CN110464564A - 一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统 - Google Patents

Abstract

一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统，涉及一种人体体征监测分析系统，解决了现有监护床存在监测设备设置在外围，不适合监狱安防中使用，同时现有的监测设备并无法进行数据远程传输和大数据分析的问题。本发明所述的体重采集模块和呼吸心率采集模块能够实时得到使用者的体重数据、呼吸数据、心率数据，通过通信单元传给网络设备中。经网络设备将体重、呼吸、心率数据传输至监测平台。监测平台获取体重、呼吸、心率后进行大数据分析，判断使用者体征状态，同时可以根据体重数据判断使用者是否离床或为多人状态。本发明适用于监狱安防使用。

Description

一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统

技术领域

本发明涉及一种智能床板及基于该床板的人体体征监测分析系统。

背景技术

目前监狱安防中亟需对监狱服刑人员的管控和健康保障的产品，特别是夜间缺乏相关的自动报警设备。但是医院中使用的对心率、呼吸监护的设备都较贵，长期使用成本较高，不适合大规模长期使用。而监狱中有些人员却必须实时进行体征监测，因此，就需要在床上或床头柜上放置监测的设备，但是很多服刑人员测量体征过程中并不配合，不仅易造成设备的损坏或误触影响测量结果的问题，且易误伤医护人员，同时，现有的监测设备并无法进行数据远程传输和大数据分析。

发明内容

本发明是为了解决现有监护床存在监测设备设置在外围，不适合监狱安防中使用，同时现有的监测设备并无法进行数据远程传输和大数据分析的问题，提出了一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统。

本发明所述的一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统，包括非接触式监测床板1、通信单元2、电源模块4和监测平台3；

电源模块4用于为非接触式监测床板1和通信单元2供电；

非接触式监测床板1用于采集使用者的呼吸频率、心率和体重数据；并将采集的呼吸频率、心率和体重数据传输至通信单元2；

通信单元2用于将接收的非接触式监测床板1采集的呼吸频率、心率和体重数据通过网络发送至监测平台3；

监测平台3用于对接收的呼吸频率、心率和体重数据进行显示，并根据呼吸频率、心率和体重数据对使用者的体征状态进行分析判断，并对使用者的睡眠状态进行评估，同时对评估和判断获得的结果进行显示。

进一步地，非接触式监测床板1包括床板本体、体重采集模块和呼吸心率检测模块102；

床板本体为双层结构，所述体重采集模块和呼吸心率检测模块102均设置在所述双层结构床板之间；

体重采集模块包括多个非接触式压力传感器101，多个非接触式压力传感器101等间隔设置在双层结构床板本体之间，用于采集使用者的体重；

呼吸心率检测模块102用于采集使用者的呼吸频率和心率信号，并将采集的呼吸频率和心率信号传输至通信单元2。

进一步地，监测平台3包括显示模块301、状态分析模块302、设置模块303、睡眠状态评估模块304、控制器305和报警模块306；

设置模块303用于为监控人员提供参数设置端口，向控制器305发送体征状态分析参数标准和睡眠状态评估参数标准；

体征状态分析参数标准包括体重标准范围、呼吸频率标准范围和心率标准范围；

睡眠状态评估参数标准包括深睡状态的呼吸频率范围、心率范围和体重范围；浅睡状态的呼吸频率范围、心率范围和体重范围；

控制器305用于接收通信单元2发送的实时采集的呼吸频率、心率和体重数据，将接收的数据同时发送至显示模块301、状态分析模块302和睡眠状态评估模块304；

所述控制器305还用于接收设置模块303发送的体征状态分析参数标准范围和睡眠状态评估参数标准范围，并将接收的参数标准范围分别对应发送至状态分析模块302和睡眠状态评估模块304；

还用于接收状态分析模块302发送的使用者体征状态判断分析结果和睡眠状态评估模块304发送的使用者的睡眠状态评估结果；并将使用者的睡眠状态评估结果和使用者体征状态判断分析结果发送至显示模块301；

