CN108899083A - 一种具有分析功能的健康Toilet系统 - Google Patents

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董再秀
陈桂林
张志勇
赵生慧
刘进军
吴凡
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    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开一种具有分析功能的健康Toilet系统，马桶除网关以外设置有Arduino开发板、Xbee通信模块、超声波传感器(安装在马桶侧部)、三轴加速度传感器(封装在蓝色漂浮小球内，放置在马桶水箱内)、门磁开关传感器(安装在马桶垫圈中)；该健康Toilet通过对空巢老人在家中如厕情况进行采集和分析，判别是否有老人正在如厕以及对大小便的辨识，并且利用人工智能机器学习理念，通过数据辨别老人身份，并且将这些数据以图形化的形式清晰展示汇总数据，不在家中忙于工作的子女，也能很容易的观察到老人近期的如厕情况，从而判断老人最近身体状况。除此之外，空巢老人在家中遇到紧急情况也能第一时间让子女收到通知。

Description

一种具有分析功能的健康Toilet系统
技术领域
本发明具体涉及智能家居与健康照护技术领域，具体涉及一种具有分析功能的健康Toilet系统系统。
背景技术
根据国家统计局数据显示，2015年60岁及以上人口达到2.22亿，占总人口的16.15％。预计到2020年，老年人口达到2.48亿，老龄化水平达到17.17％，其中80岁以上老年人口将达到3067万人；2025年，六十岁以上人口将达到3亿，成为超老年型国家。
随着越来越多的老年人，老年人的身体健康也是我们所需要重视的。厕所是一个密闭缺氧的环境，长时间待在其中，很容易引起大脑和心脏缺氧，慢性病诱发急症、意外滑倒摔伤、煤气中毒、触电等紧急情况在厕所中很常见。尤其一些突发疾病，有致命危险。比如心脑血管病患者如果蹲厕时间过久，排便结束后快速站立，容易诱发短暂性脑缺血，发生头晕、眼花、摔倒，且年龄越大的人越容易受伤。此外，大便太用力也容易诱发猝死。用力屏气排便时，腹压增高，血压骤升可导致脑溢血，心肌耗氧量的增加可诱发心绞痛、心肌梗塞及严重的心律失常，两者都可能造成猝死，特别是对老年人，他们的身体更加脆弱。
然而,随着社会的发展,空巢老人越来越普及,子女无法及时的得知老人的身体情况。但老人的健康又时时刻刻牵系在子女心头。如何使子女可以在外工作且能照顾到老人的健康。为此，我们团队为了帮助解决这一问题，从老人的日常生活中入手，研发了“一种具有分析功能的健康Toilet系统”这一产品，此产品利用多种传感器、Arduino和ZigBee等硬件与机器学习相结合，根据老人们各自具有特定的行为习惯的特点，研发出具有大小便分辨、家庭成员辨别、异常情况辨识预警和行为的记录和统计的功能，并及时传送给子女。从而帮助子女快速的了解老人的身体状况，方便及时的应对老人的健康问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种对空巢老人在家中如厕情况进行采集和分析的系统；通过马桶中传感器获取空巢老人如厕的相关数据，并将这些数据与老人身份对应起来，达到分开统计，并对老人身体健康状况或异常数据有一定评测功能的健康马桶系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种具有分析功能的健康Toilet系统系统，包括马桶本体，马桶本体上安装有Arduino开发板，所述Arduino开发板上连接有超声波传感器、三轴加速度传感器以及门磁开关传感器；
所述超声波传感器：其用于检测马桶前是否有人，用于初步辨别老人是否如厕，其安装在马桶侧部；其通过I/O接口连接Arduino开发板以及连接Xbee模块上传数据；
所述三轴加速度传感器：该传感器封装在蓝色漂浮小球内，将漂浮小球放在水箱内，通过使用马桶冲水时水流产生的横向纵向加速度，判断出用水量，结合超声波传感器精确判断是否有人如厕，以及大小便辨识；其通过I/O接口连接Arduino开发板以及连接Xbee模块上传数据；
所述门磁开关传感器：其安装在马桶盖侧部，用于捕捉使用者是否有打开或关闭马桶盖这一动作；其通过I/O接口连接Arduino开发板以及连接Xbee模块上传数据。
优选的，所述马桶本体的马桶垫圈上安装有薄膜柔性压力传感器。
优选的，一种具有分析功能的健康Toilet系统，其管理方法为：
(1)如厕行为数据采集
