CN110136402B - 带有姿态传感器的踢被器装置和监测踢被的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了带有姿态传感器的踢被器装置和监测踢被的方法；带有姿态传感器的踢被器装置，包括壳体和所述壳体内的主控制模块，所述壳体包括上壳和下壳，还包括测距模块、姿态传感器和供电模块，所述测距模块、姿态传感器和供电模块均与所述主控制模块信号连接；所述测距模块用于实时监测被监测对象和被之间的距离；所述姿态传感器用于监测所述踢被器装置的翻转角度；所述供电模块用于向所述踢被器装置供电；所述主控制模块接收测距模块和姿态传感器的数据进行分析和判断踢被结果。监测踢被的方法，利用姿态传感器和测距模块实时监测被监测对象的踢被状态。

Description

带有姿态传感器的踢被器装置和监测踢被的方法

技术领域

本发明属于检测装置的领域，具体涉及一种带有姿态传感器的踢被器装置和监测踢被的方法。

背景技术

婴幼儿、各种病人、老人等暂时缺乏自理能力及自理能力比较弱的人群，生活自理能力差，睡觉时经常踢开被子或者在睡觉时翻身而掀开被子，或者出现趴睡而缺氧窒息，此时婴幼儿、各种病人、老人等暂时缺乏自理能力及自理能力比较弱的人群的守护者或看护人员往往因为熟睡而不能察觉，熟睡的婴幼儿、各种病人、老人等暂时缺乏自理能力及自理能力比较弱的人群由于无被子盖着而着凉。对于婴幼儿、各种病人、老人等暂时缺乏自理能力及自理能力比较弱的人群的守护者或看护人员往往不能全天检查自理能力差的人群的身体状态，例如，体温，尤其是在夜间睡觉时。因此有必要对婴幼儿、各种病人、老人等暂时缺乏自理能力及自理能力比较弱的人群的踢被情况进行实时监控。

目前，对踢被检测的解决方案主要是通过检测被窝内温度变化来判断踢被并进行提醒。由于温度的降低是一个渐进的过程，这种解决方案存在检测时间长的问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供带有姿态传感器的踢被器装置和监测踢被的方法，能够实时监测被监测对象的踢被状态，解决了踢被检测的检测时间长的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的一种带有姿态传感器的踢被器装置，包括壳体和所述壳体内的主控制模块，所述壳体包括上壳和下壳，还包括测距模块、姿态传感器和供电模块，所述测距模块、姿态传感器和供电模块均与所述主控制模块信号连接；

所述姿态传感器包括陀螺仪、加速度计和电子罗盘，所述姿态传感器能够实时反馈出空间矢量上三个坐标轴(x，y，z)的各自加速度分量；

所述测距模块用于实时监测被监测对象和被之间的距离；所述姿态传感器用于监测所述踢被器装置的翻转角度；所述供电模块用于向所述踢被器装置供电；所述主控制模块接收测距模块和姿态传感器的数据进行分析和判断踢被结果。

优选地，所述上壳为使用透光材料制成的透光件。

优选地，所述测距模块位于所述上壳和所述主控制模块之间。

进一步地，还包括报警模块，所述报警模块接收所述主控制模块传输的报警信息，所述报警模块以声音、光或气压的形式进行报警。

优选地，所述供电模块为充电电池或一次性电池。

进一步地，还包括通讯模块，所述主控制模块通过通讯模块和移动终端进行数据通讯，所述主控制模块通过所述通讯模块把显示数据和报警信息传送到移动终端。

本发明还提供一种监测踢被的方法，包括以下步骤：

S1：带有姿态传感器的踢被器装置的姿态传感器获取z轴方向加速度值g_z，根据公式θ＝arc cos(g_z/g)，得到所述踢被器装置的翻转角度θ；

S2：将被监测对象肩宽D输入至所述踢被器装置的主控制模块；

S3：所述踢被器装置的姿态传感器将翻转角度θ的数据结果传输至主控制模块，主控制模块分析数据θ，若0≤θ<90度，设置距离阈值T为0；若90度≤θ<180度，设置距离阈值T为D/(2×tan(θ-90))；若θ＝180时，无法判断是否踢被；

S4：所述踢被器装置的测距模块实时监测被监测对象和被之间的距离，并且将得到的实时测距距离的数据结果传输至主控制模块；

S5：主控制模块将步骤S3得到的距离阈值T和步骤S4得到的实时测距距离进行比较，若实时测距距离不大于距离阈值T，则主控制模块得到踢被事件未发生的结果；若实时测距距离大于距离阈值T，则主控制模块得到踢被事件发生的结果；若得到θ＝180，则主控制模块得到被监测对象已正面趴下的结果。

