CN113180628A - 一种可穿戴监测设备 - Google Patents

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盛宇波
田静
周澜
钟伟
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Abstract

本发明公开了一种可穿戴监测设备，包括智能手环、随身终端、服务器、远程终端；所述智能手环用于将获取数据传输至所述随身终端；所述随身终端用于接收所述智能手环获取的数据，并把数据上传至所述服务器；所述服务器用于接收、解包和识别所述随身终端上传的数据，并把数据分发至远程终端；所述远程终端用于接收、解包和查看所述服务器分发的数据。老人的随身终端通过服务器把数据传输至亲属们的远程终端上，亲属们可以远程查看老人的心率、运动步数、是否意外跌倒，进一步的提高了老人的安全性，当老人健康出现问题时，亲属们能够及时的知晓。

Description

一种可穿戴监测设备
技术领域
本发明涉及可穿戴监测设备技术领域，尤其涉及一种可穿戴监测设备。
背景技术
智能手环是一种穿戴式智能设备，通过智能手环用户可以记录日常生活中的锻炼、睡眠部分还有饮食等实时数据，并将这些数据与手机、平板电脑和笔记本同步，起到通过数据指导健康生活的作用。
但是智能手环并不具有监测用户心率、采集用户行走步数、判断用户是否跌倒等功能，不利于老年用户的使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种可穿戴监测设备，对太赫兹波具有极好的吸收能力，且具有偏振不敏感特性以及宽入射角度特性。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
本发明提供了一种可穿戴监测设备，包括智能手环、随身终端、服务器、远程终端；
所述智能手环用于将获取数据传输至所述随身终端；
所述随身终端用于接收所述智能手环获取的数据，并把数据上传至所述服务器；
所述服务器用于接收、解包和识别所述随身终端上传的数据，并把数据分发至远程终端；
所述远程终端用于接收、解包和查看所述服务器分发的数据。
进一步地，所述智能手环内置有光电反射式传感器、三轴加速度传感器、处理器、无线传输模块和显示屏；
所述光电反射式传感器用于采集人体心率数据；
所述三轴加速度传感器用于获取人体运动状态数据；
所述处理器用于进行人体心率和人体运动状态数据处理；
所述无线传输模块用于所述智能手环与随身终端之间的无线数据传输；
所述显示屏用于显示人体心率数据和人体运动状态数据。
进一步地，所述无线传输模块选用蓝牙模块或GPRS模块。
进一步地，所述远程终端设置为若干个。
进一步地，所述光电反射式传感器的处理步骤如下：
采集连续的脉冲波信号，并获取脉冲波信号Signal的波峰和波谷，寻找心跳脉冲的时间差得出每分钟心跳次数BPM，脉冲波信号下降时更新判定阈值；
检测采集的脉冲波信号，判断脉冲波信号大于判定阈值且传入脉冲波信号大于波峰P，则更新波峰的值P＝Signal；
若检测到脉冲波信号，判断脉冲波信号小于判定阈值且传入脉冲波信号小于波谷T，则更新波谷的值T＝Signal；
若设定时间未检测到脉冲波信号，则复位波峰P、波谷T、阈值和首次心跳时间的标志位；
若脉冲波信号Signal值大于判定阈值且Pulse标志位为真，记录IBI为两个峰值的时间差，记录当前峰值和当前时间，更新跟踪下一次的脉冲波信号，通过式子一分钟/峰值间隔来计算心率；
若脉冲波信号Signal值不是大于判定阈值且Pulse标志位为真，则一次脉冲已过且脉冲开始下降；
当脉冲开始下降小于判定阈值且Pulse标志位为真时，将心跳检测置为假；
进行阈值的更新，当脉冲波信号Signal值小于判定阈值且心跳标志位为真时，置Pulse标志位为假，将判定阈值赋给峰谷用于下一次的判别。
进一步地，所述三轴加速度传感器的处理步骤如下：
获取摆臂的三轴加速度；
对所述获取模块获取的三轴加速度进行处理得到向量幅值mpudata；