状态分析模块302用于利用接收的体征状态分析参数标准范围和实时采集的呼吸频率、心率和体重数据，对使用者的体征状态进行分析判断，并将判断获得的使用者体征状态发送至控制器305；所述使用者体征状态包括正常状态和异常状态；

睡眠状态评估模块304用于利用接收的睡眠状态评估参数标准范围和实时采集的体重和呼吸心率数据，对使用者的是否进入睡眠和睡眠深度进行判断；利用用者每个睡眠周期内的深度睡眠时间和浅度睡眠时间，对使用者的睡眠状态进行评估，并将评估结果发送至控制器305；

报警模块306用于接收控制器305发送的报警信号，进行声光或无线报警；

显示模块301用于对接收控制器305发送的使用者的睡眠状态评估结果、使用者体征状态判断分析结果、实时采集的呼吸频率、心率和体重数据进行显示。

当有使用者躺在本发明所述监测床板上的时候，体重采集模块和呼吸心率检测模块102能够实时得到使用者的体重数据、呼吸数据、心率数据，而后，通信单元2传给网络设备中。而后将体重、呼吸、心率数据传输至客户端中心。客户端中心获取体重、呼吸、心率后进行大数据分析，避免了人工定期测量，同时由于测量模块均位于床板的内部，避免了使用人员误触或者破坏，保证了测量数据的准确性。

本发明的具体效果为：

1.状态分析模块302实时对体征状态进行判断，显示模块301在电脑界面显示当前体征，并且根据使用人员的体征状态，不仅可以获知使用人员的体征状态是否正常，同时可以获得床板上为多人状态或离床状态，不仅实现对使用人员的体征状态检测判断，同时可以对使用人员是否卧床、是否多人在一张床上进行检测报警。

2.状态分析模块302存储一段时间数据进行判断，判断使用人员是否进入睡眠状态，并可以对使用者的睡眠状态进行评估。

3.睡眠状态评估模块304存储较长时间数据，对使用人员这段时间的睡眠质量进行评估，并作为使用人员健康状态评估的参考。采用非接触式测量，有效的实现了同时进行数据远程传输和大数据分析。

附图说明

图1是本发明所述基于自动检测和远程分析的智能床板系统的原理框图；

图2是非接触式监测床板的电气原理框图；

图3是非接触式监测床板内部结构示意图；

图4是非接触式监测床板的俯视图；

图5是非接触式监测床板的仰视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统，包括非接触式监测床板1、通信单元2、电源模块4和监测平台3；

电源模块4用于为非接触式监测床板1和通信单元2供电；

非接触式监测床板1用于采集使用者的呼吸频率、心率和体重数据；并将采集的呼吸频率、心率和体重数据传输至通信单元2；

通信单元2用于将接收的非接触式监测床板1采集的呼吸频率、心率和体重数据通过网络发送至监测平台3；

监测平台3用于对接收的呼吸频率、心率和体重数据进行显示，并根据呼吸频率、心率和体重数据对使用者的体征状态进行分析判断，并对使用者的睡眠状态进行评估，同时对评估和判断获得的结果进行显示。

进一步地，非接触式监测床板1包括床板本体、体重采集模块和呼吸心率检测模块102；

床板本体为双层结构，所述体重采集模块和呼吸心率检测模块102均设置在所述双层结构床板之间；

体重采集模块包括多个非接触式压力传感器101，多个非接触式压力传感器101等间隔设置在双层结构床板本体之间，用于采集使用者的体重；

呼吸心率检测模块102用于采集使用者的呼吸频率和心率信号，并将采集的呼吸频率和心率信号传输至通信单元2。

本实施方式中非接触式压力传感器101输出电压同压力传感器的受力端所受压力成线性关系。对多个传感器进行受力分析可以知道，多个应变式所受到的压力都是一样的，数值大小都等于床板以及上面人的向下的压力。通过将多个重力传感器的输出并在一块，取得其最大的电压，AD采样过后得到其数值。在初次使用时，通过使用砝码校准得到床板以及上面人的向下的压力的变换值dF到最大输出电压变化值dV变换系数，记录床上无人时向下压力对应的最大输出电压，将有人时最大输出电压减去无人时最大输出电压，再同变换系数dV相乘，得到人的体重值。

