CN114821955B - 一种智能围栏及防护对象监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能围栏及防护对象检测方法。一种智能围栏，包括：芯片和垫状物，垫状物形成对防护对象的围护区域，垫状物的边界为围护区域的边界；垫状物包括上电极板、弹性夹层和下电极板；上电极板和下电极板采用柔性或弹性的导电材料制成，上电极板和下电极板相对设置，上电极板和下电极板中的至少之一包含多块导电材料以用于采集多路信号；垫状物在受到防护对象的压力时，弹性夹层产生相应的形变，上电极板和下电极板之间的距离产生相应变化；芯片用于检测压力并根据压力确定防护对象的状态。利用上述智能围栏包括的芯片和垫状物，提供了一种轻便低成本、性能稳定的智能围栏设计，能够及时监测防护对象状态，减轻看护人的看护负担。

Description

一种智能围栏及防护对象监测方法

技术领域

本发明涉及防护监测技术领域，尤其涉及一种智能围栏及防护对象检测方法。

背景技术

目前，在家照看儿童需要耗费看护人很大的精力，虽然使用现有的实体围栏，可以在家里给儿童圈出一块安全的区域供其玩耍，但是现有的实体围栏存在占用空间大、影响视野、成本较高等问题，因此，急需一种不仅能够对儿童起到一定的看护作用，而且成本低占用空间小的智能围栏来减轻看护人的负担。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能围栏及防护对象检测方法，以实现对防护对象的状态监测和看护，减轻看护负担。

第一方面，本发明实施例提供了一种智能围栏，包括：芯片和垫状物，所述垫状物形成对防护对象的围护区域，所述垫状物的边界为所述围护区域的边界；

所述垫状物包括上电极板、弹性夹层和下电极板；

所述上电极板和所述下电极板采用柔性或弹性的导电材料制成，所述上电极板和所述下电极板相对设置，所述上电极板和所述下电极板中的至少之一包含多块导电材料以用于采集多路信号；

所述垫状物在受到所述防护对象的压力时，所述弹性夹层产生相应的形变，所述上电极板和所述下电极板之间的距离产生相应变化；

所述芯片用于检测所述压力并根据所述压力确定所述防护对象的状态。

可选的，所述芯片具体用于：

根据所述压力的有效压力面积、有效压力位置和/或压力变化值确定所述防护对象的状态。

可选的，所述芯片还用于：

根据所述压力的有效压力面积以及所述上电极板和所述下电极板之间的距离的变化量确定电容变化量；

所述电容变化量与所述压力的压力变化值呈正相关。

可选的，所述芯片还用于：

将所述电容变化量转换为电压值；

所述电压值与所述压力的压力变化值呈正相关。

可选的，所述防护对象的状态包括位置状态；所述芯片具体用于：

根据所述压力确定所述防护对象的位置状态，所述位置状态包括：所述防护对象处于所述围护区域的外部、所述防护对象处于所述围护区域的边缘区域、以及所述防护对象处于所述围护区域内部的安全区域。

可选的，所述防护对象的状态包括姿势状态；所述芯片具体用于：

根据所述压力确定所述防护对象的姿势状态，所述姿势状态包括：所述防护对象处于摔倒状态、所述防护对象处于静止状态、以及所述防护对象处于活动状态。

可选的，所述防护对象的状态包括睡眠状态；所述芯片具体用于：

根据所述压力，以及所述防护对象的呼吸特征，确定所述防护对象的睡眠状态，所述睡眠状态包括：所述防护对象处于睡眠状态、以及所述防护对象处于非睡眠状态。

可选的，所述芯片通过有线或无线方式与终端连接；所述芯片还用于：

根据所述防护对象的状态生成相应的提示信息，并将所述提示信息推送至所述终端。

可选的，所述导电材料为导电布。

第二方面，本发明实施例还提供了一种防护对象监测方法，应用于智能围栏中的芯片，所述智能围栏还包括垫状物，所述垫状物包括上电极板、弹性夹层和下电极板；

所述方法包括：

在防护对象对所述垫状物产生压力时，根据所述弹性夹层产生的相应形变，以及所述上电极板和所述下电极板之间的距离，检测所述压力；根据所述压力确定所述防护对象的状态。

可选的，所述根据所述压力确定所述防护对象的状态，包括：

根据所述压力的有效压力面积、有效压力位置和/或压力变化值确定所述防护对象的状态。

本发明实施例提供了一种智能围栏及防护对象监测方法，通过智能围栏包括的芯片和垫状物，提供了一种轻便低成本、性能稳定，可水洗可折叠的智能围栏设计，能够及时监测并预警防护对象的状态。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是根据本发明实施例一提供的一种智能围栏的示意图；

