水平传感器10可以分布于距离所述床垫的床头0.9米～1.2米的所述角度敏感区内。其中，图1所示的床垫中，为床垫的俯视图，其中俯视图的上方为床头、下方为床尾，两侧为可供用户上下床垫的侧边，优选地，本实施例的床垫采用比较通用的比例尺寸，即长度为2m(米)、宽度为1m，高度可以为10cm(厘米)。具体而言，本实施例的所述床垫为弹簧床垫，且其垫芯由弹簧组成，以棉布装成袋，并以胶黏合方式密合制得。

不难理解的是，本实施例的上述多个水平传感器10、通信模块和处理模块11均可以直接设置于床垫上。

在其他实施例中，所述监护系统还可以包括存储器(图未示)，所述处理模块11还可以用于采用机器学习的方式提取倾斜角度变化的电信号，对上下床动作进行循环学习，将反馈结果的样本存为特征库；所述存储器，用于存储与上下床动作对应的所述特征库。

具体而言，所述处理模块11还用于对所述电信号的数据信号进行预处理、并进行特征提取和数据清洗，将提取和清洗后的数据投射到二维平面后使用K近邻算法进行分类决策，并分析其与特征库中的样本距离，根据分类结果和距离将新旧样本中匹配度最低的样本剔除，以更新所述特征库。

需要特别说明的是，所述处理模块11具体可以包括依序连接的滤波模块、放大模块和数据处理模块，用于对所述多个水平传感器10检测到的所述倾斜角度变化中的电信号进行滤波、放大以及数据预处理。

其中，所述数据处理模块可以为STM32单片机(STM32为嵌入式应用内核)，所述监护系统还可以包括报警模块，所述STM32单片机可以将所述控制信号通过通讯方式发送给所述报警模块以进行实时监护。通过这种方式，可以获得更高性能、而低成本和低功耗。在本实施例中，报警模块可以为监控中心的报警灯、蜂鸣器等等，此外，还可以包括监护人员安排模块，以在报警模块发生报警后，通过监护人员安排模块安排人员进行实时跟进处理。

其中，所述STM32单片机可以将所述控制信号通过IIC或SPI通讯方式发送给所述报警模块。

需要说明的是，本实施例所述STM32单片机将对滤波、放大后输入的数字信号进行处理，将时间段Ts内输入数据的方差Variance与预设阈值THVariance进行比较，公式如下：

s(D)＝1，if(Variance>THVariance)

s(D)＝0，if(Variance≤THVariance)

其中，本实施例优选地设置Ts为0.5秒，若s(D)＝1，则判断为上下床动作，通过这种方式，可以最大限度地进行周期监测判断，避免遗漏。值得注意的是，所述STM32单片机可以利用自带的AD(模数)转换模块对放大后的模拟信号进行处理而得到数字信号。

请结合图2所示，所述床垫包括用于与用户接触的上盖毯12，所述多个水平传感器10为柔性水平传感器，在柔性水平传感器的四周缝合柔性绝缘材质，并缝合到所述上盖毯的下表面。

下面结合具体的实例对本申请进行描述，如图1所示。

本实例设计一种可嵌入柔性水平传感器10的床垫，多个水平传感器10的其中三个水平传感器10，在靠近床垫的侧边0.05米处，沿距离所述床垫的床头0.9米～1.2米的方向每隔0.10米进行嵌入设置。此种方式针对只有一边方便上下床的情况。

针对两侧边都方便上下床的情况，水平传感器10可以为六个，另外三个水平传感器10在靠近床垫的另一侧边0.05米处，沿距离所述床垫的床头0.9米～1.2米的方向每隔0.10米进行嵌入设置，以在所述床垫的两侧边形成对称分布(如图1所示示例)。

在具体的工作过程中，可以通过电源对依序连接的水平传感器10、滤波模块、放大模块、STM32单片机(包括AD转换模块和数据处理模块)、报警模块、通信模块等进行供电，可以通过通信模块连接监控中心、并最终根据结果派出护工执行监护工作。