将处理得到向量幅值mpudata进入DeepCheck跌倒判定处理函数判断手环佩戴者是否发生跌倒；
若判断向量幅值mpudata小于跌倒阈值，则没有发生跌倒，复位对应的判定标志位；
若判断向量幅值mpudata大于跌倒阈值，则进行正常运动阈值的判别，若向量幅值mpudata大于跌倒阈值的时间至少为0.6ms且在正常运动的加速度阈值二的范围内时间至少为0.4ms，则判断为跌倒。
进一步地，所述三轴加速度传感器包括：
采集模块，用于获取摆臂的三轴加速度；
处理模块，用于对所述获取模块获取的三轴加速度进行处理得到向量幅值mpudata；
判断模块，用于将处理得到向量幅值mpudata进入DeepCheck跌倒判定处理函数判断手环佩戴者是否发生跌倒：
若判断向量幅值mpudata小于跌倒阈值，则没有发生跌倒，复位对应的判定标志位；
若判断向量幅值mpudata大于跌倒阈值，则进行正常运动阈值的判别，若向量幅值mpudata大于跌倒阈值的时间至少为0.6ms且在正常运动的加速度阈值二的范围内时间至少为0.4ms，则判断为跌倒。
本发明的有益效果：
老人的随身终端通过服务器把健康数据传输至亲属们的远程终端上，亲属们可以远程查看老人的心率、运动步数、是否意外跌倒等健康状况，进一步的提高了老人的安全性，当老人健康出现问题时，亲属们能够及时的知晓。
附图说明
图1为根据本发明实施例提供的一种可穿戴监测设备的结构总框图；
图2为根据本发明实施例提供的一种可穿戴监测设备的光电反射式传感器处理流程流程图一；
图3为根据本发明实施例提供的一种可穿戴监测设备的光电反射式传感器处理流程流程图二；
图4为根据本发明实施例提供的一种可穿戴监测设备的光电反射式传感器处理流程流程图三；
图5为根据本发明实施例提供的一种可穿戴监测设备的光电反射式传感器处理流程流程图四；
图6为根据本发明实施例提供的一种可穿戴监测设备的三轴加速度传感器处理流程流程图一；
图7为根据本发明实施例提供的一种可穿戴监测设备的三轴加速度传感器处理流程流程图二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
请参阅图1-7，本发明公开了一种可穿戴监测设备，包括：
智能手环，用于获取人体心率、运动状态信息等数据，并把人体心率、运动状态信息等数据传输至随身终端；
随身终端，用于接收智能手环获取的人体心率、运动状态信息等数据，并把人体心率、运动状态信息等数据打包上传至服务器；
服务器，用于接收、解包和识别随身终端上传的人体心率、运动状态信息等数据，并把人体心率、运动状态信息等数据分发至若干个远程终端；
远程终端，用于接收、解包和查看服务器分发的人体心率、运动状态信息等数据。
本实施例中，智能手环包括光电反射式传感器、三轴加速度传感器、处理器、无线传输模块和显示屏，光电反射式传感器用于采集人体心率数据，三轴加速度传感器用于获取人体的运动状态，处理器用于进行人体心率和人体运动状态的数据处理，无线传输模块是蓝牙模块或GPRS模块，用于智能手环与随身终端之间的无线数据传输，显示屏用于显示人体心率数据和人体运动状态。
本实施例中，光电反射式传感器包括以下处理步骤：
步骤1：发现脉冲波信号Signal的波峰和波谷；
步骤2：寻找心跳脉冲的时间差得出BPM；
步骤3：脉冲下降时更新判定阈值。
具体的，先由处理器的定时器触发的ADC采集可知Signal信号2ms更新一次，且由心率采集方案选取章节可知Signal信号的数据可近似的看作为连续的脉冲波动信号。当每一个信号进入中断服务函数首先要对其进行波峰波谷的判别，获取对应的峰值与谷值，峰谷值的判定对于阈值的获取以及心跳脉冲时间差的判别起到决定性的作用，判别流程如附图2所示；
当脉冲来临的时候，Signal的值会上升，通过检测阈值来判定是否有脉冲来临，程序中引入Pulse(脉冲)标志位来实现复用性，具体心率处理流程如附图3所示；