本模块由Xbee模块、超声波传感器、三轴加速度传感器组建而成，超声波传感器用于检测老人是否如厕，三轴加速度传感器用于识别马桶水箱是否冲水，为了进一步检测有没有掀开马桶盖这一细微动作，我们还设置了门磁传感器，当马桶盖掀开，这三种传感器检测到的数据在通过Xbee模块传输到服务器平台；
(2)人员辨识
本系统属于定制类产品，我们事先收集老人们各自如厕时习惯性行为等数据，然后结合机器学习算法，实现人员辨识功能；根据每个人的行为习惯不同，利用机器学习算法多次训练平台生成模型上传至服务器平台；马桶传感器采集的数据在模型达中识别，辨别哪位老人的功能；
(3)数据统计与展示
通过对各个节点传送的数据，将该数据运用图表的方法简单明了地展示出所对应老人日常如厕的次数、时间等参数，分别进行日统计、周统计、月统计、年统计，并且制定了标准，对比标准分析老人每天如厕次数是否过多或过少，时间是否过长等一系列问题，并上传云端数据库，方便老人家属查询过去的某一天内老人如厕的各项指数；
(4)异常警报
根据平台数据的分析，判断可能出现的各种身体健康问题，对老人家属定期报告如厕健康问题，若判断出老人如厕时间过长久坐未起等突发性问题，会通过平台实时警报老人家属前往援助，防止意外发生。
本发明的有益效果是：针对老人进行家庭定制设计，无感使用，根据这个家庭中不同老人的行为习惯的特点，进行数据采集和机器学习，使用训练后模型进行自主的辨别哪位老人。除了辨识人以外，项目还通过三轴加速度传感器和超声波传感器双重传感检测老人是否如厕、如厕时间以及辨识大小便，并且将数据通过Xbee通信模块传入网关，传送至服务器平台。在服务器端进行日数据、周数据、月数据、年数据的统计，为子女提供一份马桶使用的健康报告和异常情况的报警提示。
附图说明
图1为本发明的管理流程示意图；
具体实施方式
一种具有分析功能的健康Toilet系统，包括马桶本体，马桶本体上安装有Arduino开发板，所述Arduino开发板上连接有超声波传感器、三轴加速度传感器以及门磁开关传感器；
所述超声波传感器：其用于检测马桶前是否有人，用于初步辨别老人是否如厕，其安装在马桶侧部，通过I/O接口连接Arduino开发板，连接Xbee模块上传数据。
所述三轴加速度传感器：该传感器封装在蓝色漂浮小球内，将漂浮小球放在水箱内，通过使用马桶冲水时水流产生的横向纵向加速度，判断出用水量，结合超声波传感器精确判断是否有人如厕，以及大小便辨识，通过I/O接口连接Arduino开发板，连接Xbee模块上传数据。
所述门磁开关传感器：其安装在马桶盖侧部，用于捕捉使用者是否有打开或关闭马桶盖这一动作通过I/O接口连接Arduino开发板，连接Xbee模块上传数据。
优选的，所述马桶本体的马桶垫圈上安装有薄膜柔性压力传感器。
一种具有分析功能的健康Toilet系统，其特征在于：该智能马桶的智能管理方法为：
(1)如厕行为数据采集
本模块由Xbee模块、超声波传感器、三轴加速度传感器组建而成，超声波传感器用于检测老人是否如厕，三轴加速度传感器用于识别马桶水箱是否冲水，为了进一步检测有没有掀开马桶盖这一细微动作，我们还设置了门磁传感器，当马桶盖掀开，这三种传感器检测到的数据在通过Xbee模块传输到服务器平台。
(2)人员辨识
本系统属于定制类产品，我们事先收集老人们各自如厕时习惯性行为等数据，然后结合机器学习算法，实现人员辨识功能。根据每个人的行为习惯不同，利用机器学习算法多次训练平台生成模型上传至服务器平台。马桶传感器采集的数据在模型达中识别，辨别哪位老人的功能。
(3)数据统计与展示
通过对各个节点传送的数据，将该数据运用图表的方法简单明了地展示出所对应老人日常如厕的次数、时间等参数，分别进行日统计、周统计、月统计、年统计，并且制定了标准，对比标准分析老人每天如厕次数是否过多或过少，时间是否过长等一系列问题，并上传云端数据库，方便老人家属查询过去的某一天内老人如厕的各项指数。
(4)异常警报
根据平台数据的分析，判断可能出现的各种身体健康问题，对老人家属定期报告如厕健康问题，若判断出老人如厕时间过长久坐未起等突发性问题，会通过平台实时警报老人家属前往援助，防止意外发生。
本发明提供的一种具有分析功能的健康Toilet系统，其针对老人进行家庭定制设计，无感使用，根据这个家庭中不同老人的行为习惯的特点，进行数据采集和机器学习，使用训练后模型进行自主的辨别哪位老人；除了辨识人以外，项目还通过三轴加速度传感器和超声波传感器双重传感检测老人是否如厕、如厕时间以及辨识大小便，并且将数据通过Xbee通信模块传入网关，传送至服务器平台。在服务器端进行日数据、周数据、月数据、年数据的统计，为子女提供一份马桶使用的健康报告和异常情况的报警提示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新保护范围为准。

