CN107854221A - 一种具有多感应点的可联网智能尿布及其监测方法 - Google Patents

一种具有多感应点的可联网智能尿布及其监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有多感应点的可联网智能尿布及其监测方法。本发明采用复用单元采集检测电极对间的电阻值，复用单元的信号处理电路采用由模拟运算放大器构成的预处理电路，预处理电路的输入信号与输出信号呈函数关系，能够根据电阻值在一段时间内的变化判断是否排便，并判断排便为大便还是小便；并且将多组检测电极在镂空的基底上设置，放置在尿布的表面和内侧，多组感应电极沿着尿布中轴线从前至后分布；本发明采用镂空的基底，实现了电极片的透气性，有助于尿布对大小便的快速吸收，也有利于提高婴儿的舒适度；具有大小便区分能力，可以针对大便和小便的不同实现不同的功能提示。

Description

一种具有多感应点的可联网智能尿布及其监测方法
技术领域
本发明涉及智能尿布，具体涉及一种具有多感应点的可联网智能尿布及其监测方法。
背景技术
由于传统尿布更换频繁，清洗量很大，稍不注意，宝宝的皮肤就容易浸泡在尿渍和便渍中，清洗和晾晒条件不好，容易滋生细菌。一次性的纸尿裤应世而生，越来越受到年轻父母的喜爱。很多时候，大人们因为疏忽或者其他缘故，会经常忘记给宝宝换纸尿裤，这些因素都会危害到宝宝的健康。智能化的纸尿裤更迎合了市场的需求。
现有的智能尿布采用在感应区域放置一对有一定距离的感应电极，通过检测感应电极的电阻值是否在设定阈值范围内判断是否有排便，原理类似雨滴传感器。感应电极电阻值变化意味着电极环境的湿度变化，所以有另一种湿度检测方式是直接采用湿度传感器，用湿度传感器结合温度变化检测是否有排便。但是，现有的这种方法只能检测到有无排便，无法对排便量进行分析；并且没有大小便的分辨能力，如果婴儿只排大便可能会检测不到；湿度传感器结合温度传感器方式容易产生误报或漏报。而且，感应电极设置在一整块基底上，透气性差，对宝宝的皮肤造成很大的伤害。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种具有多感应点的可联网智能尿布及其监测方法，采用多个感应区域，对有无排便采用模拟量进行准确判断，并具有大小便分辩能力。
本发明的一个目的在于提出一种具有多感应点的可联网智能尿布。
本发明的具有多感应点的可联网智能尿布包括：基底、多组感应电极以及复用单元；其中，在基底的表面从前至后均匀分布或根据需要非均匀分布多组检测电极构成传感结构；每一组检测电极包括两个独立的感应电极；传感结构设置在尿布贴着皮肤的表面，多组检测电极沿着尿布中轴线从前至后分布；在多组检测电极的表面平铺绝缘透水表层；每一个感应电极分别通过导线连接至复用单元；复用单元选择每两个感应电极构成一个检测电极对，每一个检测电极对连接至复用单元的一个单独的信道；复用单元设置在尿布的表面面向婴儿腹部且不影响婴儿活动的位置；复用单元包括切换电路、信号处理电路、A/D转换器、处理器和通信电路；每一个感应电极分别通过导线连接至复用单元的切换电路；处理器选择每一组检测电极中的两个感应电极构成一个检测电极对，处理器控制切换电路，将同一组中的两个感应电极连接至复用单元的信号处理电路的一个独立的信道；或者，处理器选择每相邻的两组检测电极中，各取一个感应电极，构成一个检测电极对，处理器控制切换电路，将相邻的两组检测电极中相应的两个感应电极连接至复用单元的信号处理电路的一个独立的信道；当有排便时，一个检测电极对中的两个感应电极间的电阻值发生改变，信号处理电路采用由模拟运算放大器构成的预处理电路，预处理电路的输入信号与输出信号呈比例、对数或指数的函数关系，预处理电路的输出信号传输至A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，传输至处理器；处理器根据A/D转换器的数字信号值通过计算得到电阻值，判断是否排便，并根据电阻值在一段时间内的变化情况，判断是大便还是小便；处理器连接至通信电路，通信电路将结果输送至外部设备。
