CN108550240A - 一种物联网传感器网络系统 - Google Patents

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Abstract

一种物联网传感器网络系统，由多个离床传感器，物联网，报警控制器以及报警器组成，所述的离床传感器由电子线圈绕制而成并被放置在床板和被子之间，所述的离床传感器通过A/D转换器连接微处理器，将人体靠近和离开电子线圈时、线圈电容变化产生的电位差信号经过A/D变换后发送给微处理器，所述的微处理器接受到电位差信号以后，向物联网发送人员离床信号，经过物联网的转发，转送离床信号到相连的、对应的护理室中由报警控制器控制的报警器，报警器发出声光报警信号，提醒护理人员有人离床，同时显示离床人员的病房号码和床号；它具有结构组成合理，使用方便可靠，可自动感知病人的被动离床和主动离床的呼叫信号，减轻护理人员的巡查和值班的劳动强度，提高护理人员的工作效率等特点。

Description

一种物联网传感器网络系统
技术领域
本发明涉及的是一种适用于监控人体离床感知系统的物联网传感器网络系统，属于物联网技术领域。
背景技术
医院的住院部中，存在着一些行动不便的重症患者，比如，器官衰竭无法动弹的，车祸后四肢残缺的人，他们必须要住院治疗。住院期间，医护人员晚上必须要照顾病人的生活起居。依据一个护理单元容纳40-50个病人，24小时配备2-3个护士的人员比例，一个护士需要照看的病人数量多。特别是晚上，病人入睡以后，护士也需要休息，而重症患者因为行动不便，睡觉中翻身很容易导致病人掉落到地上，三急时病人也会离开床铺，若护士室有一定距离，病人即使大声喊叫，护士也听不到，只能吵醒同室的患者，但因为其他患者也是行动不便，无法帮助落地的病人，只能眼睁睁看着落地病人而有心无力。
养老院中，有些老人生活不能自理，24小时需要护理人员监护，护理人员晚上巡视的间隔期间，若被监护老人发生落床事件，护理人员不能第一时间接收到该事件信息，延迟对被监护人的保护，造成护理事故。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构组成合理，使用方便可靠，可自动感知被监护人的被动离床事件和主动离床的呼叫信号，减轻护理人员的巡查和值班的劳动强度，提高护理人员的工作效率，同时也方便被监呼者及时获得护理服务的物联网传感器网络系统。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种物联网传感器网络系统，由多个离床传感器，物联网，报警控制器以及报警器组成，所述的离床传感器由电子线圈绕指而成并被放置在病床的床板和被子之间，所述的离床传感器通过A/D转换器连接微处理器，将人体靠近和离开电子线圈时、线圈电容变化产生的电位差信号经过A/D变换后发送给微处理器，所述的微处理器接受到电位差信号以后，向物联网发送人员离床信号，经过物联网的转发，转送离床信号到相连的、对应的护理室中由报警控制器控制的报警器，报警器发出声光报警信号，提醒护理人员有人离床，同时显示离床人员的房号和床号。
作为优选：所述的物联网还同时发送离床信息到相连的手机网络，手机网络再把被监呼者的离床信息、房号和床号发送到相连的护士手机上；
所述的离床传感器通过人体靠近和离开感知线圈时线圈电容的变化感知是否人员离床，所述的A/D转换模块把人员离床的模拟信号转换成数字信号，发送给IO模块，并转送给微处理器进行信息处理，微处理器把处理完毕的信号经过IO模块发送到物联网。
