KR20200043741A - Infant bio device with embedded temperatur sensor and threshold control method for signal stabilization - Google Patents

Infant bio device with embedded temperatur sensor and threshold control method for signal stabilization Download PDF

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KR20200043741A
KR20200043741A KR1020180124523A KR20180124523A KR20200043741A KR 20200043741 A KR20200043741 A KR 20200043741A KR 1020180124523 A KR1020180124523 A KR 1020180124523A KR 20180124523 A KR20180124523 A KR 20180124523A KR 20200043741 A KR20200043741 A KR 20200043741A
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Abstract

Disclosed is an infant safety monitoring device based on a motion threshold control. According to an embodiment of the present invention, the infant safety monitoring device worn on an infant includes: an SpO2 sensor for measuring a pulse wave of the infant; an acceleration sensor for detecting a movement of the infant; a temperature sensor for detecting a body temperature of the infant; and an MCU for detecting SpO2 and a pulse rate from a signal measured by the SpO2 sensor, detecting a supine position or a prone position of the infant from a signal measured by the acceleration sensor, and detecting the body temperature of the infant from a signal measured by the temperature sensor, wherein the temperature sensor and the SpO2 sensor are disposed in a structure determined based on measurement accuracy, and measure a body temperature and a pulse wave of the infant′s foot.

Description

체온 내장형 영유아 생체 디바이스 및 신호 안정화를 위한 문턱치 제어 방법 {INFANT BIO DEVICE WITH EMBEDDED TEMPERATUR SENSOR AND THRESHOLD CONTROL METHOD FOR SIGNAL STABILIZATION }Infant and body built-in biological device and threshold control method for signal stabilization {INFANT BIO DEVICE WITH EMBEDDED TEMPERATUR SENSOR AND THRESHOLD CONTROL METHOD FOR SIGNAL STABILIZATION}

본 발명은 영유아 생체 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 영유아에 착용 가능하고 움직임 문턱치(threshold)를 어댑티브하게 조절하여 영유아의 산소포화도(SpO2) 또는 맥박수를 계측함으로써, 영유아의 안전을 모니터링하기 위한 영유아 생체 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to a biological device for infants and toddlers, and more specifically, it can be worn on an infant or toddler and measures the oxygen saturation (SpO2) or pulse rate of the infant by adaptively adjusting a movement threshold to measure the infant's safety. It relates to a biological device.

가정이나, 영유아 위탁시설에서 영유아의 안전관리를 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.Various studies for the safety management of infants and toddlers are being conducted at home and in foster care facilities.

종래의 기술에는, 개인정보 및 보호자정보가 저장된 태그를 영유아에게 부착 또는 지급하고, 리더부를 통해 영유아가 보호영역에 존재하는지에 대한 여부를 보호자에게 주기적으로 통지하는 영유아 안전관리 시스템이 연구되어 널리 사용되고 있다.In the prior art, a safety management system for infants and toddlers has been researched and widely used to attach or pay tags stored with personal information and guardian information to infants and toddlers, and periodically notify guardians whether infants are present in a protected area through a reader unit. have.

그러나 종래의 태그를 이용한 영유아 안전관리 시스템은 보호자가 단순히 보호영역 내에 영유아가 위치하고 있는지에 대한 여부만을 수동적으로 전송받는 방식으로 이루어지기 때문에 영유아의 현재 상태를 보호자가 정확하게 인지할 수 없을 뿐만 아니라 영유아의 돌발 상황을 인지하지 못하고, 돌발 상황에 대한 즉각적인 대처를 수행할 수 없는 한계를 갖는다.However, the safety management system for infants and toddlers using the conventional tag is made by a method in which the guardian is simply passively transmitting whether or not the infant is located in the protected area, so the guardian cannot accurately recognize the current state of the infant and the infant There is a limitation that it is not possible to recognize an unexpected situation and cannot perform an immediate response to the unexpected situation.

본 발명의 실시예들은, 영유아에 착용 가능하고 움직임 문턱치(threshold)를 어댑티브하게 조절하여 영유아의 산소포화도(SpO2) 또는 맥박수를 계측함으로써, 영유아의 안전을 모니터링하기 위한 영유아 생체 디바이스를 제공한다.SUMMARY Embodiments of the present invention provide an infant / child biological device for monitoring the safety of an infant or toddler by measuring oxygen saturation (SpO2) or pulse rate of the infant or toddler by adaptively adjusting a movement threshold and being wearable on an infant or toddler.