图2是根据本发明实施例二提供的防护对象在单个电极板上的有效压力面积的示意图；

图3是根据本发明实施例二提供的一种围护区域划分的示意图；

图4是根据本发明实施例三提供的一种防护对象监测方法的流程图；

图5是根据本发明实施例三提供的一种判断防护对象状态的流程图。

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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种智能围栏的示意图，本实施例可适用于对防护对象(例如，儿童)进行看护的情况。

如图1所示，该智能围栏包括：芯片10和垫状物11，垫状物11形成对防护对象的围护区域，垫状物11的边界为所述围护区域的边界。

垫状物11包括上电极板110、弹性夹层120和下电极板130；上电极板110和下电极板130采用柔性或弹性的导电材料制成，上电极板110和下电极板130相对设置，上电极板110和下电极板130中的至少之一包含多块导电材料以用于采集多路信号；垫状物11在受到防护对象的压力时，弹性夹层120产生相应的形变，上电极板110和下电极板130之间的距离(Distance，D)产生相应变化；芯片10用于检测压力并根据压力确定防护对象的状态。

其中，垫状物11可以是坐垫、床垫或地垫等，其形状可以是长方形或正方形，此处不作具体限定，上电极板110和下电极板130可采用柔性导电材料，柔性导电材料一般由一个廉价易得、可长期使用的柔性基底和具有良好导性的导电层所组成，常用的柔性基底是聚二甲基硅氧烷，导电材料通常有金属材料、无机纳米导电材料等，两者结合所制成的柔性导电材料不仅成本低、可水洗可折叠，还能方便内置于垫状物11中。

优选地，柔性导电材料可采用现有的导电布，导电布是以纤维布(一般常用聚酯纤维布)为基材，经过前置处理后施以电镀金属镀层使其具有金属特性而成为导电纤维布，导电布广泛应用于从事电子、电磁等高辐射工作人员的工作服制作，本发明实施例创造性地将导电布作为垫状物的柔性导电材料，可折叠可水洗，且成本低廉。

需要说明的是，上电极板110和下电极板130可采用柔性导电材料，且两者相对设置，上电极板110和下极板130中至少一个极板为包含多块导电材料以用于采集多路信号才能实现检测防护对象的状态。具体的，上下电极板均可采集多路信号是最优的方案，次优的方案是上电极板可以采集多路信号以及下电极板可以采集一路信号，再次的方案是上电极板可以采集一路信号以及下电极板可采集多路信号。其中，可采集多路信号的电极板采用多根带状导电布(带状导电布可由整块导电布裁剪而成)，可采集一路信号的电极板采用一整块导电布。

具体的，当防护对象压在垫状物11上时，芯片10可以检测垫状物11 所受压力值。垫状物11所受压力会使其内置的弹性夹层120(如海绵)发生形变，进而使得采用柔性或弹性的导电材料制成的上电极板110和下电极板130之间的距离发生变化。

芯片10可以根据检测到的压力来确定防护对象的状态，防护对象的状态可以是摔倒状态、静止状态、玩耍状态等，通过确定防护对象的状态，可以让看护人员知道其是否安全。压力的有效面积、位置、压力的大小、持续时长或变化趋势不同，则防护对象所处的状态可能不同，本实施例中，通过检测压力，可根据压力的上述特征与防护对象状态的映射关系，确定防护对象的状态。例如，若压力值在一段时间内基本不变，则可认为防护对象处于静止状态；若压力值有变化但波动较小，则可认为防护对象处于正常活动或玩耍状态。其中，芯片10可采用型号为JL223B(WQ)的转换芯片。

本发明实施例提供了一种智能围栏，通过该智能围栏包括的芯片和垫状物，并且垫状物内置了采用柔性导电材料的上下电极板，提供了一种轻便低成本、性能稳定，可水洗可折叠的智能围栏设计，通过芯片检测防护对象在垫状物上的压力，无需真的设立一个挡板式的实体围栏，就能够及时监测防护对象的状态，减轻看护人员的负担。

实施例二

本实施例二在上述各实施例的基础上进行优化。在本实施例中，芯片 10具体用于：根据压力的有效压力面积S、有效压力位置和/或压力变化值确定防护对象的状态。

具体的，当防护对象在垫状物上时，可以认为防护对象与单个电极板接触重叠产生压力的部分为有效压力位置，其接触重叠部分的面积认为是有效压力面积。

图2为根据本发明实施例提供的防护对象在单个电极板上的有效压力面积的示意图，为了便于区分，黑色细线表示电极板的导电材料(因图片美观没有画线密集，实际空格很小很密)，黑色粗线内的小人表示防护对象，防护对象与导电材料重叠的部分可以代表压力的有效压力面积S，芯片10可以根据压力的有效压力面积S、有效压力位置和/或压力变化值来确定防护对象的状态。

