CN113040729A - 一种用于无人看护的生命体征监测装置 - Google Patents

一种用于无人看护的生命体征监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于无人看护的生命体征监测装置，包括加密部分和解密部分，加密部分包括呼吸雷达传感器、第一ARM最小系统，第一可信计算模块TCM，解密部分包括第二ARM最小系统、第二可信计算模块TCM，本发明能够实现ARM处理器与呼吸雷达模块间的通信，可检测被测人员的相关生命体征(如血压、心跳、睡眠深度、睡眠呼吸率等)和行为状态(如离床状态、体动等)数据，通过可信计算技术建立运行环境通信安全机制将该数据安全的上传到应用平台进行处理和分析，若出现异常可提醒相关监护人员及时采取干预措施。

Description

一种用于无人看护的生命体征监测装置
技术领域
本发明涉及睡眠质量监测领域，具体涉及一种用于无人看护的生命体征监测装置。
背景技术
在现有市场中，有一些生命体征监测装置的装置或产品，但其应用场景不同，以下罗列了现有的部分产品并简单分析了其优缺点：
(1)智能穿戴类：如智能手环、粘贴式RFID等对人的脉搏、呼吸率、运动状态等进行采集和分析，判断人的行为及睡眠情况。主要缺点是属于入侵式设备，蓝牙、4G或WiFi通信，数据在互联网传输，无专用数据加密硬件，数据安全无保障。
(2)智能手机应用程序类：主要缺点是效果不精准，离开手机不能使用，蓝牙、4G或WiFi通信，数据在互联网传输，无专用数据加密硬件，数据安全无保障。
(3)睡眠追踪器监测：睡眠追踪器是专为床上设计的产品，可以测量到用户的心跳、呼吸和人躺在床上的运动状态。优点是无需穿戴，舒适性较高，缺点是供电方式存在一定安全隐患，蓝牙或WiFi通信，数据在互联网传输，无专用数据加密硬件，数据安全级别较低。
(4)多导睡眠监测(PSG)：PSG属于医学常用全面的睡眠检测，主要用于临床上诊断睡眠障碍(睡眠呼吸暂停、发作性睡病、周期性肢动症等)，造价高，直接接触人体，对人体产生一定约束，不适合实时在线监测。
(5)基于毫米波的生物雷达传感器：该类设备主要安装在床头柜、床垫底下，能够监测睡眠时长、睡眠深度、呼吸率等数据，优势是判断精度高，覆盖范围广，实时性好，穿透能力强等，但同样是安装到容易接触的地方，蓝牙或WiFi通信，软件部署在手机或公共网络环境下，没有专门的数据加密模块，数据安全无保障，不适合应用在对物理环境及数据通信安全性要求较高的场景。
在上述装置或产品中，基于毫米波的生物雷达传感器由于具备判断精度高，覆盖范围广，实时性好，穿透能力强且无接触等优点而被广泛应用，但其缺乏数据安全性保障的缺点使其对于安全性要求较高的场所不太适用。而本发明充分利用了基于毫米波的生物雷达传感器的优点，并采用可信计算核心硬件可信平台模块(Trusted Platform Module，TPM)构建硬件安全模块。为系统提供硬件加密算法以实现身份认证和数据加解密功能，在系统被入侵时提供篡改留证，且当一个节点被强制破解后该节点会永久性损坏，从而切断了入侵途径，使攻击者无法通过入侵节点攻入网络。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明设计了一款可实时监测被测人员相关生命体征和行为状态的智能装置。本发明中的智能装置可实时采集被测人员的相关生命体征(如血压、心跳、睡眠深度、睡眠呼吸率等)和行为状态(如离床状态、体动等)数据，且通过可信计算技术建立运行环境通信安全机制，可保障数据传输的高安全性；本发明装置结合相关睡眠分析方法可实时监测和预警，并提醒相关监护人员及时采取干预措施，最终实现“机器换人”的智慧化看护的目的。
本发明提供的技术方案具体为：一种用于无人看护的生命体征监测装置，包括加密部分和解密部分，加密部分包括呼吸雷达传感器、第一ARM最小系统，第一可信计算模块TCM，解密部分包括第二ARM 最小系统、第二可信计算模块TCM。
进一步地，所述加密部分中呼吸雷达传感器通过总线与第一ARM最小系统相连，所述第一ARM最小系统通过IO接口与第一可信计算模块TCM相连，第一ARM最小系统通过USART与网络模块相连。