Claims (4)

1.一种具有分析功能的健康Toilet系统，包括马桶本体，其特征在于：马桶本体上安装有Arduino开发板:所述Arduino开发板上连接有超声波传感器、三轴加速度传感器、门磁开关传感器以及薄膜柔性压力传感器。
所述超声波传感器：其用于检测马桶前是否有人，用于初步辨别老人是否如厕，其安装在马桶侧部；其通过I/O接口连接Arduino开发板；
所述三轴加速度传感器：该传感器封装在蓝色漂浮小球内，将漂浮小球放在水箱内，通过使用马桶冲水时水流产生的横向纵向加速度，判断出用水量，结合超声波传感器精确判断是否有人如厕，以及大小便辨识；其通过I/O接口连接Arduino开发板；
所述门磁开关传感器：其安装在马桶盖侧部，用于捕捉使用者是否有打开或关闭马桶盖这一动作；其通过I/O接口连接Arduino开发板。
2.根据权利要求1所述的一种具有分析功能的健康Toilet系统，其特征在于，所述马桶本体的马桶垫圈上安装有薄膜柔性压力传感器。
3.根据权利要求1所述的一种具有分析功能的健康Toilet系统，其特征在于：还包括有Xbee通信模块，Xbee模块通过串口分别与超声波传感器、三轴加速度传感器以及门磁开关传感器相连接，利用Zigbee无线通信协议将所述各传感器采集到的数据上传至网关。
4.一种具有分析功能的健康Toilet系统，其特征在于：其管理方法为：
(1)如厕行为数据采集
本模块由Xbee模块、超声波传感器、三轴加速度传感器组建而成，超声波传感器用于检测老人是否如厕，三轴加速度传感器用于识别马桶水箱是否冲水，为了进一步检测有没有掀开马桶盖这一细微动作，我们还设置了门磁传感器，当马桶盖掀开，这三种传感器检测到的数据在通过Xbee模块传输到服务器平台；
(2)人员辨识
本系统属于定制类产品，我们事先收集老人们各自如厕时习惯性行为等数据，然后结合机器学习算法，实现人员辨识功能；根据每个人的行为习惯不同，利用机器学习算法多次训练平台生成模型上传至服务器平台；马桶传感器采集的数据在模型达中识别，辨别哪位老人的功能；
(3)数据统计与展示
通过对各个节点传送的数据，将该数据运用图表的方法简单明了地展示出所对应老人日常如厕的次数、时间等参数，分别进行日统计、周统计、月统计、年统计，并且制定了标准，对比标准分析老人每天如厕次数是否过多或过少，时间是否过长等一系列问题，并上传云端数据库，方便老人家属查询过去的某一天内老人如厕的各项指数；
(4)异常警报
根据平台数据的分析，判断可能出现的各种身体健康问题，对老人家属定期报告如厕健康问题，若判断出老人如厕时间过长久坐未起等突发性问题，会通过平台实时警报老人家属前往援助，防止意外发生。
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