芯片10可以根据压力的有效压力面积、有效压力位置和压力值来综合判断防护对象的状态。示例性的，若压力值基本不变，且有效压力面积 S大于第一面积阈值，有效压力位置对比压力值变化前偏移位置不大，则可以认为防护对象处于趴着或躺着的状态；若压力值基本不变，且有效压力面积S在第一面积阈值和第二面积阈值之间、有效压力位置基本不变，则可认为防护对象处于坐着的状态；若压力值基本不变，且有效压力面积小于第二阈值，有效压力位置有偏移，可认为防护对象处于站立状态。结合多种因素能够更准确地来判断防护对象的状态。第一面积阈值大于第二面积阈值。

在本实施例中，芯片10还用于：根据压力的有效压力面积S以及上电极板110和下电极板之130间的距离的变化量确定电容(Capacitance， C)变化量；电容变化量与压力的压力变化值呈正相关。

具体的，芯片可以利用如下公式：

C＝(ε₀×ε×S)/D

其中，ε₀为真空介电常数，ε为极板间介质的相对介电常数，根据防护对象在垫状物11上的压力的有效压力面积S以及上电极板110和下电极板之130间的距离的变化量D确定电容的变化量，从而利用电容的变化量来确定防护对象的状态。电容变化量与压力的压力变化值呈正相关，若电容变化量在第一预设时间内增大，即压力变化值在第一预设时间内增大，则可认为防护对象处于摔倒状态；若电容变化量在第二预设时间内不变，即压力变化值在第二预设时间内不变，则可认为防护对象处于静止状态。

在本实施例中，芯片10还用于：将电容变化量转换为电压值；电压值与压力的压力变化值呈正相关。

具体的，可以将电容变化量转换为电压值输出给算法，进而根据电压值判断防护对象的状态，例如，电压值在第一预设时间内增大，则可认为防护对象处于摔倒状态；电压值在第二预设时间内不变，则可认为防护对象处于静止状态。需要说明的是，考虑到成本，也可直接使用电容变化量确定防护对象的状态，而不需要先将电容变化量转换为电压值，再根据电压值确定防护对象的状态。

在本实施例中，防护对象的状态包括位置状态；芯片10具体用于：根据压力确定防护对象的位置状态，位置状态包括：防护对象处于围护区域的外部、防护对象处于围护区域的边缘区域、以及防护对象处于围护区域内部的安全区域。

例如，距离垫状物11边缘10％的区域可以认为是围护区域的边缘区域，在垫状物11边缘10％的区域以外的可以认为是围护区域的外部，在垫状物 11边缘10％的区域以内的可以认为是围护区域内部的安全区域，示例性的，图3为本发明实施例提供的一种围护区域划分的示意图，如图3所示，区域30即为围护区域的边缘区域，区域31为围护区域内部的安全区域，区域30和31以外的为围护区域的外部。

在本实施例中，防护对象的状态包括姿势状态；芯片10具体用于：根据压力确定防护对象的姿势状态，姿势状态包括：防护对象处于摔倒状态、防护对象处于静止状态、以及防护对象处于活动状态。

具体的，芯片10可以根据压力确定防护对象的姿势状态，若压力值在第一预设时间内增加超过第一压力阈值，例如在50ms内压力值增加超过第一压力阈值，且有效压力面积S增加，有效压力位置对比变化前偏移位置不大，则可以认为防护对象处于摔倒状态；若压力值在第二预设时间内基本不变，例如压力值在30min内没有变化，且有效压力面积S、有效压力位置均基本不变，则可认为防护对象处于静止状态；若压力值有变化但未超过第一压力阈值，且有效压力面积变化不大但有效压力位置有偏移，可认为防护对象处于正常活动玩耍状态。

在本实施例中，防护对象的状态包括睡眠状态；芯片10具体用于：根据压力，以及防护对象的呼吸特征，确定防护对象的睡眠状态，睡眠状态包括：防护对象处于睡眠状态、以及防护对象处于非睡眠状态。