进一步地，所述解密部分的第二ARM最小系统通过IO接口与第二可信计算模块TCM相连，所述第二ARM最小系统通过USB接口与服务器相连。
进一步地，所述加密部分将数据加密后通过以太网传输到解密部分的目标服务器，目标服务器验证通过后进行解密并使用。
进一步地，所述的第一ARM最小系统、第二ARM最小系统均包括供电芯片、供电单元、MCU，所述的第一可信计算模块TCM、第二可信计算模块TCM均主要由可信计算芯片构成。
进一步地，包括客户端和服务器端，其工作流程分别为：
(1)客户端工作流程：
1)客户端的第一ARM最小系统控制单元进行系统初始化；
2)第一ARM最小系统控制单元获取MCU芯片ID、网络模块ID、呼吸雷达模块ID，并通过第一可信计算模块TCM进行身份校验，身份校验成功则计算出节点ID，发送命令熔断第一可信计算模块TCM 内部芯片的寄存器并写入通道；
3)身份校验成功则系统正常运行，错误则停止运行；
4)判断当前节点ID是否收到服务器端发送的禁用命令，若收到则停止运行，未收到则继续运行；
5)读取呼吸雷达模块采集的数据，通过第一可信计算模块TCM进行随机数的AES128加密，并计算摘要；
6)将加密数据和当前节点ID通过网络发送到目标服务器端；
(2)服务器端工作流程：
1)客户端的第一ARM最小系统控制单元进行系统初始化；
2)等待接收客户端发送的数据；
3)判断是否有数据，若没有收到数据则继续等待，若收到数据则调用第二可信计算模块TCM对数据进行摘要验证；
4)若摘要验证成功则解密数据并使用，验证失败则标记失败，失败次数越多则认为该节点ID风险越大；
判断该节点ID验证失败次数是否达到上限，若达到上限则向客户端发送禁用该节点ID的命令，并关闭网络连接请求，否则继续等待接收数据。
采用以上结构后，本发明具有如下优点：
本发明能够实现ARM处理器与呼吸雷达模块间的通信，可检测被测人员的相关生命体征(如血压、心跳、睡眠深度、睡眠呼吸率等)和行为状态(如离床状态、体动等)数据，通过可信计算技术建立运行环境通信安全机制将该数据安全的上传到应用平台进行处理和分析，若出现异常可提醒相关监护人员及时采取干预措施。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一种用于无人看护的生命体征监测装置的结构示意图；
图2为本发明一种用于无人看护的生命体征监测装置实施例中所采用的设备框图；
图3为本发明一种用于无人看护的生命体征监测装置的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例
一种用于无人看护的生命体征监测装置，包括加密部分和解密部分，加密部分包括呼吸雷达传感器、第一ARM最小系统，第一可信计算模块TCM，解密部分包括第二ARM最小系统、第二可信计算模块TCM。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述加密部分中呼吸雷达传感器通过总线与第一ARM最小系统相连，所述第一ARM最小系统通过IO接口与第一可信计算模块TCM相连，第一ARM最小系统通过USART 与网络模块相连。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述解密部分的第二ARM最小系统通过IO接口与第二可信计算模块TCM相连，所述第二ARM最小系统通过USB接口与服务器相连。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述加密部分将数据加密后通过以太网传输到解密部分的目标服务器，目标服务器验证通过后进行解密并使用。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述的第一ARM最小系统、第二ARM最小系统均包括供电芯片、供电单元、MCU，所述的第一可信计算模块TCM、第二可信计算模块TCM均主要由可信计算芯片构成。其中，MCU采用意法半导体公司生产的STM32芯片，使用维芯公司生产的3.3V 12A的电源适配器进行供电，型号为LM2596，采用英凯尔公司生产的ATSHA204A和宏发盛业电子生产的AES132组装TCM芯片，进行身份验证、加密和解密。