首先先要考虑第一次心跳脉冲和第二次心跳脉冲的处理问题，因为第一次的心跳脉冲来临时，没有上一次的心跳时间标志位与其作为比对。所以测量出来的IBI是时间数值而不是时间差，数据是有误的，所以需要将第一次的心跳脉冲来临的时间抛弃，引入两个标志量来判别是否为第一次心跳。为了提高测量心率的准确性以及精度，采取了每次迭代数组中的十个数据取均值来作为BPM计算的主要依据，第一次心跳和第二次心跳及迭代均值求心率的处理流程如附图4所示；
当脉冲开始下降小于阈值且Pulse为真时，说明一次心跳脉冲结束，为了能够继续下一次的心跳脉冲检测，需要将心跳检测置为假，随后需要进行阈值的更新，因为传感器和人皮肤接触的时候难以避免各种误差的存在，心跳脉冲的波峰波谷幅值都有可能发生改变，因此我们需要每一次取本次测得的波峰和波谷值来进行阈值的更新；
具体更新为，首先进行峰谷做差得到整个脉冲的幅值，后再将幅度值设置为50％后加上谷值作为下一次心跳脉冲检测的阈值，具体的流程如附图5所示。
本实施例中，三轴加速度传感器包括以下处理步骤：
步骤1：通过判断从三轴加速度传感器中获取的加速度来进行迭代获取阈值；
步骤2：判断是否为峰谷峰来进行计步。
具体的，请参阅附图6，摆臂的时候，手臂的最高点是加速度最大，速度最小的时候，最低点是加速度最小也即速度最大的时候，通过判断从三轴加速度传感器中获取的加速度进行迭代获取阈值。故加速度最大的时候即波峰，加速度最小的时候即波谷，从而通过判断是否为峰谷峰来进行计步。
本实施例中，三轴加速度传感器还包括以下处理步骤：
步骤1：对三轴加速度传感器获取的三轴加速度进行处理得到向量幅值mpudata；
步骤2：通过DeepCheck跌倒判定处理函数判断手环佩戴者是否发生跌倒等意外情况。
具体的，请参阅图7，通过对三轴加速度传感器获取的三轴加速度进行处理得到的向量幅值mpudata，再进入DeepCheck跌倒判定处理函数判断手环佩戴者是否发生跌倒等意外情况；
为了判定跌倒状态，设定对应的跌倒阈值一和正常运动的加速度阈值二。首先判断mpudata的值是否大于阈值一即加速度约大于2g，如果小于阈值即没有发生跌倒等意外情况，复位对应的判定标志位。如果加速度大于阈值一则进行正常加速度的判断，由于跌倒时的瞬时加速度会大于设定的阈值，为了防止误判则进行阈值二的判别，经过实践，大于阈值一的计数标志为fall_time大于等于60且在阈值二范围内的标志为fall_num大于等于40时判定误差比较小，也即加速度mpudata大于2g的时间至少为0.6ms且在阈值二的范围内时间至少为0.4ms。
本实施例中，三轴加速度传感器还包括：
采集模块，用于获取摆臂的三轴加速度；
处理模块，用于对所述获取模块获取的三轴加速度进行处理得到向量幅值mpudata；
判断模块，用于将处理得到向量幅值mpudata进入DeepCheck跌倒判定处理函数判断手环佩戴者是否发生跌倒：
若判断向量幅值mpudata小于跌倒阈值，则没有发生跌倒，复位对应的判定标志位；
若判断向量幅值mpudata大于跌倒阈值，则进行正常运动阈值的判别，若向量幅值mpudata大于跌倒阈值的时间至少为0.6ms且在正常运动的加速度阈值二的范围内时间至少为0.4ms，则判断为跌倒。
本发明的技术效果如下：
1、该可穿戴设备，智能手环与随身终端之间通过蓝牙模块或GPRS模块进行无线数据传输，在提高通信速度和距离的基础上极大地降低了功耗，成本低，无需物理连接，安全，抗干扰，传输速度快。
2、该可穿戴设备，老人的随身终端通过服务器把健康数据传输至亲属们的远程终端上，亲属们可以远程查看老人的心率、运动步数、是否意外跌倒，进一步的提高了老人的安全性，当老人健康出现问题时，亲属们能够及时的知晓。
3、该可穿戴设备，传统光电器件感应心率输出模拟信号的过程中，不可避免的会出现一些扰动，导致信号中混入不同频率的噪声信号，本发明光电反射式传感器通过调整信号和噪声的权重，来减少噪声含量，以此对模拟信号进行滤波降噪，能够更加准确的测出老人的心率。
4、该可穿戴设备，通过三轴加速度传感器能够获取老人的运动步数和检测老人是否摔倒，大大提高了老人的安全性，当发生危险事故时，三轴加速度传感器能够第一时间检测到。