具体的，芯片10可用于根据压力以及防护对象的呼吸特征来确定防护对象的睡眠状态。睡眠状态包括：防护对象处于睡眠状态、以及防护对象处于非睡眠状态，当防护对象处于睡眠状态时，又可以分为防护对象处于浅睡眠状态、处于深睡眠状态等，可以理解的是，防护对象呼吸引起的压力变化跟防护对象动作引起的压力变化不同，不同的睡眠状态的呼吸频率和幅值不同，可以根据防护对象的呼吸特征来判断其睡眠状态，将人体的呼吸特征对比是否与睡眠状态特征相符，来判断是否处于睡眠状态，此外，由于睡姿和体动会影响呼吸特征，所以在判断时可以引入防护对象的姿势和体动来确定防护对象的睡眠状态，防护对象的姿势和体动可以根据压力变化值、有效压力面积和有效压力位置来判断。

在本实施例中，芯片10通过有线或无线方式与终端连接；芯片10还用于：根据防护对象的状态生成相应的提示信息，并将提示信息推送至终端。

具体的，芯片10还可以通过有线或无线方式与终端连接，芯片10根据防护对象的状态生成相应的提示信息，例如提示防护对象处于摔倒状态，并将提示信息定时或实时地推送给终端，以便看护人及时知道儿童的状态。此外，芯片可以与一个或多个终端连接，且能够在终端上设置提示信息是定时推送还是实时推送，这样可以使多个家庭成员能及时知道儿童的状态，起到对防护对象远程看护的效果。终端可以是手机、平板电脑、智能手表等。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的一种防护对象监测方法的流程图，该防护对象监测方法可应用于智能围栏中的芯片，智能围栏还包括垫状物，垫状物包括上电极板、弹性夹层和下电极板。未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述任意实施例。如图4所示，该方法包括：

S410、在防护对象对垫状物产生压力时，根据弹性夹层产生的相应形变，以及上电极板和下电极板之间的距离，检测压力。

S420、根据压力确定防护对象的状态。

芯片可以根据检测到的压力值来确定防护对象的状态，防护对象的状态可以是摔倒状态、静止状态、玩耍状态等，通过确定防护对象的状态，可以让看护人员知道其是否安全。

可选的，可以根据压力的有效压力面积、有效压力位置和/或压力变化值确定防护对象的状态。

图5为本发明实施例提供的一种判断防护对象状态的流程图，如图5 所示，具体步骤包括：

S10、芯片采集数据。

具体的，芯片可以采集垫状物的压力变化值、有效压力面积以及有效压力位置的数据。

S11、判断采集的数据是否符合人体特征，若是，则执行S12；若否，则执行S14。

具体的，判断采集的数据是否符合人体特征后，可以依据导电材料以阵列形式分布在垫状物中的多路信号传导判断防护对象的位置及姿势。

S12、判断防护对象是否在垫状物上，若是，则执行S13；若否，则执行S14。

S13、判断防护对象是否在垫状物的内部安全区域，若是，则执行S15；若否，则执行S16。

具体的，芯片可以根据有效压力位置来判断防护对象是否在垫状物的内部安全区域。

S14、生成提示无人的信息。

S15、判断防护对象的状态。

芯片可以根据采集到的数据来判断防护对象所处的状态，具体的，当压力值在第一预设时间内增加超过第一压力阈值，例如在50ms内压力值增加超过第一压力阈值，有效压力面积S增加，有效压力位置对比变化前偏移位置不大，则可以认为防护对象处于摔倒状态；若压力值在第二预设时间内基本不变，例如压力值在30min内没有变化，且有效压力面积S、有效压力位置均基本不变，则可认为防护对象处于静止状态，进一步的，根据防护对象的呼吸的压力变化值提取其呼吸值，来判断防护对象是处于睡眠状态，还是处于非睡眠状态；若压力值有变化但未超过第一压力阈值，且有效压力面积变化不大但有效压力位置有偏移，可认为防护对象处于正常活动玩耍状态。

S16、防护对象在垫状物的边缘。

S17、根据防护对象的状态生成相对应的提示信息。

具体的，当防护对象处于摔倒状态时，则生成防止摔伤提示关注的信息；当防护对象处于睡眠状态，则生成防止着凉提示关注的信息，当防护对象处于静止非睡眠状态，则生成提示关注稍微运动的信息；当防护对象处于玩耍状态，则生成注意休息补充水分提示关注的信息等等。进一步的，芯片可以通过有线或无线方式与终端连接，并将提示信息定时或实时地推送给终端，让看护人员及时查看防护对象的状态，减轻看护人员的负担。

S18、预警防护对象有离开安全区域的风险，提示关注。

具体的，当防护对象在垫状物的边缘区域时，防护对象有离开安全区域的风险，芯片可以生成预警信息并发送给终端，让看护人员及时关注到防护对象，以免防护对象脱离智能围栏的监测范围。

