CN114190916B - 一种基于织物传感器的儿童呼吸监控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于织物传感器的儿童呼吸监控方法及系统,应用在基于织物传感器的儿童呼吸监控可穿戴设备中,用户通过移动终端设置被监控对象的年龄、性别和时间阈值,服务器根据所述年龄和所述性别确定第一参数,单片机每接收到预设数量的织物传感器数据,初步判断数据是否异常,如果异常则打开WiFi,将数据发送到服务器,由服务器进一步判断数据是否异常,如果初步判断数据不异常,则判断是否达到时间阈值,如果达到,则将该段时间内的数据发送给服务器,由服务器进一步判断数据是否异常。本发明通过初步判断和详细判断,能及时发现呼吸异常,解决了呼吸监控中实时性差的问题,而且可以有效节省电量。
Description
技术领域
本申请涉及儿童呼吸监控领域,尤其涉及基于织物传感器的儿童呼吸监控方法和系统。
背景技术
呼吸监测是临床上判断患者健康的重要方式,例如肺炎、肺气肿、睡眠呼吸暂停等,通过呼吸频率、呼吸幅度的监测可以判断患者心肺功能。医院的呼吸监控设备体积庞大、价格昂贵,而且不适合24h监控,随着可穿戴设备的发展,通过可穿戴设备可以实现对用户心跳、脉搏等的监控,可穿戴设备也可以对呼吸进行监控,例如口鼻气流法、呼吸感应体积描记法等。织物传感器是一种新型的技术,具体是将柔性传感器植入织物中,形成可穿戴的衣服,实现对用户生理信息的监控。
儿童,尤其是学龄前儿童,活泼好动,一般的呼吸监控方法测量并不准确。织物传感器是贴身穿着在儿童身上,不会随着儿童的蹦跳影响测量结果,织物传感器特别适合对儿童呼吸进行监控。现在的呼吸监控方式一般是单片机采集、存储织物传感器数据,然后通过USB或者蓝牙等发送到手机,实时性较差;另外一种是单片机判断数据是否异常,如果异常则发出报警声音,由于单片机资源有限,对数据的分析并不准确,很容易发生误报。如何提高利用织物传感器监控儿童呼吸的实时性是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本申请的目的在于提出一种基于织物传感器的儿童呼吸监控方法及系统,来解决以上提到的技术问题。
第一个方面,本发明提供了一种基于织物传感器的儿童呼吸监控方法,应用在基于织物传感器的儿童呼吸监控可穿戴设备中,所述设备至少包括织物传感器、单片机、WiFi模块,所述方法包括以下步骤:
S1,用户通过移动终端设置被监控对象的年龄、性别和时间阈值,服务器根据所述年龄和所述性别确定第一参数;
S2,单片机每接收到预设数量的织物传感器数据,则根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,如果异常,则执行S3;否则单片机判断当前时刻距离上次发送数据到服务器的时间间隔,如果所述时间间隔大于时间阈值,则执行S3,如果所述时间间隔小于时间阈值,则继续采集织物传感器数据;
S3,打开WiFi模块,将采集的织物传感器数据传输到服务器,服务器根据接收的数据判断是否需要向指定设备发送报警信息,如果需要,则向指定设备发送报警信息。
优选地,所述S3还包括:若是由于所述时间间隔大于时间阈值打开WiFi模块,则判断是否向指定设备发送报警信息,如果是,则按照计算新的时间阈值tthr,否则,按照tthr=(1+n*λ)Tthr计算新的时间阈值tthr;由所述服务器将调整后的时间阈值tthr发送给单片机;其中Tthr表示用户通过移动终端设置的时间阈值,γ表示服务器根据接收的数据分析存在数据异常的地方的个数,n表示包括当前时间间隔在内连续不发送报警信息的所有时间间隔之和与用户设置的时间阈值的比值,λ表示放大系数。
优选地,所述S3还包括:若是由于初步判断织物传感器数据异常打开WiFi模块,则判断是否向指定设备发送报警信息,如果否,服务器对第一参数进行调整,将调整后的第一参数发送给单片机,否则,调整所述预设数量,将调整后的所述预设数量发送给单片机。
优选地,所述S3还包括:在单片机和服务器交换数据后,单片机立即关闭WiFi模块。
优选地,所述根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,具体为:若出现以下情况之一,则判定织物传感器数据异常;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的k个数据不在预设范围的个数,如果所述个数大于第一阈值;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的m个数据最大值与最小值的差值,若所述差值小于第二阈值;