作为优选：所述的物联网采用多层结构，划分为感知层，边缘计算网关，以及数据中心层和网络互联层；其中边缘计算网关具备强大的计算能力，接受传感器层传输过来的数据并进行数据的分析处理，一般情况下边缘网关对传感数据的分析处理之后，把控制信息回传给感知层，控制感知层的感知设备的下一步动作；少部分信息经过分析计算之后需要发送到数据中心层，由数据中心层再通过网络互联层发送到其他网络，包括需要把数据传送到移动网络时，需要由边缘网关把信息传送到数据中心层，然后经过网络互联层传送到移动网络，再由移动网络发送到护理人员的手机上。
作为优选：所述的控制器中的A/D转换模块为一种把线圈的电流模拟信号变成数字信号的积分式A/D变换器；所述微处理器在判断人体离开电子线圈之后，向控制器和物联网的连接端口发送人体离床的通知信息；所述物联网的连接端口使用RJ45或者光缆网络连接端口向边缘计算的网关发送数据；线圈控制器设定调节感知线圈的某些配置，包括通过调节线圈的匝数调整电感值，控制发送到A/D的电流值。
本发明可自动感知病人的被动离床事件和主动离床的呼叫信号，减轻医护人员的巡查和值班的劳动强度。从呼叫信息可以准确判断被监呼者的呼叫内容和应该处理该呼叫的护理人员号码，方便护理人员判断病人的准确需求，及时准备处理该呼叫请求所需要的物品护具等，提高医护人员的工作效率，同时方便被监呼者及时获得护理服务。
附图说明
图1是本发明所述离床感知物联网络示意图。
图2是本发明所述离床传感构成示意图。
图3是本发明所述物联网的层次结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的一种物联网传感器网络系统，由多个离床传感器D1，物联网D2，报警控制器D3以及报警器D4组成，其特征在于所述的离床传感器D1由电子线圈绕指而成并被放置在病床的床板和被子之间，所述的离床传感器D1通过A/D转换器D1-2连接微处理器D1-4，将人体靠近和离开电子线圈时、线圈电容变化产生的电位差信号经过A/D变换后发送给微处理器D1-4，所述的微处理器D1-4接受到电位差信号以后，向物联网D2发送人员离床信号，经过物联网D2的转发，转送离床信号到相连的、对应的护理室中由报警控制器控制的报警器D4，报警器D4发出声光报警信号，提醒护理人员有人离床，同时显示离床人员的房号和床号。
结合图2所示，本发明所述的物联网D2还同时发送离床信息到相连的手机网络D5，手机网络D5再把被监呼者的离床信息、病房号和病床号发送到相连的护理人员手机D6上；
所述的离床传感器D1通过人体靠近和离开感知线圈时线圈电容的变化感知是否人员离床，所述的A/D转换模块D1-2把人员离床的模拟信号转换成数字信号，发送给IO模块D1-3，并转送给微处理器D1-4进行信息处理，微处理器D1-4把处理完毕的信号经过IO模块D1-5发送到物联网D2。
结合图3所示，本发明所述的物联网D2采用多层结构，划分为感知层，边缘计算网关，以及数据中心层和网络互联层；其中边缘计算网关具备强大的计算能力，接受传感器层传输过来的数据并进行数据的分析处理，一般情况下边缘网关对传感数据的分析处理之后，把控制信息回传给感知层，控制感知层的感知设备的下一步动作；少部分信息经过分析计算之后需要发送到数据中心层，由数据中心层再通过网络互联层发送到其他网络，包括需要把数据传送到移动网络时，需要由边缘网关把信息传送到数据中心层，然后经过网络互联层传送到移动网络，再由移动网络发送到护理人员的手机上。
本发明所述的控制器中的A/D转换模块D1-2为一种把线圈的电流模拟信号变成数字信号的积分式A/D变换器；所述微处理器D1-4在判断人体离开电子线圈之后，向控制器和物联网的连接端口发送人体离床的通知信息；所述物联网D2的连接端口使用RJ45或者光缆常用的网络连接端口向边缘计算的网关发送数据；线圈控制器设定调节感知线圈的某些配置，包括通过调节线圈的匝数调整电感值，控制发送到A/D的电流值。
实施例：图1所示，本发明所述的系统构成是：整个离床感知物联网络由离床传感器D1，物联网D2，报警控制器D3，报警器D4组成。