本发明实施例提供了一种智能围栏及防护对象监测方法，通过智能围栏包括的芯片和垫状物，提供了一种轻便低成本、性能稳定，可水洗可折叠的智能围栏设计，无需真的设立一个围栏，就能够及时监测并预警防护对象的状态，减轻看护人员的负担。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能围栏，其特征在于，包括：芯片和垫状物，所述垫状物形成对防护对象的围护区域，所述垫状物的边界为所述围护区域的边界；

所述垫状物包括上电极板、弹性夹层和下电极板；

所述上电极板和所述下电极板采用柔性或弹性的导电材料制成，所述上电极板和所述下电极板相对设置，所述上电极板和所述下电极板中的至少之一包含多块导电材料以用于采集多路信号；

所述垫状物在受到所述防护对象的压力时，所述弹性夹层产生相应的形变，所述上电极板和所述下电极板之间的距离产生相应变化；

所述芯片用于检测所述压力并根据所述压力确定所述防护对象的状态；所述芯片具体用于：

根据所述压力的有效压力面积、有效压力位置和/或压力变化值确定所述防护对象的状态；

当所述压力变化值为零、所述有效压力面积大于第一面积阈值，所述有效压力位置不变，确定所述防护对象处于趴着或躺着的状态；

当所述压力变化值为零、所述有效压力面积处于第一面积阈值与第二面积阈值之间，所述第一面积阈值大于所述第二面积阈值，所述有效压力位置不变，确定所述防护对象处于坐着的状态；

当所述压力变化值为零、所述有效压力面积小于第二面积阈值，所述有效压力位置变化，确定所述防护对象处于站立的状态。

2.根据权利要求1所述的智能围栏，其特征在于，所述芯片还用于：

根据所述压力的有效压力面积以及所述上电极板和所述下电极板之间的距离的变化量确定电容变化量；

所述电容变化量与所述压力的压力变化值呈正相关。

3.根据权利要求2所述的智能围栏，其特征在于，所述芯片还用于：

将所述电容变化量转换为电压值；

所述电压值与所述压力的压力变化值呈正相关。

4.根据权利要求1所述的智能围栏，其特征在于，所述防护对象的状态包括位置状态；所述芯片具体用于：

根据所述压力确定所述防护对象的位置状态，所述位置状态包括：所述防护对象处于所述围护区域的外部、所述防护对象处于所述围护区域的边缘区域、以及所述防护对象处于所述围护区域内部的安全区域。

5.根据权利要求1所述的智能围栏，其特征在于，所述防护对象的状态包括姿势状态；所述芯片具体用于：

根据所述压力确定所述防护对象的姿势状态，所述姿势状态包括：所述防护对象处于摔倒状态、所述防护对象处于静止状态、以及所述防护对象处于活动状态。

6.根据权利要求1所述的智能围栏，其特征在于，所述防护对象的状态包括睡眠状态；所述芯片具体用于：

根据所述压力，以及所述防护对象的呼吸特征，确定所述防护对象的睡眠状态，所述睡眠状态包括：所述防护对象处于睡眠状态、以及所述防护对象处于非睡眠状态。

7.根据权利要求1所述的智能围栏，其特征在于，所述芯片通过有线或无线方式与终端连接；所述芯片还用于：

根据所述防护对象的状态生成相应的提示信息，并将所述提示信息推送至所述终端。

8.根据权利要求1所述的智能围栏，其特征在于，所述导电材料为导电布。

9.一种防护对象监测方法，其特征在于，应用于智能围栏中的芯片，所述智能围栏还包括垫状物，所述垫状物包括上电极板、弹性夹层和下电极板；

所述方法包括：

在防护对象对所述垫状物产生压力时，根据所述弹性夹层产生的相应形变，以及所述上电极板和所述下电极板之间的距离，检测所述压力；

根据所述压力的有效压力面积、有效压力位置和/或压力变化值确定所述防护对象的状态；

当所述压力变化值为零、所述有效压力面积大于第一面积阈值，所述有效压力位置不变，确定所述防护对象处于趴着或躺着的状态；

当所述压力变化值为零、所述有效压力面积处于第一面积阈值与第二面积阈值之间，所述第一面积阈值大于所述第二面积阈值，所述有效压力位置不变，确定所述防护对象处于坐着的状态；

当所述压力变化值为零、所述有效压力面积小于第二面积阈值，所述有效压力位置变化，确定所述防护对象处于站立的状态。

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