所述第一参数包括k、m、所述预设范围、所述第一阈值、所述第二阈值。
此外,本发明还提供了一种基于织物传感器的儿童呼吸监控系统,应用在基于织物传感器的儿童呼吸监控可穿戴设备中,所述设备至少包括织物传感器、单片机、WiFi模块,所述系统包括以下单元:
参数设置单元,用户通过移动终端设置被监控对象的年龄、性别和时间阈值,服务器根据所述年龄和所述性别确定第一参数;
判断单元,单片机每接收到预设数量的织物传感器数据,则根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,如果异常,则执行数据发送单元;否则单片机判断当前时刻距离上次发送数据到服务器的时间间隔,如果所述时间间隔大于时间阈值,则执行数据发送单元,如果所述时间间隔小于时间阈值,则继续采集织物传感器数据;
数据发送单元,用于打开WiFi模块,将采集的织物传感器数据传输到服务器;
触发单元,服务器根据接收的数据判断是否需要向指定设备发送报警信息,如果需要,则向指定设备发送报警信息。
优选地,所述触发单元还包括:若是由于所述时间间隔大于时间阈值打开WiFi模块,则判断是否向指定设备发送报警信息,如果是,则按照计算新的时间阈值tthr,否则,按照tthr=(1+n*λ)Tthr计算新的时间阈值tthr;由所述服务器将调整后的时间阈值tthr发送给单片机;其中Tthr表示用户通过移动终端设置的时间阈值,γ表示服务器根据接收的数据分析存在数据异常的地方的个数,n表示包括当前时间间隔在内连续不发送报警信息的所有时间间隔之和与用户设置的时间阈值的比值,λ表示放大系数。
优选地,所述触发单元还包括:若是由于初步判断织物传感器数据异常打开WiFi模块,则判断是否向指定设备发送报警信息,如果否,服务器对第一参数进行调整,将调整后的第一参数发送给单片机,否则,调整所述预设数量,将调整后的所述预设数量发送给单片机。
优选地,所述数据发送单元还包括:在单片机和服务器交换数据后,单片机立即关闭WiFi模块。
优选地,所述根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,具体为:若出现以下情况之一,则判定织物传感器数据异常;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的k个数据不在预设范围的个数,如果所述个数大于第一阈值;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的m个数据最大值与最小值的差值,若所述差值小于第二阈值;
所述第一参数包括k、m、所述预设范围、所述第一阈值、所述第二阈值。
本发明提供的基于织物传感器的儿童呼吸监控方法及系统,针对织物传感器监控儿童呼吸中单片机资源有限以及实时性差的问题,在基于织物传感器的儿童呼吸监控可穿戴设备中,单片机只需要获取织物传感器的数据,并初步判断数据是否异常,如果异常则立即打开WiFi模块,将数据发送到服务器,由服务器进一步判断,而且即使初步判断没有数据异常,也会定时将数据发送给服务器,由服务器进一步判断,不仅避免了WiFi模块一直打开浪费电量的问题,而且在必要时会将数据发送到服务器,具有良好的及时性,能够及时发现呼吸异常的情况。
此外,本发明中服务器还会对单片机参数动态调整,根据监控对象的呼吸情况及时调整第一参数和时间阈值,提高了系统的及时性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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的附图。
图1为本发明实施例一的流程图;
图2为本发明实施例二的结构图;
图3为本发明的结构示意图;
图4为可穿戴设备的示意图。
具体实施方式
在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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做出创造性劳动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。
在第一个实施例中,如图1所示,本发明提供了一种基于织物传感器的儿童呼吸监控方法,应用在基于织物传感器的儿童呼吸监控可穿戴设备中,所述设备至少包括织物传感器、单片机、WiFi模块,所述方法包括以下步骤:
S1,用户通过移动终端设置被监控对象的年龄、性别和时间阈值,服务器根据所述年龄和所述性别确定第一参数;