基底不连续，在各个感应电极之间基底具有空隙，形成镂空或条状结构。基底镂空的尺寸在0.1～40mm之间；多组检测电极采用光刻、压接、印刷或者腐蚀的方式制备在基底上。
复用单元为小巧轻薄的形状，切换电路、信号处理电路、A/D转换器、处理器和通信电路集成在一块高密度的电路板上，在电路板外面套有外壳。
外部设备为手机或者中继器；复用单元通过蓝牙方式与手机或者中继器连接，或者复用单元通过Zigbee、6LowPAN或Lora等无线连接技术与中继器连接，手机或中继器再通过无线保真WIFI或者移动网络接入互联网；或者复用单元直接通过WIFI、基于蜂窝的窄带物联网NB-IoT的方式接入互联网。通过网络，监护人远程查询婴儿的各种相关信息，了解婴儿的实时情况。
复用单元的位置尽量不影响婴儿的舒适度，安装在正对婴儿肚子的尿布上，当尿布佩戴后复用单元被夹在尿布和婴儿肚子中间，这种安装方式是为了可以测量婴儿的呼吸频率、体温、血氧饱和度和心率等监测功能。
绝缘透水表层的材料采用棉质材料。
传感结构外设在尿布的表面，或者内置在尿布内；在外设的方式中，传感结构的基底设置在尿布贴合皮肤的表面，多组检测电极分别向外朝向皮肤和向内朝向尿布，在多组感应电极的表面铺设绝缘透水表层；在内置的方式中，在尿布的导流层中设置传感结构，多组感应电极朝向皮肤，在导流层上的多组感应电极的表面设置绝缘透水表层。
本发明的多组检测电极可以针对男女宝宝的不同，设计不同的排列方式。为男宝宝设计为靠前的位置检测电极的密度高一些，这样可以更灵敏的监测到小量的排尿，中部和后部的位置设计的检测电极的密度低一些，在保证不会漏报的情况下节省材料降低成本和设计难度。同样道理，为女宝宝设计成两端的检测电极的密度低，而中间位置的密度高。
另外，检测电极的疏密程度直接关系到触发报警的小便尿量的下限。较密集的电极可以有更好的灵敏度，但是会带来连线过多的问题；较稀疏的电极可以减少连线数量，但是小便尿量过少的时候可能会漏报。因此，电极采用非均匀分布的排列方式，可以达到使用较少的连线数量的同时又具有较高的排便检测灵敏度。
本发明的另一个目的在于提供一种具有多感应点的可联网智能尿布的监测方法。
本发明的具有多感应点的可联网智能尿布的监测方法，包括以下步骤：
1)在基底的表面从前至后均匀分布或根据需要非均匀分布多组检测电极构成传感结构，每一组检测电极包括两个独立的感应电极，传感结构设置在尿布贴着皮肤的表面，多组检测电极沿着尿布中轴线从前至后分布，在多组检测电极的表面平铺绝缘透水表层；每一个感应电极分别通过导线连接至复用单元的切换电路；
2)将复用单元设置在尿布的表面面向婴儿腹部且不影响婴儿活动的位置；
3)复用单元的处理器选择每一组检测电极中的两个感应电极构成一个检测电极对，处理器控制切换电路，将同一组中的两个感应电极连接至复用单元的信号处理电路的一个独立的信道；或者，处理器选择每相邻的两组检测电极中，各取一个感应电极，构成一个检测电极对，处理器控制切换电路，将相邻的两组检测电极中相应的两个感应电极连接至复用单元的信号处理电路的一个独立的信道；
4)当有排便时，同一个检测电极对中的两个感应电极间的电阻值发生改变，信号处理电路采用由模拟运算放大器构成的预处理电路，预处理电路的输入信号与输出信号呈比例、对数或指数的函数关系，预处理电路的输出信号传输至A/D转换器；
5)A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，传输至处理器；