进一步地，步骤还包括：

S6：若主控制模块得到踢被事件发生的结果，则主控制模块将踢被事件发生的报警信息传输至报警模块进行报警；若主控制模块得到被监测对象已正面趴下的结果，则主控制模块将被监测对象已正面趴下的报警信息传输至报警模块进行报警。

进一步地，步骤还包括：

S6：若主控制模块得到踢被事件发生的结果，则主控制模块将踢被事件发生的报警信息通过通讯模块传输至移动终端；若主控制模块得到被监测对象已正面趴下的结果，则主控制模块将被监测对象已正面趴下的报警信息通过通讯模块传输至移动终端。

本发明提供的带有姿态传感器的踢被器装置和监测踢被的方法，具有如下

有益效果：

1、测距模块和姿态传感器能够得到被监测对象的状态，从而判断是否有踢被事件；

2、实时监测被检测对象是否踢被，检测时间迅速，能够快速人为调整或改变踢被状态；

3、能够监测到被检测对象正面趴下的情况，可以人为调整或改变被检测对象正面趴下的状态。

附图说明

图1为具体实施方式的姿态传感器在重力场中处于静止或匀速运动时输出信号的示意图。

图2为具体实施方式的利用圆形薄片来表示姿态传感器的设备翻转角度的示意图。

图3为具体实施方式的带有姿态传感器的踢被器装置翻转角度、距离阈值和实时测距距离的关系示意图。

图4为具体实施方式的带有姿态传感器的踢被器装置的结构示意图。

图5为图4的A—A截面图。

图中：

1.上壳 2.主控制模块 21.姿态传感器 22.测距模块 3.下壳 4.供电模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图4-5所示，一种带有姿态传感器的踢被器装置，包括壳体和壳体内的主控制模块2，壳体包括上壳1和下壳3，在主控制模块2上朝向上壳1的侧面上设置与主控制模块2信号连接的测距模块22和姿态传感器21，上壳1为使用透光材料制成的透光件，壳体内设置有与主控制模块2信号连接的供电模块4和报警模块，供电模块4为整个系统工作提供能源，供电模块4使用充电电池或一次性电池；报警模块接收主控制模块2传输的报警信息，报警模块以声音、光或气压等形式进行报警。使用时，踢被器装置的测距模块22的一侧朝向被子，下壳3贴近使用者的身体。

测距模块22为采用TOF(Time of flight)技术的距离传感器，通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。通过距离传感器，我们可以得到设备与当前TOF方向上最近物体的距离。本实施例中测距模块22能够得到踢被器与被子的距离。

姿态传感器21是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统，姿态传感器21包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器。

姿态传感器21采用高精度的三轴加速度计，它可以实时反馈出空间矢量上3个坐标轴(x，y，z)的各自加速度分量。

当姿态传感器21运动时，往某个方向上加速时，会在xyz轴上反馈出这个方向的加速度各自分量，它们的矢量和就是这个方向上的加速度值。

如果姿态传感器21处于静止状态，由于受到万有引力，它会有一个重力加速度g，沿垂直大地的方向。

如果姿态传感器21在重力场中处于静止或匀速运动，如图1所示，输出信号为:

X通道为±0g；

Y通道为±0g；

Z通道+1g。

表1中列出了姿态传感器21在重力场中静止或匀速运动时，在±2g范围设置和自顶向下重力矢量的假设下，X、Y、Z上的所有对应输出信号。

表1姿态传感器在X、Y、Z上的所有对应输出信号

根据表1的静态特性，我们可以利用姿态传感器21静态时，通过识别z轴对应重力加速度g的分量，而确定它在空间姿态中的z轴跟水平面的相对角度，从而判定设备上下翻转角度。

本实施例中，主要需求在与判断设备翻转角度，并不在乎设备以z轴为中心的xy轴方向上旋转，所以利用圆形薄片来表示设备。当以z轴为中心轴xy轴方向上旋转时，只会影响xy轴方向上的重力加速度g分量，而不影响z轴分量，所以对于判断设备翻转角度，只关心z轴对于水平面的夹角，而不在乎xy轴方向上的旋转。

如图2所示，以z轴作图，z轴与g轴夹角θ，z轴重力分量公式如下：

g_z＝g×cosθ

根据以上公式，通过读取z轴加速度值，就可以反推出θ夹角，也就是z轴与垂直线角度。从而得到踢被器装置的翻转角度。

θ＝arc cos(g_z/g)