家长可以通过手机app根据儿童的实际情况设置参数,当服务器获取到新的参数后,在基于织物传感器的儿童呼吸监控可穿戴设备通过WiFi连接到服务器时,服务器会将新的参数发送给儿童呼吸监控可穿戴设备,进而提高可穿戴设备的反复使用性。
不同的年龄、性别的儿童,呼吸频率、幅度有所不同,例如小于1岁的儿童,呼吸频率一般为30-40次/分钟,1-3岁的呼吸频率为25-30次/分钟。在服务器中保存有儿童年龄、性别与呼吸频率、呼吸深度等的关联表,通过查表即可获取第一参数,然后,将第一参数发送给儿童呼吸监控可穿戴设备。
S2,单片机每接收到预设数量的织物传感器数据,则根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,如果异常,则执行S3;否则单片机判断当前时刻距离上次发送数据到服务器的时间间隔,如果所述时间间隔大于时间阈值,则执行S3,如果所述时间间隔小于时间阈值,则继续采集织物传感器数据;
在进行呼吸监测中,单片机会不断采集织物传感器的数据,当采集预设数量的数据时,触发单片机进行初步判断。所述预设数量与单片机内存成正比,也即单片机内存越大,预设数量的值越大。
为了避免初步判断没有发现数据的异常,本发明还会定时将数据发送到服务器,有服务器做进一步详细的判断,由于服务器资源充裕,采用两段式判断方式,不仅可以节省可穿戴设备的电量,而且服务器可以快速完成数据的详细判断。
而且由于采用普通的单片机,降低了可穿戴设备的价格,此外,由于单片机体积较小,可以很好地植入到衣服中,可以让植入织物传感器的衣服多次洗涤。
S3,打开WiFi模块,将采集的织物传感器数据传输到服务器,服务器根据接收的数据判断是否需要向指定设备发送报警信息,如果需要,则向指定设备发送报警信息。
当单片机判断数据异常,或者达到预设时间,单片机会打开WiFi模块,将数据发送到服务器,有服务器作进一步分析,并判断是否发送报警信息。指定设备可以是家长通过app设置的设备,也可以是医生、护士的手持设备。其他时间WiFi模块为关闭状态。
服务器对接收的数据进行分析,例如呼吸频率分析、吸气时间分析、呼气时间分析等,由于服务器具有强大的计算能力,可以从多个方面对数据分析,其分析的结果准确度高。
在一个具体实施例中,所述S3还包括:若是由于所述时间间隔大于时间阈值打开WiFi模块,则判断是否向指定设备发送报警信息,如果是,则按照计算新的时间阈值tthr,否则,按照tthr=(1+n*λ)Tthr计算新的时间阈值tthr;由所述服务器将调整后的时间阈值tthr发送给单片机;其中Tthr表示用户通过移动终端设置的时间阈值,γ表示服务器根据接收的数据分析存在数据异常的地方的个数,n表示包括当前时间间隔在内连续不发送报警信息的所有时间间隔之和与用户设置的时间阈值的比值,λ表示放大系数。
触发WiFi模块打开一共有两种情况,一种是单片机发现织物传感器的数据异常,另外一种是距离上次发送数据到服务器的时间间隔大于时间阈值。
若是由于时间间隔大于时间阈值导致WiFi模块打开,服务器会对该段时间内的数据进行分析,如果没有发现异常数据,也就不会发送报警信息到指定设备,表明被监控对象的呼吸处于正常状态,此时会增大时间间隔,以节省电量;如果发送了警报,表明该段数据存在异常,服务器会缩小时间间隔,以便及时发现呼吸异常并将警报信息发送给指定设备。
例如,用户通过app设置的时间阈值为20min,如果在时间间隔达到20min时,可穿戴设备的单片机会将这20min内的织物传感器的数据发送给服务器,服务器判断这20min内存在3处数据异常,服务器会重新计算时间阈值,根据计算的新的时间阈值为5min,也即在接下来会隔5min将织物传感器的数据发送给服务器。
如果接下来5min的数据服务器判断不存在异常,则根据tthr=(1+n*λ)Tthr计算新的时间阈值为式中5为当前时刻距离上次发送警报信息的时长,也即距离当前最近的发送数据的时间间隔,20为用户通过app设置的时间阈值,若λ=0.5,则最后计算的结果为22.5,也即接下来单片机会间隔22.5min后将数据发送给服务器。这里λ仅是示例性,还可以设置为其他参数例如0.1、0.2等,本发明对此不作具体限定。
如果接下来22.5min的数据,服务器判断仍不存在异常,新的时间阈值为 也即会在43.75min后发送这段时间采集的数据,但是如果这43.75min内,单片机初步判断存在异常,则会将打开WiFi模块,将数据发送给服务器,服务器发现1个数据异常之处,新的时间阈值为10min。
在一个具体实施例中,所述S3还包括:若是由于初步判断织物传感器数据异常打开WiFi模块,则判断是否向指定设备发送报警信息,如果否,服务器对第一参数进行调整,将调整后的第一参数发送给单片机,否则,调整所述预设数量,将调整后的所述预设数量发送给单片机。