本实施方式中的通信单元2采用蓝牙模块实现，蓝牙模块通过服务器或者无线网络将数据传输至控制器。

本实施方式中，体重采集模块采用应变式重力传感器实现。呼吸心率检测模块102采用非接触式呼吸心率传感器实现，具体采用采用生物雷达实现。床板本体103还包括矩形床架106，所述矩形床架106用于固定双层结构的床板本体103。矩形床架的内侧面固定有向内延伸的金属板104，所述金属板104位于双层结构床板本体103之间，且所述金属板用于固定体重采集模块。还包括多个防水防爆盒体107，所述防水防爆盒体107用于放置非接触式呼吸心率传感器和电源模块3。矩形床架106的两条长边之间设置有多个横梁105，所述多个横梁105均与矩形床架106的两条长边垂直。

进一步地，监测平台3包括显示模块301、状态分析模块302、设置模块303、睡眠状态评估模块304、控制器305和报警模块306；

设置模块303用于为监控人员提供参数设置端口，向控制器305发送体征状态分析参数标准和睡眠状态评估参数标准；

体征状态分析参数标准包括体重标准范围、呼吸频率标准范围和心率标准范围；(体重标准范围为根据使用人员标准体重上下浮动4千克，呼吸频率标准范围为15次/分钟～20次/分钟，心率的标准范围为60次/分～100次/分；特殊人群的参数标准可以根据实际情况进行设定)

睡眠状态评估参数标准包括深睡状态的呼吸频率范围、心率范围和体重范围；浅睡状态的呼吸频率范围、心率范围和体重范围；体重标准范围为根据使用人员标准体重上下浮动3千克，呼吸频率标准范围为15次/分钟～20次/分钟，心率为50次/分钟～70次/分钟；特殊人群睡眠状态的参数标准可以根据实际情况进行设定；

控制器305用于接收通信单元2发送的实时采集的呼吸频率、心率和体重数据，将接收的数据同时发送至显示模块301、状态分析模块302和睡眠状态评估模块304；

所述控制器305还用于接收设置模块303发送的体征状态分析参数标准范围和睡眠状态评估参数标准范围，并将接收的参数标准范围分别对应发送至状态分析模块302和睡眠状态评估模块304；

还用于接收状态分析模块302发送的使用者体征状态判断分析结果和睡眠状态评估模块304发送的使用者的睡眠状态评估结果；并将使用者的睡眠状态评估结果和使用者体征状态判断分析结果发送至显示模块301；

状态分析模块302用于利用接收的体征状态分析参数标准范围和实时采集的呼吸频率、心率和体重数据，对使用者的体征状态进行分析判断，并将判断获得的使用者体征状态结果发送至控制器305；所述使用者体征状态包括正常状态和异常状态；

睡眠状态评估模块304用于利用接收的睡眠状态评估参数标准范围和实时采集的体重和呼吸心率数据，对使用者的是否进入睡眠和睡眠深度进行判断；利用用者每个睡眠周期内的深度睡眠时间和浅度睡眠时间，对使用者的睡眠状态进行评估，并将评估结果发送至控制器305；

报警模块306用于接收控制器305发送的报警信号，进行声光或无线报警；

显示模块301用于对接收控制器305发送的使用者的睡眠状态评估结果、使用者体征状态判断分析结果、实时采集的呼吸频率、心率和体重数据进行显示。

本实施方式所述的睡眠状态评估模块实现根据使用人员的睡眠时间和睡眠的状态对使用人员的睡眠状态进行评估，由于人在睡眠状态中才能得到最好的休息，有利于身体的各个器官进行排毒、修养，同时，当身体出险疾病状态时，经常会处于浅眠的状态，无法进入深度睡眠，因此，监护人员只需要根据使用人员的睡眠状态就可以实现对使用者的睡眠状态进行评估。