6)处理器根据A/D转换器的数字信号值通过计算得到电阻值，以及在电阻值一段时间内的变化情况，判断是否排便以及是大便还是小便；
7)处理器连接至通信电路，通信电路将结果输送至外部设备。
其中，在步骤6)中，处理器判断是否排便以及是大便还是小便，具体包括以下步骤：
a)处理器连续记录一个检测电极对的两个感应电极间在一段时间内的电阻值数据，一段时间为1s～10min；
b)找出这段时间内电阻值数据的最大值、最小值、平均值和均方根值，作为参考数据；
c)选择一个时间窗口用于排便判断，并找出时间窗口内电阻值数据的的最大值和最小值，时间窗口为1～10秒；
d)根据时间窗口内的最大值和最小值计算斜率，从而得到电阻值的变化率；
e)根据电阻值的变化率判断是否排便，如果变化率超过排便阈值，则判断为排便，如果变化率未超过阈值，则判断为未排便；
f)根据电阻值在不同电阻值域保持的时间，判断是大便还是小便，如果保持时间超过大便阈值，则判断为大便，否则为小便。
其中，在步骤e)中，排便阈值为A/D转换器总量程的10％～30％。
在步骤f)中，大便阈值为30s～30min。
本发明的优点：
本发明采用复用单元采集检测电极对间的电阻值，复用单元的信号处理电路采用由模拟运算放大器构成的预处理电路，预处理电路的输入信号与输出信号呈函数关系，能够根据电阻值在一段时间内的变化判断是否排便，并判断排便为大便还是小便；并且将多组检测电极在镂空的基底上设置，放置在尿布的表面和内侧，多组感应电极沿着尿布中轴线从前至后分布；本发明采用镂空的基底，实现了电极片的透气性，有助于尿布对大小便的快速吸收，也有利于提高婴儿的舒适度；具有大小便区分能力，可以针对大便和小便的不同实现不同的功能提示。
附图说明
图1为本发明的具有多感应点的可联网智能尿布的结构框图；
图2为本发明的具有多感应点的可联网智能尿布的多组检测电极的示意图，其中，(a)为实施例一的多组检测电极的示意图，(b)为实施例二的多组检测电极的示意图，(c)为实施例三的多组检测电极的示意图；
图3为本发明的具有多感应点的可联网智能尿布的监测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例一
本实施例中，一组检测电极包括两个相互独立的感应电极。
如图1所示，本实施例的具有多感应点的可联网智能尿布包括：基底、多组检测电极以及复用单元；其中，在基底的表面从前至后均匀分布多组检测电极构成传感结构；基底不连续，在各个感应电极之间基底具有空隙，形成镂空或条状结构；传感结构设置在尿布贴着皮肤的表面，多组检测电极沿着尿布中轴线从前至后均匀分布；在多组检测电极的表面平铺绝缘透水表层；每一组检测电极分别通过导线连接至复用单元的一个单独的信道。
复用单元包括切换电路、信号处理电路、A/D转换器、处理器和通信电路。信号处理电路采用由模拟运算放大器构成的预处理电路。
复用单元为小巧轻薄的形状，采用高密度互连板(HDI，High DensityInterconnector)，本实施例中的尺寸为40×25×5mm。
如图2(a)所示，在本实施例中，设置三组检测电极，每一组检测电极包括两个独立的且相对平行的条形的感应电极，形成一个检测电极对。
本实施例的具有多感应点的可联网智能尿布的监测方法，如图3所示，包括以下步骤：
1)在基底的表面从前至后均匀分布或根据需要非均匀分布多组检测电极构成传感结构，每一组检测电极包括两个独立的感应电极，传感结构设置在尿布贴着皮肤的表面，多组检测电极沿着尿布中轴线从前至后分布，在多组检测电极的表面平铺绝缘透水表层；每一个感应电极分别通过导线连接至复用单元的切换电路；
2)将复用单元设置在尿布的表面面向婴儿腹部且不影响婴儿活动的位置；