在单片机初步判断中,数据存在异常,但是服务器进行详细判断时,数据不存在异常,这说明,第一参数存在不合适之处,服务器会对第一参数进行调整,将调整后的参数发送给单片机。对第一参数的调整有多种方式,例如增大呼吸最大幅度值、增大或减少暂停呼吸时间等。在一个实施例中,单片机初步判断数据异常,会将异常的相关信息发送给服务器,服务器根据异常的相关信息对第一参数调整。
为了节省电量,如果单片机判断数据异常,而服务器判断数据正常,则单片机根据其内存调整所述预设数量,这样可以让更多的数据参与单片机判断,防止单片机误判,导致频繁打开WiFi模块。
为了节省可穿戴设备的电量,在一个具体实施例中,所述S3还包括:在单片机和服务器交换数据后,单片机立即关闭WiFi模块。
在一个具体实施例中,所述根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,具体为:若出现以下情况之一,则判定织物传感器数据异常;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的k个数据不在预设范围的个数,如果所述个数大于第一阈值;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的m个数据最大值与最小值的差值,若所述差值小于第二阈值;
所述第一参数包括k、m、所述预设范围、所述第一阈值、所述第二阈值。
在另外一个实施例中,如果单片机判断数据异常,而服务器判断数据正常,则增大k、m、所述预设范围、所述第一阈值、所述第二阈值;如果单片机判断数据异常,服务器也判断数据异常,则减小k、m、所述预设范围、所述第一阈值、所述第二阈值。
在第二个实施例中,如图2所示,本发明还提供了一种基于织物传感器的儿童呼吸监控系统,应用在基于织物传感器的儿童呼吸监控可穿戴设备中,所述设备至少包括织物传感器、单片机、WiFi模块,所述系统包括以下单元:
参数设置单元,用户通过移动终端设置被监控对象的年龄、性别和时间阈值,服务器根据所述年龄和所述性别确定第一参数;
判断单元,单片机每接收到预设数量的织物传感器数据,则根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,如果异常,则执行数据发送单元;否则单片机判断当前时刻距离上次发送数据到服务器的时间间隔,如果所述时间间隔大于时间阈值,则执行数据发送单元,如果所述时间间隔小于时间阈值,则继续采集织物传感器数据;
数据发送单元,用于打开WiFi模块,将采集的织物传感器数据传输到服务器;
触发单元,服务器根据接收的数据判断是否需要向指定设备发送报警信息,如果需要,则向指定设备发送报警信息。
优选地,所述触发单元还包括:若是由于所述时间间隔大于时间阈值打开WiFi模块,则判断是否向指定设备发送报警信息,如果是,则按照计算新的时间阈值tthr,否则,按照tthr=(1+n*λ)Tthr计算新的时间阈值tthr;由所述服务器将调整后的时间阈值tthr发送给单片机;其中Tthr表示用户通过移动终端设置的时间阈值,γ表示服务器根据接收的数据分析存在数据异常的地方的个数,n表示包括当前时间间隔在内连续不发送报警信息的所有时间间隔之和与用户设置的时间阈值的比值,λ表示放大系数。
优选地,所述触发单元还包括:若是由于初步判断织物传感器数据异常打开WiFi模块,则判断是否向指定设备发送报警信息,如果否,服务器对第一参数进行调整,将调整后的第一参数发送给单片机,否则,调整所述预设数量,将调整后的所述预设数量发送给单片机。
优选地,所述数据发送单元还包括:在单片机和服务器交换数据后,单片机立即关闭WiFi模块。
优选地,所述根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,具体为:若出现以下情况之一,则判定织物传感器数据异常;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的k个数据不在预设范围的个数,如果所述个数大于第一阈值;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的m个数据最大值与最小值的差值,若所述差值小于第二阈值;
所述第一参数包括k、m、所述预设范围、所述第一阈值、所述第二阈值。