不难看出，本实施例与以往的监护方式相比，使用该床垫不需要侵犯到用户的隐私，也不会打扰到用户休息，更不需要改变用户的习惯。其次，方案可行性高，本申请的设备采用的是嵌入床垫里的水平传感器10，不会造成老人任何的不舒适感，还与滤波模块、放大模块、判断及报警模块等相结合，能及时的向比如监控中心反映用户的上下床活动。本实施例系统成本低，易推广，而且只需要在床垫长边边缘嵌入水平传感器等检测模块，具有经济优势。

本申请还提供一种基于水平传感器的上下床监护方法，所述监护方法可以采用上述实施例任一所述的监护系统，具体而言，本实施例的上下床监护方法用可以于对老弱病残孕的用户进行上下床动作的实时监护。

其中，本实施例的上下床监护方法整体方法流程可以包括：水平传感器检测倾斜角度变化，接着通过滤波和放大处理，然后对处理后的电信号进行处理，从而进行上下床动作识别，最终输出监护结果。

总而言之，本申请可以针对行动不便的老人在下床时容易跌倒的情况而设计，该方法在床垫两侧边缘嵌入了水平传感器，在老人下床时进行准确监护。同时，该床垫的水平传感器嵌入方式方便易操作，成本很低，十分有利于推广与应用。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述系统对应的方法，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理模块(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于水平传感器的上下床监护系统，其特征在于，所述监护系统包括多个水平传感器、通信模块和处理模块：

所述多个水平传感器，设于上下床时对应的角度敏感区、并根据角度敏感区的特性对应分布排列，用于实时检测角度敏感区的倾斜角度变化；

所述通信模块，用于将所述多个水平传感器检测到的倾斜角度变化发送给所述处理模块；

所述处理模块，用于根据所述倾斜角度变化产生控制信号，以根据所述控制信号对上下床动作进行实时监护。

2.根据权利要求1所述的监护系统，其特征在于，所述监护系统还包括床垫，多个水平传感器分布于距离所述床垫的床头0.9米～1.2米的所述角度敏感区内。

3.根据权利要求2所述的监护系统，其特征在于，所述床垫为弹簧床垫，且其垫芯由弹簧组成，以棉布装成袋，并以胶黏合方式密合制得；

多个水平传感器的其中三个水平传感器，在靠近床垫的侧边0.05米处，沿距离所述床垫的床头0.9米～1.2米的方向每隔0.10米进行嵌入设置。

4.根据权利要求3所述的监护系统，其特征在于，水平传感器为六个，另外三个水平传感器在靠近床垫的另一侧边0.05米处，沿距离所述床垫的床头0.9米～1.2米的方向每隔0.10米进行嵌入设置，以在所述床垫的两侧边形成对称分布。

5.根据权利要求1所述的监护系统，其特征在于，所述处理模块具体包括依序连接的滤波模块、放大模块和数据处理模块，用于对所述多个水平传感器检测到的所述倾斜角度变化中的电信号进行滤波、放大以及数据预处理。

6.根据权利要求5所述的监护系统，其特征在于，所述数据处理模块为STM32单片机，所述监护系统还包括报警模块，所述STM32单片机将所述控制信号通过通讯方式发送给所述报警模块以进行实时监护。

7.根据权利要求6所述的监护系统，其特征在于，所述STM32单片机将对滤波、放大后输入的数字信号进行处理，将时间段Ts内输入数据的方差Variance与预设阈值THVariance进行比较，公式如下：

s(D)＝1，if(Variance>THVariance)

s(D)＝0，if(Variance≤THVariance)

其中，设置Ts为0.5秒，若s(D)＝1，则判断为上下床动作。

8.根据权利要求2～4任一项所述的监护系统，其特征在于，所述床垫包括用于与用户接触的上盖毯，所述多个水平传感器为柔性水平传感器，在柔性水平传感器的四周缝合柔性绝缘材质，并缝合到所述上盖毯的下表面。

9.根据权利要求6所述的监护系统，其特征在于，所述通信模块为蓝牙模块，所述STM32单片机将所述控制信号通过IIC或SPI通讯方式发送给所述报警模块。

10.一种基于水平传感器的上下床监护方法，其特征在于，所述监护方法采用根据权利要求1-9任一项所述的监护系统，用于对老弱病残孕的用户进行上下床动作的实时监护。