作为本实施例较佳实施方案的是，包括客户端和服务器端，其工作流程分别为：
(1)客户端工作流程：
1)客户端的第一ARM最小系统控制单元进行系统初始化；
2)第一ARM最小系统控制单元获取MCU芯片ID、网络模块ID、呼吸雷达模块ID，并通过第一可信计算模块TCM进行身份校验，身份校验成功则计算出节点ID，发送命令熔断第一可信计算模块TCM 内部芯片的寄存器并写入通道；
3)身份校验成功则系统正常运行，错误则停止运行；
4)判断当前节点ID是否收到服务器端发送的禁用命令，若收到则停止运行，未收到则继续运行；
5)读取呼吸雷达模块采集的数据，通过第一可信计算模块TCM进行随机数的AES128加密，并计算摘要；
6)将加密数据和当前节点ID通过网络发送到目标服务器端；
(2)服务器端工作流程：
1)客户端的第一ARM最小系统控制单元进行系统初始化；
2)等待接收客户端发送的数据；
3)判断是否有数据，若没有收到数据则继续等待，若收到数据则调用第二可信计算模块TCM对数据进行摘要验证；
4)若摘要验证成功则解密数据并使用，验证失败则标记失败，失败次数越多则认为该节点ID风险越大；
5)判断该节点ID验证失败次数是否达到上限，若达到上限则向客户端发送禁用该节点ID的命令，并关闭网络连接请求，否则继续等待接收数据。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于无人看护的生命体征监测装置，其特征在于，包括加密部分和解密部分，加密部分包括呼吸雷达传感器、第一ARM最小系统，第一可信计算模块TCM，解密部分包括第二ARM最小系统、第二可信计算模块TCM。
2.根据权力要求1所述的一种用于无人看护的生命体征监测装置，其特征在于：所述加密部分中呼吸雷达传感器通过总线与第一ARM最小系统相连，所述第一ARM最小系统通过IO接口与第一可信计算模块TCM相连，第一ARM最小系统通过USART与网络模块相连。
3.根据权力要求1所述的一种用于无人看护的生命体征监测装置，其特征在于：所述解密部分的第二ARM最小系统通过IO接口与第二可信计算模块TCM相连，所述第二ARM最小系统通过USB接口与服务器相连。
4.根据权力要求1所述的一种用于无人看护的生命体征监测装置，其特征在于：所述加密部分将数据加密后通过以太网传输到解密部分的目标服务器，目标服务器验证通过后进行解密并使用。
5.根据权力要求1所述的一种用于无人看护的生命体征监测装置，其特征在于：所述的第一ARM最小系统、第二ARM最小系统均包括供电芯片、供电单元、MCU，所述的第一可信计算模块TCM、第二可信计算模块TCM均主要由可信计算芯片构成。
6.根据权力要求1-5中任一项所述的一种用于无人看护的生命体征监测装置，其特征在于，包括客户端和服务器端，其工作流程分别为：
(1)客户端工作流程：
1)客户端的第一ARM最小系统控制单元进行系统初始化；
2)第一ARM最小系统控制单元获取MCU芯片ID、网络模块ID、呼吸雷达模块ID，并通过第一可信计算模块TCM进行身份校验，身份校验成功则计算出节点ID，发送命令熔断第一可信计算模块TCM内部芯片的寄存器并写入通道；
3)身份校验成功则系统正常运行，错误则停止运行；
4)判断当前节点ID是否收到服务器端发送的禁用命令，若收到则停止运行，未收到则继续运行；
5)读取呼吸雷达模块采集的数据，通过第一可信计算模块TCM进行随机数的AES128加密，并计算摘要；
6)将加密数据和当前节点ID通过网络发送到目标服务器端；
(2)服务器端工作流程：
1)客户端的第一ARM最小系统控制单元进行系统初始化；
2)等待接收客户端发送的数据；
3)判断是否有数据，若没有收到数据则继续等待，若收到数据则调用第二可信计算模块TCM对数据进行摘要验证；
4)若摘要验证成功则解密数据并使用，验证失败则标记失败，失败次数越多则认为该节点ID风险越大；
5)判断该节点ID验证失败次数是否达到上限，若达到上限则向客户端发送禁用该节点ID的命令，并关闭网络连接请求，否则继续等待接收数据。
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