在第三个实施例中,本发明还提供了一种计算机存储介质,所述计算机存储介质中存储有指令,当其在计算机上运行时,使得计算机执行实施例一所述方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件和软件结合的方式来实现。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机产品的形式体现出来,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于织物传感器的儿童呼吸监控方法,应用在基于织物传感器的儿童呼吸监控可穿戴设备中,所述设备至少包括织物传感器、单片机、WiFi模块,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1,用户通过移动终端设置被监控对象的年龄、性别和时间阈值,服务器根据所述年龄和所述性别确定第一参数;
S2,单片机每接收到预设数量的织物传感器数据,则根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,如果异常,则执行S3;否则单片机判断当前时刻距离上次发送数据到服务器的时间间隔,如果所述时间间隔大于时间阈值,则执行S3,如果所述时间间隔小于时间阈值,则继续采集织物传感器数据;
S3,打开WiFi模块,将采集的织物传感器数据传输到服务器,服务器根据接收的数据判断是否需要向指定设备发送报警信息,如果需要,则向指定设备发送报警信息;
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S3还包括:若是由于初步判断织物传感器数据异常打开WiFi模块,则判断是否向指定设备发送报警信息,如果否,服务器对第一参数进行调整,将调整后的第一参数发送给单片机,否则,调整所述预设数量,将调整后的所述预设数量发送给单片机。
3.如权利要求1-2任一项所述的方法,其特征在于,所述S3还包括:在单片机和服务器交换数据后,单片机立即关闭WiFi模块。
4.如权利要求1-2任一项所述的方法,其特征在于,所述根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,具体为:若出现以下情况之一,则判定织物传感器数据异常;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的k个数据不在预设范围的个数,如果所述个数大于第一阈值;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的m个数据最大值与最小值的差值,若所述差值小于第二阈值;
所述第一参数包括k、m、所述预设范围、所述第一阈值、所述第二阈值。
5.一种基于织物传感器的儿童呼吸监控系统,应用在基于织物传感器的儿童呼吸监控可穿戴设备中,所述设备至少包括织物传感器、单片机、WiFi模块,其特征在于,所述系统包括以下单元:
参数设置单元,用户通过移动终端设置被监控对象的年龄、性别和时间阈值,服务器根据所述年龄和所述性别确定第一参数;
判断单元,单片机每接收到预设数量的织物传感器数据,则根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,如果异常,则执行数据发送单元;否则单片机判断当前时刻距离上次发送数据到服务器的时间间隔,如果所述时间间隔大于时间阈值,则执行数据发送单元,如果所述时间间隔小于时间阈值,则继续采集织物传感器数据;
数据发送单元,用于打开WiFi模块,将采集的织物传感器数据传输到服务器;
触发单元,服务器根据接收的数据判断是否需要向指定设备发送报警信息,如果需要,则向指定设备发送报警信息;
6.如权利要求5所述的系统,其特征在于,其特征在于,所述触发单元还包括:若是由于初步判断织物传感器数据异常打开WiFi模块,则判断是否向指定设备发送报警信息,如果否,服务器对第一参数进行调整,将调整后的第一参数发送给单片机,否则,调整所述预设数量,将调整后的所述预设数量发送给单片机。
7.如权利要求5-6任一项所述的系统,其特征在于,所述数据发送单元还包括:在单片机和服务器交换数据后,单片机立即关闭WiFi模块。
8.如权利要求5-6任一项所述的系统,其特征在于,所述根据所述第一参数初步判断织物传感器数据是否异常,具体为:若出现以下情况之一,则判定织物传感器数据异常;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的k个数据不在预设范围的个数,如果所述个数大于第一阈值;
当前时刻数据及当前时刻数据之前的m个数据最大值与最小值的差值,若所述差值小于第二阈值;
所述第一参数包括k、m、所述预设范围、所述第一阈值、所述第二阈值。
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