进一步地，状态分析模块302对使用者体征状态进行分析判断的具体方法为：状态分析模块302对使用者体征状态进行分析判断的具体方法为：

利用控制器305发送的状态分析的参数标准范围，与实时采集的体重、心率和呼吸频率数据分别进行对比；判断对比结果是否满足采集的体重数据、心率数据和呼吸频率数据均位于参数标准范围内时，使用者的体征状态正常，为正常状态；否则，为异常状态。

异常状态中当采集的体重数据小于体重标准范围最小值时，心率数据或呼吸频率数据均小于标准范围的最小值时，监测床的使用人员为离床状态；

当采集的体重数据大于体重标准范围最大值时，心率数据或呼吸频率数据均位于标准范围内时，监测床为多人使用状态。其他状态时为体征状态异常或非接触式监测床板1状态异常。

进一步地，睡眠状态评估模块304对使用者的睡眠状态进行分析的具体方法为：

步骤一、判断使用人员预设时间段T内使用人员的体征状态是否保持正常；若是，则执行步骤二、否则，使用者状态异常；

步骤二、判断预设时间段T内，使用人员的心率数据是否满足保持在M1～M2范围内，且使用人员的体重数据变化范围是否保持小于N2，若是使用人员进入睡眠状态，记录进入睡眠状态的时间；执行步骤三，否则，使用者未进入睡眠状态；

步骤三、判断使用人员在进入睡眠状态后的时间内体重数据变化范围是否保持小于N1，若是，则使用人员为深度睡眠状态，否则，若使用人员的体重变化范围是否保持处于N1～N2之间，则使用人员为浅度睡眠状态；其中，N1小于N2，且N1大于0。

本实施方式中，通常当使用者处在睡眠状态时，心率为50次/分钟～70次/分钟(M1～M2)，当使用者的体重数据的波动范围保持小于1千克时，使用者处于深度睡眠状态，当使用者的体重波动范围在1千克到3千克之间变化时，(N2为3千克，N1为1千克)使用者处于浅眠状态，当体重的波动范围保持在小于1千克和/或1千克到3千克之间时间T后，说明使用者已经进入睡眠状态。

进一步地，睡眠状态评估模块304对使用者的睡眠状态进行评估的具体方法为：

判断使用者的一个睡眠周期内深度睡眠的时间是否大于2小时，或者判断一个睡眠周期内浅度睡眠的时间是否大于3小时；当一个睡眠周期内深度睡眠的时间大于2小时，或者判断一个睡眠周期内浅度睡眠的时间大于3小时，则该睡眠周期为睡眠状态良好，否则，该睡眠周期，为睡眠不足状态。

判断当前时间段T内使用者的n个睡眠周期中，睡眠状态良好的睡眠周期与睡眠不足状态的比例是否大于4/5，若是则使用者当前时间段T内的睡眠状态良好，健康状态良好，否则，判断当前时间段T内睡眠状态良好的睡眠周期与睡眠不足状态的比例是否大于2/3，若是，则使用者当前时间段T内为睡眠不足；长时间的睡眠不足，使用人员处于亚健康状态，当使用者当前时间段T内睡眠状态良好的睡眠周期与睡眠不足状态的比例小于2/3，使用者睡眠状态差，健康状态差。

深度睡眠以及浅度睡眠的时间，来判断使用者的睡眠状态状况，当一个睡眠周期浅度睡眠时间低于3个小时，或者深度睡眠时间低于2个小时时，使用者处于睡眠不足的状态；而当长时间的浅度睡眠高于3个小时，而深度睡眠低于2个小时，使用者处于亚健康状态。