본 발명의 실시예들은, 측정 정확성을 고려하여 결정된 구조 배치로 SpO2 센서와 온도 센서가 배치됨으로써, 영유아의 SpO2와 맥박수 그리고 체온에 대한 검출 정확성을 향상시킬 수 있는 영유아 생체 디바이스를 제공한다.Embodiments of the present invention, by placing the SpO2 sensor and the temperature sensor in a structure arrangement determined in consideration of measurement accuracy, provides an infant and toddler biological device capable of improving the detection accuracy for SpO2, pulse rate and body temperature in infants and toddlers.

본 발명의 실시예들은, 영유아의 바로 누움 상태 또는 엎드려 누움 상태를 감지하고, 누움 상태에 따라 움직임 문턱치를 조절하여 엎드려 누움 상태에 있는 경우 움직임 값이 일정 값 이상이더라도 영유아의 산소포화도(SpO2) 또는 맥박수를 계측함으로써, 영유아 돌연사를 방지할 수 있는 영유아 생체 디바이스를 제공한다.Embodiments of the present invention detects the state of lying down or lying down in an infant, and adjusts the movement threshold according to the lying down state, so that when the patient is in the lying down state, the oxygen saturation (SpO2) of the infant or toddler Provided is an infant / child biological device capable of preventing sudden infant death by measuring pulse rate.

본 발명의 일 실시예에 따른 영유아 안전 모니터링 장치는 영유아에 착용되는 영유아 안전 모니터링 장치에 있어서, 상기 영유아의 맥파 측정을 위한 SpO2 센서; 상기 영유아의 움직임을 검출하기 위한 가속도 센서; 상기 영유아의 체온을 검출하기 위한 온도 센서; 및 상기 SpO2 센서에 의한 측정 신호로부터 SpO2와 맥박수를 검출하고, 상기 가속도 센서에 의한 측정 신호로부터 상기 영유아의 누운 자세(supine) 또는 엎드린 자세(prone)를 검출하며, 상기 온도 센서에 의한 측정 신호로부터 상기 영유아의 체온을 검출하는 MCU를 포함하고, 상기 온도 센서와 상기 상기 SpO2 센서는 측정 정확성을 고려하여 결정된 구조로 배치되며, 상기 영유아의 발 부분에 대한 체온과 맥파 측정을 수행하는 것을 특징으로 한다.An infant safety monitoring device according to an embodiment of the present invention includes: an infant safety monitoring device worn on an infant, a SpO2 sensor for measuring pulse wave of the infant; An acceleration sensor for detecting movement of the infant and toddler; A temperature sensor for detecting the body temperature of the infant or toddler; And detecting SpO2 and pulse rate from the measurement signal by the SpO2 sensor, detecting the supine or prone position of the infant from the measurement signal by the acceleration sensor, and from the measurement signal by the temperature sensor. It includes an MCU for detecting the body temperature of the infant, the temperature sensor and the SpO2 sensor is arranged in a structure determined in consideration of the measurement accuracy, characterized in that to perform body temperature and pulse wave measurement for the foot portion of the infant and the infant .

상기 온도 센서는 PCB 상에 형성되고, 상기 온도 센서 상부에 액상 열 전달 물질과 은(Ag) 전극이 순차적으로 형성되어 상기 은 전극이 상기 영유아에 직접 접촉함으로써, 상기 영유아의 체온을 검출할 수 있다.The temperature sensor is formed on a PCB, and a liquid heat transfer material and a silver (Ag) electrode are sequentially formed on the temperature sensor, so that the silver electrode directly contacts the infant to detect body temperature of the infant. .

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 영유아 안전 모니터링 장치는 상기 영유아의 외부 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서를 더 포함하고, 상기 MCU는 상기 영유아의 체온과 상기 외부 온도를 고려하여 상기 움직임의 문턱치를 상이하게 설정하며, 상기 설정된 문턱치에 기초하여 상기 SpO2 센서에 의한 측정 신호로부터 SpO2와 맥박수를 검출할 수 있다.Furthermore, the safety monitoring device for infants and toddlers according to an embodiment of the present invention further includes a first temperature sensor for detecting the external temperature of the infant, and the MCU controls the movement of the infant in consideration of the body temperature and the external temperature of the infant. The threshold is set differently, and SpO2 and pulse rate can be detected from the measurement signal by the SpO2 sensor based on the set threshold.