以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可穿戴监测设备，其特征在于，包括智能手环、随身终端、服务器、远程终端；
所述智能手环用于将获取数据传输至所述随身终端；
所述随身终端用于接收所述智能手环获取的数据，并把数据上传至所述服务器；
所述服务器用于接收、解包和识别所述随身终端上传的数据，并把数据分发至远程终端；
所述远程终端用于接收、解包和查看所述服务器分发的数据。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴监测设备，其特征在于，所述智能手环内置有光电反射式传感器、三轴加速度传感器、处理器、无线传输模块和显示屏；
所述光电反射式传感器用于采集人体心率数据；
所述三轴加速度传感器用于获取人体运动状态数据；
所述处理器用于进行人体心率和人体运动状态数据处理；
所述无线传输模块用于所述智能手环与随身终端之间的无线数据传输；
所述显示屏用于显示人体心率数据和人体运动状态数据。
3.根据权利要求1所述的一种可穿戴监测设备，其特征在于，所述无线传输模块选用蓝牙模块或GPRS模块。
4.根据权利要求1所述的一种可穿戴监测设备，其特征在于，所述远程终端设置为若干个。
5.根据权利要求1所述的一种可穿戴监测设备，其特征在于，所述光电反射式传感器的处理步骤如下：
采集连续的脉冲波信号，并获取脉冲波信号Signal的波峰和波谷，寻找心跳脉冲的时间差得出每分钟心跳次数BPM，脉冲波信号下降时更新判定阈值；
检测采集的脉冲波信号，判断脉冲波信号大于判定阈值且传入脉冲波信号大于波峰P，则更新波峰的值P＝Signal；
若检测到脉冲波信号，判断脉冲波信号小于判定阈值且传入脉冲波信号小于波谷T，则更新波谷的值T＝Signal；
若设定时间未检测到脉冲波信号，则复位波峰P、波谷T、判定阈值和首次心跳时间的标志位；
若脉冲波信号Signal值大于判定阈值且Pulse标志位为真，记录IBI为两个峰值的时间差，记录当前峰值和当前时间，更新跟踪下一次的脉冲波信号，通过式子一分钟/峰值间隔来计算心率；
若脉冲波信号Signal值不是大于判定阈值且Pulse标志位为真，则一次脉冲已过且脉冲开始下降；当脉冲开始下降小于判定阈值且Pulse标志位为真时，将心跳检测置为假；
进行阈值的更新，当脉冲波信号Signal值小于判定阈值且心跳时间标志位为真时，置Pulse标志位为假，将判定阈值赋给峰谷用于下一次的判别。
6.根据权利要求1所述的一种可穿戴监测设备，其特征在于，所述三轴加速度传感器的处理步骤如下：
获取摆臂的三轴加速度；
对所述获取模块获取的三轴加速度进行处理得到向量幅值mpudata；
将处理得到向量幅值mpudata进入DeepCheck跌倒判定处理函数判断手环佩戴者是否发生跌倒；
若判断向量幅值mpudata小于跌倒阈值，则没有发生跌倒，复位对应的判定标志位；
若判断向量幅值mpudata大于跌倒阈值，则进行正常运动阈值的判别，若向量幅值mpudata大于跌倒阈值的时间至少为0.6ms且在正常运动的加速度阈值二的范围内时间至少为0.4ms，则判断为跌倒。
7.根据权利要求6所述的一种可穿戴监测设备，其特征在于，所述三轴加速度传感器包括：
采集模块，用于获取摆臂的三轴加速度；
处理模块，用于对所述获取模块获取的三轴加速度进行处理得到向量幅值mpudata；
判断模块，用于将处理得到向量幅值mpudata进入DeepCheck跌倒判定处理函数判断手环佩戴者是否发生跌倒：
若判断向量幅值mpudata小于跌倒阈值，则没有发生跌倒，复位对应的判定标志位；
若判断向量幅值mpudata大于跌倒阈值，则进行正常运动阈值的判别，若向量幅值mpudata大于跌倒阈值的时间至少为0.6ms且在正常运动的加速度阈值二的范围内时间至少为0.4ms，则判断为跌倒。
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