监护人员可以根据使用者较长的一段时间(以天或月为单位)内使用人员的睡眠时间、深度睡眠的时间和浅睡眠的时间的时长，进而确定使用者休息程度，实现对使用者的健康状态进行评估。研究表明，占整个睡眠时间大约55％的浅睡期和轻睡期，对解除疲劳作用甚微，而只有进入深睡眠状态的中睡期、深睡期及快速眼动睡眠期，才对解除疲劳有较大作用。因为在深睡眠状态下，大脑皮层细胞处于充分休息状态，这对于消除疲劳、恢复精力、免疫抗病等都有至关重要的作用。然而这种深度睡眠，只占整个睡眠时间的25％。因此对睡眠好坏的评价，不能光看时间，更重要的是看质量。提高睡眠质量，最终要看深度睡眠时间的长短。足够的深度睡眠和浅度睡眠能够保证人体的健康状态，同时当人的身体出现亚健康状态时，一般都会导致人的精神紧张，焦虑，具体反映在深度睡眠时间的明显减少，导致身体的疲劳。

本发明采用非接触的方式采集使用者的体重、心率和呼吸频率数据，且数据采集部分设置在床内，有效的避免了在测量过程中使用人员由于不配合或误触造成设备的损坏或测量结果不准确的问题，同时，采用通信单元2实时对数据进行传输，并采用监测平台3对采集的数据进行分析、评估获得使用者的体征状态和健康状况。并可以在一段时间后打印一次使用者的健康状态评估报告，这样使用者能够清楚的了解过去的一端时间内身体情况。

在电源模块的供电下，心率呼吸采集模块和体重采集模块采集数据经过蓝牙通信模块发送给网络设备或者经过服务器发送给网络设备，网络设备将这些数据传送给客户端中心，客户端中心通过对数据的分析处理，显示出人的体征、状态，在检测到处于非体征正常状态时进行报警，同时客户端中心在对数据进行一段时间存储后，分析得出人的健康状况。

本发明主要针对非合作人群或者失去行为能力的特殊人群，比如重病患者、精神类患者、监狱服刑人员等，针对其称量身体状态和体征不方便的情况，避免其对接触式监测仪器的不配合，进行非接触的生命体征监测，节省了检测设备的成本。再通过远程传输，后台大数据处理，可进行健康状况变化分析，通过异常体征报警，提高了监管能力和生命保障能力，尤其适用于监狱中需要监管的人员使用，本发明所述的监测床不仅能监测体征，还能够检测出使用人员是否离床，这样就有效的实现在夜间对监狱需要监管的人员的状态进行进一步监管，当被监管人员离床时，即可进行报警或者离床时间超过预设时间进行报警，同时，本发明所述装置还可以实现多人状态的采集，当出现多人状态时进行报警，避免了事故的发生。有效的实现了在无人监管时刻对需要监管人员的监管。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (6)

1.一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统，其特征在于，包括非接触式监测床板(1)、通信单元(2)、电源模块(4)和监测平台(3)；

电源模块(4)用于为非接触式监测床板(1)和通信单元(2)供电；

非接触式监测床板(1)用于采集使用者的呼吸频率、心率和体重数据；并将采集的呼吸频率、心率和体重数据传输至通信单元(2)；

通信单元(2)用于将接收的呼吸频率、心率和体重数据通过网络发送至监测平台(3)；

监测平台(3)用于对接收的呼吸频率、心率和体重数据进行显示，并根据呼吸频率、心率和体重数据对使用者的体征状态进行分析判断，并对使用者的睡眠状态进行评估，同时对评估和判断获得的结果进行显示。

2.根据权利要求1所述一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统，其特征在于，非接触式监测床板(1)包括床板本体、体重采集模块和呼吸心率检测模块(102)；

床板本体为双层结构，所述体重采集模块和呼吸心率检测模块(102)均设置在所述双层结构床板之间；

体重采集模块包括多个非接触式压力传感器(101)，多个非接触式压力传感器(101)等间隔设置在双层结构床板本体之间，用于采集使用者的体重；

呼吸心率检测模块(102)用于采集使用者的呼吸频率和心率信号，并将采集的呼吸频率和心率信号传输至通信单元(2)。

3.根据权利要求1或2所述一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统，其特征在于，监测平台(3)包括显示模块(301)、状态分析模块(302)、设置模块(303)、睡眠状态评估模块(304)、控制器(305)和报警模块(306)；