D1离床传感器由电子线圈绕制而成，放置在病床的床板和被子之间，利用人体靠近和离开线圈时线圈电容的变化产生的电位差来感知人员的存在，当人体离开线圈时，电位变低，其数据经过A/D变换后发送给处理器，处理器接受到低电位信号以后，向物联网D2发送人员离床信号，经过物联网D2的转发，转送离床信号到对应的护士室中的报警器D4，报警器D4发出声光报警信号，提醒医护人员有人离床，同时显示离床人员的病房号码和床号；同时，物联网络发送离床信息到手机网络D5，手机网络D5再把病人的离床信息发送到护士的手机D6上，包含病房号和病床号，以便护士在离开护士室的情况下，也能够及时了解到有病人离床。
图1中的离床传感由感知线圈D1-1，A/D转换模块D1-2，IO模块D1-3和D1-5，微处理器D1-4组成。感知线圈D1-1通过人体靠近和离开感知线圈时线圈电容的变化感知是否人员离床，A/D转换模块D1-2把人员离床的模拟信号转换成数字信号，发送给IO模块D1-3，转送给微处理器D1-4进行信息处理，微处理器D1-4把处理完毕的信号经过IO模块D1-5发送到物联网D2，其构成参见图2。图中实现表示数据流向，虚线表示控制信号流向。本传感器上带有呼叫按钮，病人按下呼叫按钮，同样可以发送呼叫信息给物联网络，再转发到护士室或者护士的手机上，方便护士及时护理病人。发送的信息包括病房号，病床号码，病人编号，病人姓名，年龄，疾病名称，入院时间，预计出院时间，对应的护理室名称，护理负责人编号等信息，病人也可通过语音留言及时告知医护人员他的呼叫内容。
图3所示，本发明所述的物联网D2采用多层结构，划分为感知层(就是图2中的传感结构)，边缘计算网关，以及数据中心层和网络互联层。边缘计算网关具备强大的计算能力，接受传感器层传输过来的数据并进行数据的分析处理，一般情况下边缘网关对传感数据的分析处理之后，把控制信息回传给感知层，如图2中的控制信号传递路径，控制感知层的感知设备的下一步动作；少部分信息经过分析计算之后需要发送到数据中心层，由数据中心层再通过网络互联层发送到其他网络，比如，本项目中需要把数据传送到移动网络，则需要由边缘网关把信息传送到数据中心层，然后经过网络互联层传送到移动网络，再由移动网络发送到护理人员的手机上。具体层次参见图3。图中实线表示数据流，虚线表示控制流。
感知线圈电感变化：线圈本来有一个电感值，人体靠近线圈之后，改变线圈的电感值。线圈通过高频电压之后，回馈给A/D设备一个电流值，取误差较小的几个平均值作为此时线圈通过电流值；在人体靠近线圈之后，随着线圈电感量的变化，线圈回馈给A/D设备的电流值会发生改变，同样取误差较小的的几个电流平均值作为人体靠近线圈时的电流值。两次电流值的变化值进行比较就可以确定是否人体已经靠近或者离开线圈，从而作为离床与否的判断依据。其计算公式如下。
人体没有靠近线圈时：其电感值为x1＝2πL (4-1)
此时的电流值为
人体靠近线圈时：其电感值为x2＝2π(L+ΔL) (4-1)
此时的电流值为
电流变化值为
电流差值ΔI作为人体离床与否的判断基准。
本发明还提供一种线圈控制器：线圈控制器感知线圈的电感变化，并依据电感变化值决定人体是否靠近和离开线圈。控制器中的A/D变换器把线圈的电流模拟信号变成数字信号，使用积分式A/D变换器。控制器中的MCU微处理器判断人体离开线圈之后，向控制器和物联网的连接端口发送人体离床的通知信息。本专利的物联网连接端口可以使用RJ45或者光缆等常用的网络连接端口向边缘计算的网关发送数据。线圈控制器可依据用户的设定调节感知线圈的某些配置，比如通过调节线圈的匝数调整电感值，控制发送到A/D的电流值，这些配置由控制其发送到线圈，实现线圈的自动控制，控制器可以向线圈发送控制信息，比较以前的设备，之间具备双向通信功能，