3)复用单元的处理器选择每一组检测电极中的两个感应电极构成一个检测电极对，处理器控制切换电路，将同一组中的两个感应电极连接至复用单元的信号处理电路的一个独立的信道；或者，处理器选择每相邻的两组检测电极中，各取一个感应电极，构成一个检测电极对，处理器控制切换电路，将相邻的两组检测电极中相应的两个感应电极连接至复用单元的信号处理电路的一个独立的信道；
4)当有排便时，一个检测电极对中的两个感应电极间的电阻值发生改变，信号处理电路采用由模拟运算放大器构成的预处理电路，预处理电路的输入信号与输出信号呈比例、对数或指数的函数关系，预处理电路的输出信号传输至A/D转换器；
5)A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，传输至处理器；
6)处理器根据A/D转换器的数字信号值通过计算得到电阻值，以及在电阻值一段时间内的变化情况，判断是否排便以及是大便还是小便；
7)处理器连接至通信电路，通信电路将结果输送至外部设备。
实施例二
如图2(b)所示，本实施例中，设置8组检测电极，每一组检测电极包括两个形状互补的独立的感应电极。其他同实施例一。
实施例三
如图2(c)所示，本实施例中，设置2组检测电极，每一组检测电极包括两个互相交错的独立的感应电极。其他同实施例一。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种具有多感应点的可联网智能尿布，其特征在于，所述可联网智能尿布包括：基底、多组感应电极以及复用单元；其中，在基底的表面从前至后均匀分布或根据需要非均匀分布多组检测电极构成传感结构；每一组检测电极包括两个独立的感应电极；传感结构设置在尿布贴着皮肤的表面，多组检测电极沿着尿布中轴线从前至后分布；在多组检测电极的表面平铺绝缘透水表层；每一个感应电极分别通过导线连接至复用单元；复用单元选择每两个感应电极构成一个检测电极对，每一个检测电极对连接至复用单元的一个单独的信道；复用单元设置在尿布的表面面向婴儿腹部且不影响婴儿活动的位置；复用单元包括切换电路、信号处理电路、A/D转换器、处理器和通信电路；每一个感应电极分别通过导线连接至复用单元的切换电路；处理器选择每一组检测电极中的两个感应电极构成一个检测电极对，处理器控制切换电路，将同一组中的两个感应电极连接至复用单元的信号处理电路的一个独立的信道；或者，处理器选择每相邻的两组检测电极中，各取一个感应电极，构成一个检测电极对，处理器控制切换电路，将相邻的两组检测电极中相应的两个感应电极连接至复用单元的信号处理电路的一个独立的信道；当有排便时，一个检测电极对中的两个感应电极间的电阻值发生改变，信号处理电路采用由模拟运算放大器构成的预处理电路，预处理电路的输入信号与输出信号呈比例、对数或指数的函数关系，预处理电路的输出信号传输至A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，传输至处理器；处理器根据A/D转换器的数字信号值通过计算得到电阻值，判断是否排便，并根据电阻值在一段时间内的变化情况，判断是大便还是小便；处理器连接至通信电路，通信电路将结果输送至外部设备。
2.如权利要求1所述的可联网智能尿布，其特征在于，所述基底不连续，在各个感应电极之间基底具有空隙，形成镂空或条状结构。
3.如权利要求1所述的可联网智能尿布，其特征在于，所述复用单元为小巧轻薄的形状，切换电路、信号处理电路、A/D转换器、处理器和通信电路集成在一块高密度的电路板上，在电路板外面套有外壳。