设置模块(303)用于为监控人员提供参数设置端口，向控制器(305)发送体征状态分析参数标准和睡眠状态评估参数标准；

体征状态分析参数标准包括体重标准范围、呼吸频率标准范围和心率标准范围；

睡眠状态评估参数标准包括深睡状态的呼吸频率范围、心率范围和体重范围；浅睡状态的呼吸频率范围、心率范围和体重范围；

控制器(305)用于接收通信单元(2)发送的实时采集的呼吸频率、心率和体重数据，将接收的数据同时发送至显示模块(301)、状态分析模块(302)和睡眠状态评估模块(304)；

所述控制器(305)还用于接收设置模块(303)发送的体征状态分析参数标准范围和睡眠状态评估参数标准范围，并将接收的参数标准范围分别对应发送至状态分析模块(302)和睡眠状态评估模块(304)；

还用于接收状态分析模块(302)发送的使用者体征状态判断分析结果和睡眠状态评估模块(304)发送的使用者的睡眠状态评估结果；并将使用者的睡眠状态评估结果和使用者体征状态判断分析结果发送至显示模块(301)；

状态分析模块(302)用于利用接收的体征状态分析参数标准范围和实时采集的呼吸频率、心率和体重数据，对使用者的体征状态进行分析判断，并将判断获得的使用者体征状态发送至控制器(305)；所述使用者体征状态包括正常状态和异常状态；

睡眠状态评估模块(304)用于利用接收的睡眠状态评估参数标准范围和实时采集的体重和呼吸心率数据，对使用者的是否进入睡眠和睡眠深度进行判断；利用用者每个睡眠周期内的深度睡眠时间和浅度睡眠时间，对使用者的睡眠状态进行评估，并将评估结果发送至控制器(305)；

报警模块(306)用于接收控制器(305)发送的报警信号，进行声光或无线报警；

显示模块(301)用于对接收控制器(305)发送的使用者的睡眠状态评估结果、使用者体征状态判断分析结果、实时采集的呼吸频率、心率和体重数据进行显示。

4.根据权利要求1所述一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统，其特征在于，状态分析模块(302)对使用者体征状态进行分析判断的具体方法为：

利用控制器(305)发送的状态分析的参数标准范围，与实时采集的体重、心率和呼吸频率数据分别进行对比；判断对比结果是否满足采集的体重数据、心率数据和呼吸频率数据均位于参数标准范围内时，使用者的体征状态正常，为正常状态；否则，为异常状态。

5.根据权利要求1所述一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统，其特征在于，睡眠状态评估模块(304)对使用者的是否进入睡眠和睡眠深度进行判断的具体方法为：

步骤一、判断使用人员预设时间段T内使用人员的体征状态是否保持正常；若是，则执行步骤二、否则，使用者体征状态异常；

步骤二、判断预设时间段T内，使用人员的心率数据是否满足保持在M1～M2范围内，且使用人员的体重数据变化范围是否保持小于N2，若是使用人员进入睡眠状态，记录进入睡眠状态的时间；执行步骤三，否则，使用者未进入睡眠状态；

步骤三、判断使用人员在进入睡眠状态后的时间内体重数据变化范围是否保持小于N1，若是，则使用人员为深度睡眠状态，否则，若使用人员的体重变化范围是否保持处于N1～N2之间，则使用人员为浅度睡眠状态；其中，N1小于N2，且N1大于0。

6.根据权利要求1所述一种基于自动检测和远程分析的智能床板系统，其特征在于，睡眠状态评估模块(304)对使用者的睡眠状态进行评估的具体方法为：

判断使用者的一个睡眠周期内深度睡眠的时间是否大于2小时，或者判断一个睡眠周期内浅度睡眠的时间是否大于3小时；当一个睡眠周期内深度睡眠的时间大于2小时，或者判断一个睡眠周期内浅度睡眠的时间大于3小时，则该睡眠周期为睡眠状态良好，否则，该睡眠周期，为睡眠不足状态。