如图3所示，结合姿态传感器21和距离传感器，可以测得当前踢被器装置的翻转角度，以及踢被器装置正面最近物体距离。利用这两个参数，可以得到被监测对象的状态，并辅助于算法，从而判断是否有踢被事件。

设置被监测对象平躺，正面佩戴设备，设备正面向上，即姿态传感器21正向向上和距离传感器传感器正面向上。

设置被监测对象身上盖有一件披被，披被作为被测距物体。监测人可以随意翻身，假设被监测对象肩宽D，设备放置中间D/2处。

假设一个距离阈值T，当监测到踢被器装置和披被之间的距离大于T时，则认为披被已经被踢开报警。

距离阈值T不是一个定值，它是根据当前设备翻转角度，而跟随的一个变量值。这部分有以下算法设定：

当0≤θ<90度时，T可以设置为很小的值，接近于零，即设置T＝0。

当90≤θ<180度时，按照三角关系，从设备到水平面的距离为t＝D/(2×tan(θ-90))，T阈值要小于此值，即设置T<D/(2×tan(θ-90))，

当：θ＝180时，代表正面趴下，无法判断是否踢被，无论是披被还是水平面都使得距离为0，提醒被监测对象已正面趴下。

根据以上算法，就可以得到距离阈值T与实时测距距离，两者进行比较，当实时测距距离超过距离阈值T时，认为踢被事件发生。

一种监测踢被的方法，包括以下步骤：

(1)姿态传感器21获取z轴方向加速度值g_z，根据公式θ＝arc cos(g_z/g)，得到踢被器装置的翻转角度θ；

(2)将被监测对象肩宽D输入至主控制模块2；

(3)姿态传感器21将翻转角度θ的数据结果传输至主控制模块2，主控制模块2分析数据θ，若0≤θ<90度，设置距离阈值T为0；若90度≤θ<180度，设置距离阈值T为D/(2×tan(θ-90))；若θ＝180时，无法判断是否踢被，主控制模块2得到被监测对象已正面趴下的结果；

(4)测距模块22实时监测被监测对象和被之间的距离，并且将得到的实时测距距离的数据结果传输至主控制模块2；

(5)主控制模块2将步骤(3)得到的距离阈值T和步骤(4)得到的实时测距距离进行比较，若实时测距距离不大于距离阈值T，则踢被事件未发生；若实时测距距离大于距离阈值T，则踢被事件发生，主控制模块2将踢被事件发生的报警信息传输至报警模块进行报警；若得到θ＝180的结果，主控制模块2将被监测对象已正面趴下的报警信息传输至报警模块进行报警。

实施例2

如图4-5所示，一种带有姿态传感器的踢被器装置，包括壳体、壳体内的主控制模块2和移动终端，壳体包括上壳1和下壳3，在主控制模块2上朝向上壳1的侧面上设置与主控制模块2信号连接的测距模块22和姿态传感器21，上壳1为使用透光材料制成的透光件，壳体内设置有与主控制模块2信号连接的供电模块4和通讯模块，供电模块4为整个系统工作提供能源，供电模块4使用充电电池或一次性电池；通讯模块和移动终端进行数据通讯，移动终端和主控制模块2通过通讯模块可以双向数据传输，移动终端通过通讯模块把指令传输给主控制模块2，主控制模块2通过通讯模块把显示数据和报警信息传送到移动终端，本实施例中通讯模块使用蓝牙通讯；移动终端可以使用APP进行显示和控制也可以使用微信进行显示和控制。使用时，踢被器装置的测距模块22的一侧朝向被子，下壳3贴近使用者的身体。

一种监测踢被的方法，包括以下步骤：

(1)姿态传感器21获取z轴方向加速度值g_z，根据公式θ＝arc cos(g_z/g)，得到踢被器装置的翻转角度θ；

(2)将被监测对象肩宽D输入至主控制模块2；

(3)姿态传感器21将翻转角度θ的数据结果传输至主控制模块2，主控制模块2分析数据θ，若0≤θ<90度，设置距离阈值T为0；若90度≤θ<180度，设置距离阈值T为D/(2×tan(θ-90))；若θ＝180时，无法判断是否踢被，主控制模块2得到被监测对象已正面趴下的结果；

(4)测距模块22实时监测被监测对象和被之间的距离，并且将得到的实时测距距离的数据结果传输至主控制模块2；

(5)主控制模块2将步骤(3)得到的距离阈值T和步骤(4)得到的实时测距距离进行比较，若实时测距距离不大于距离阈值T，则踢被事件未发生；若实时测距距离大于距离阈值T，则踢被事件发生，主控制模块2将踢被事件发生的报警信息通过通讯模块传输至移动终端；若得到θ＝180的结果，主控制模块2将被监测对象已正面趴下的报警信息通过通讯模块传输至移动终端。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带有姿态传感器的踢被器装置，包括壳体和所述壳体内的主控制模块，所述壳体包括上壳和下壳，其特征在于，还包括TOF测距模块、姿态传感器和供电模块，所述测距模块、姿态传感器和供电模块均与所述主控制模块信号连接；