4.如权利要求1所述的可联网智能尿布，其特征在于，所述外部设备为手机或者中继器；复用单元通过蓝牙方式与手机或者中继器连接，或者复用单元通过无线连接技术与中继器连接，手机或中继器再通过无线保真WIFI或者移动网络接入互联网；或者复用单元直接通过WIFI、基于蜂窝的窄带物联网NB-IoT的方式接入互联网。
5.如权利要求1所述的可联网智能尿布，其特征在于，所述传感结构外设在尿布的表面，或者内置在尿布内；在外设的方式中，传感结构的基底设置在尿布贴合皮肤的表面，多组检测电极分别向外朝向皮肤和向内朝向尿布，在多组感应电极的表面铺设绝缘透水表层；在内置的方式中，在尿布的导流层中设置传感结构，多组感应电极朝向皮肤，在导流层上的多组感应电极的表面设置绝缘透水表层。
6.如权利要求1所述的可联网智能尿布，其特征在于，多组检测电极针对男女宝宝的不同，排列方式不同：为男宝宝的尿布的多组检测电极为靠前的位置检测电极的密度高一些，中部和后部的位置的检测电极的密度低一些；为女宝宝的尿布的多组检测电极为两端的检测电极的密度低，而中间位置的检测电极的密度高。
7.一种具有多感应点的可联网智能尿布的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括以下步骤：
1)在基底的表面从前至后均匀分布或根据需要非均匀分布多组检测电极构成传感结构，每一组检测电极包括两个独立的感应电极，传感结构设置在尿布贴着皮肤的表面，多组检测电极沿着尿布中轴线从前至后分布，在多组检测电极的表面平铺绝缘透水表层；每一个感应电极分别通过导线连接至复用单元的切换电路；
2)将复用单元设置在尿布的表面面向婴儿腹部且不影响婴儿活动的位置；
3)复用单元的处理器选择每一组检测电极中的两个感应电极构成一个检测电极对，处理器控制切换电路，将同一组中的两个感应电极连接至复用单元的信号处理电路的一个独立的信道；或者，处理器选择每相邻的两组检测电极中，各取一个感应电极，构成一个检测电极对，处理器控制切换电路，将相邻的两组检测电极中相应的两个感应电极连接至复用单元的信号处理电路的一个独立的信道；
4)当有排便时，同一个检测电极对中的两个感应电极间的电阻值发生改变，信号处理电路采用由模拟运算放大器构成的预处理电路，预处理电路的输入信号与输出信号呈比例、对数或指数的函数关系，预处理电路的输出信号传输至A/D转换器；
5)A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，传输至处理器；
6)处理器根据A/D转换器的数字信号值通过计算得到电阻值，以及在电阻值一段时间内的变化情况，判断是否排便以及是大便还是小便；
7)处理器连接至通信电路，通信电路将结果输送至外部设备。
8.如权利要求7所述的监测方法，其特征在于，在步骤6)中，处理器判断是否排便以及是大便还是小便，具体包括以下步骤：
a)处理器连续记录一个检测电极对的两个感应电极间在一段时间内的电阻值数据，一段时间为1s～10min；
b)找出这段时间内电阻值数据的最大值、最小值、平均值和均方根值，作为参考数据；
c)选择一个时间窗口用于排便判断，并找出时间窗口内电阻值数据的的最大值和最小值，时间窗口为1～10秒；
d)根据时间窗口内的最大值和最小值计算斜率，从而得到电阻值的变化率；
e)根据电阻值的变化率判断是否排便，如果变化率超过排便阈值，则判断为排便，如果变化率未超过阈值，则判断为未排便；
f)根据电阻值在不同电阻值域保持的时间，判断是大便还是小便，如果保持时间超过大便阈值，则判断为大便，否则为小便。
9.如权利要求8所述的监测方法，其特征在于，在步骤e)中，排便阈值为A/D转换器总量程的10％～30％。
10.如权利要求8所述的监测方法，其特征在于，在步骤f)中，大便阈值为30s～30min。
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