本发明所述的物联网络：物联网络和云计算网络、雾计算网络有一定的关联。物联网最初的名字是ubiquitous网络，1999年已经提出了该概念，意思是无所不在的网络，万物互联。云计算网络和雾计算网络是近些年才提出的网络概念，云计算网络的中心概念是虚拟化和分布式计算，是在一个或者几个计算节点上布置虚拟机，控制管理机，网络存储设备，镜像管理机以及网络管理功能，虽然是分布式计算，一般情况下物理设备是集中存放的；雾计算也称为边缘计算，万物互联的网络中，成万上亿的传感器的数据都集中发送到云计算中心进行数据处理，会大大加重网络通信负载和云计算中心的计算量，导致计算性能的下降，为了减轻云计算中心的数据计算量和通信负担，近些年提出了雾计算(边缘计算)的概念，边缘计算的网关设备能够处理和它互联的传感器的数据，可反向传输控制数据给传感器，再跟据用户数据处理的需要把某些重要的数据发送到云计算中心，由云计算中心再发送到其它的网络，本发明中有一个实例就是发送到移动网络。
物联网络的体系架构在不断变迁之中，本发明因为要连接移动网络，所以采用边缘计算的网络体系结构，使得传感器感知的数据可以发送到移动网络用户的手机端。

Claims (4)

1.一种物联网传感器网络系统，由多个离床传感器(D1)，物联网(D2)，报警控制器(D3)以及报警器(D4)组成，其特征在于所述的离床传感器(D1)由电子线圈绕指而成并被放置在病床的床板和被子之间，所述的离床传感器(D1)通过A/D转换器(D1-2)连接微处理器(D1-4)，将人体靠近和离开电子线圈时、线圈电容变化产生的电位差信号经过A/D变换后发送给微处理器(D1-4)，所述的微处理器(D1-4)接受到电位差信号以后，向物联网(D2)发送人员离床信号，经过物联网(D2)的转发，转送离床信号到相连的、对应的护士室中由报警控制器控制的报警器(D4)，报警器(D4)发出声光报警信号，提醒医护人员有人离床，同时显示离床人员的病房号码和床号。
2.根据权利要求1所述的物联网传感器网络系统，其特征在于所述的物联网(D2)还同时发送离床信息到相连的手机网络(D5)，手机网络(D5)再把被监控人员的离床信息、病房号和病床号发送到相连的护理人员手机(D6)上；
所述的离床传感器(D1)通过人体靠近和离开感知线圈时线圈电容的变化感知是否人员离床，所述的A/D转换模块(D1-2)把人员离床的模拟信号转换成数字信号，发送给IO模块(D1-3)，并转送给微处理器(D1-4)进行信息处理，微处理器(D1-4)把处理完毕的信号经过IO模块(D1-5)发送到物联网(D2)。
3.根据权利要求1或2所述的物联网传感器网络系统，其特征在于所述的物联网(D2)采用多层结构，划分为感知层，边缘计算网关，以及数据中心层和网络互联层；其中边缘计算网关具备强大的计算能力，接受传感器层传输过来的数据并进行数据的分析处理，一般情况下边缘网关对传感数据的分析处理之后，把控制信息回传给感知层，控制感知层的感知设备的下一步动作；少部分信息经过分析计算之后需要发送到数据中心层，由数据中心层再通过网络互联层发送到其他网络，包括需要把数据传送到移动网络时，需要由边缘网关把信息传送到数据中心层，然后经过网络互联层传送到移动网络，再由移动网络发送到护理人员的手机上。
4.根据权利要求1或2所述的物联网传感器网络系统，其特征在于所述的控制器中的A/D转换模块(D1-2)为一种把线圈的电流模拟信号变成数字信号的积分式A/D变换器；所述微处理器(D1-4)在判断人体离开电子线圈之后，向控制器和物联网的连接端口发送人体离床的通知信息；所述物联网(D2)的连接端口使用RJ45或者光缆网络连接端口向边缘计算的网关发送数据；线圈控制器设定调节感知线圈的某些配置，包括通过调节线圈的匝数调整电感值，控制发送到A/D的电流值。
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