所述姿态传感器包括陀螺仪、加速度计和电子罗盘，所述姿态传感器能够实时反馈出空间矢量上三个坐标轴（x，y，z）的各自加速度分量；

所述TOF测距模块用于实时监测被监测对象和被之间的距离；所述姿态传感器用于监测所述踢被器装置的翻转角度θ；所述供电模块用于向所述踢被器装置供电；所述主控制模块接收TOF测距模块和姿态传感器的数据进行分析和判断踢被结果；

其中，所述姿态传感器获取z轴方向加速度值g_z，根据公式θ= arc cos(g_z/g)，得到所述踢被器装置的翻转角度θ；将被监测对象肩宽D输入至所述主控制模块；所述姿态传感器将所述翻转角度θ的数据结果传输至所述主控制模块，所述主控制模块分析所述翻转角度θ，若0≤θ<90度，设置距离阈值T为0；若90度≤θ<180度，设置距离阈值T为D/（2×tan（θ-90））；若θ=180时，无法判断是否踢被；

所述TOF测距模块实时监测被监测对象和被之间的实时测距距离，并且将得到的所述实时测距距离的数据结果传输至所述主控制模块；所述主控制模块将所述距离阈值T和所述实时测距距离进行比较，若所述实时测距距离不大于所述距离阈值T，则主控制模块得到踢被事件未发生的结果；若所述实时测距距离大于所述距离阈值T，则所述主控制模块得到踢被事件发生的结果；若得到θ=180，则所述主控制模块得到被监测对象已正面趴下的结果。

2.根据权利要求1所述的踢被器装置，其特征在于，所述上壳为使用透光材料制成的透光件。

3.根据权利要求2所述的踢被器装置，其特征在于，所述TOF测距模块位于所述上壳和所述主控制模块之间。

4.根据权利要求1所述的踢被器装置，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块接收所述主控制模块传输的报警信息，所述报警模块以声音、光或气压的形式进行报警。

5.根据权利要求1所述的踢被器装置，其特征在于，所述供电模块为充电电池或一次性电池。

6.根据权利要求1所述的踢被器装置，其特征在于，还包括通讯模块，所述主控制模块通过通讯模块和移动终端进行数据通讯，所述主控制模块通过所述通讯模块把显示数据和报警信息传送到移动终端。

7.一种监测踢被的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：带有姿态传感器的踢被器装置的姿态传感器获取z轴方向加速度值g_z，根据公式θ=arc cos(g_z/g)，得到所述踢被器装置的翻转角度θ；

S2：将被监测对象肩宽D输入至所述踢被器装置的主控制模块；

S3：所述踢被器装置的姿态传感器将翻转角度θ的数据结果传输至主控制模块，主控制模块分析数据θ，若0≤θ<90度，设置距离阈值T为0；若90度≤θ<180度，设置距离阈值T为D/（2×tan（θ-90））；若θ=180时，无法判断是否踢被；

S4：所述踢被器装置的TOF测距模块实时监测被监测对象和被之间的距离，并且将得到的实时测距距离的数据结果传输至主控制模块；

S5：主控制模块将步骤S3得到的距离阈值T和步骤S4得到的实时测距距离进行比较，若实时测距距离不大于距离阈值T，则主控制模块得到踢被事件未发生的结果；若实时测距距离大于距离阈值T，则主控制模块得到踢被事件发生的结果；若得到θ=180，则主控制模块得到被监测对象已正面趴下的结果。

8.根据权利要求7所述的监测踢被的方法，其特征在于，步骤还包括：

S6：若主控制模块得到踢被事件发生的结果，则主控制模块将踢被事件发生的报警信息传输至报警模块进行报警；若主控制模块得到被监测对象已正面趴下的结果，则主控制模块将被监测对象已正面趴下的报警信息传输至报警模块进行报警。

9.根据权利要求7所述的监测踢被的方法，其特征在于，步骤还包括：

S6：若主控制模块得到踢被事件发生的结果，则主控制模块将踢被事件发生的报警信息通过通讯模块传输至移动终端；若主控制模块得到被监测对象已正面趴下的结果，则主控制模块将被监测对象已正面趴下的报警信息通过通讯模块传输至移动终端。