상기 MCU는 상기 영유아의 검출된 자세에 기초하여 상기 움직임의 문턱치를 상이하게 설정하며, 상기 설정된 문턱치에 기초하여 상기 SpO2 센서에 의한 측정 신호로부터 SpO2와 맥박수를 검출할 수 있다.The MCU may set a threshold of the movement differently based on the detected posture of the infant, and detect SpO2 and pulse rate from the measurement signal by the SpO2 sensor based on the set threshold.

상기 MCU는 상기 영유아의 검출된 체온에 기초하여 상기 움직임의 문턱치를 상이하게 설정하며, 상기 설정된 문턱치에 기초하여 상기 SpO2 센서에 의한 측정 신호로부터 SpO2와 맥박수를 검출할 수 있다.The MCU may set the threshold of the movement differently based on the detected body temperature of the infant, and may detect SpO2 and pulse rate from the measurement signal by the SpO2 sensor based on the set threshold.

본 발명의 실시예들에 따르면, 영유아에 착용 가능하고 움직임 문턱치(threshold)를 어댑티브하게 조절하여 영유아의 산소포화도(SpO2) 또는 맥박수를 계측함으로써, 영유아의 안전을 모니터링할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the infant's safety can be monitored by measuring the oxygen saturation (SpO2) or the pulse rate of the infant by adaptively adjusting a movement threshold and wearing the infant.

본 발명의 실시예들에 따르면, 측정 정확성을 고려하여 결정된 구조 배치로 SpO2 센서와 온도 센서가 배치됨으로써, 영유아의 SpO2와 맥박수 그리고 체온에 대한 검출 정확성을 향상시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, the SpO2 sensor and the temperature sensor are disposed in a structure arrangement determined in consideration of measurement accuracy, thereby improving the detection accuracy of SpO2, pulse rate, and body temperature in infants and toddlers.

본 발명의 실시예들은, 영유아의 바로 누움 상태 또는 엎드려 누움 상태를 감지하고, 누움 상태에 따라 움직임 문턱치를 조절하여 엎드려 누움 상태에 있는 경우 움직임 값이 일정 값 이상이더라도 영유아의 산소포화도(SpO2) 또는 맥박수를 계측함으로써, 영유아 돌연사를 방지할 수 있다.Embodiments of the present invention detects the state of lying down or lying down in an infant, and adjusts the movement threshold according to the lying down state, so that when the patient is in the lying down state, the oxygen saturation (SpO2) of the infant or toddler By measuring the pulse rate, sudden infant death can be prevented.

도 1은 본 발명의 영유아 안전 모니터링 장치를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 영유아 안전 모니터링 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 영유아 안전 모니터링 장치를 이용한 영유아 안전 모니터링 과정에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 단계 S230에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 5는 도 3의 단계 S240에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 6은 도 3의 단계 S250에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 7은 영유아 안전 모니터링 장치에서 SpO2 센서와 온도 센서의 구조 배치를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 8은 온도 센서의 트랜스듀서 구조에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 영유아 안전 모니터링 장치를 적용한 예시도들을 나타낸 것이다.
1 shows an exemplary view for explaining an infant safety monitoring device of the present invention.
FIG. 2 shows a configuration for the safety monitoring device for infants and toddlers illustrated in FIG. 1.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation for an infant safety monitoring process using the infant safety monitoring device illustrated in FIG. 1.
4 is a flowchart illustrating an operation of an embodiment of step S230 of FIG. 3.
5 is a flowchart illustrating an operation of an embodiment of step S240 of FIG. 3.
6 is a flowchart illustrating an operation of an embodiment of step S250 of FIG. 3.
7 illustrates an exemplary diagram for explaining the structure arrangement of a SpO2 sensor and a temperature sensor in an infant safety monitoring device.
8 shows an exemplary view of a transducer structure of a temperature sensor.
9 shows exemplary views to which the infant safety monitoring device of the present invention is applied.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형 태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the person having the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상 의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing the embodiments, and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to the components, steps, operations, and / or elements mentioned above of one or more other components, steps, operations, and / or elements. Presence or addition is not excluded.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사 전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. In addition, commonly used terms defined in the dictionary are not ideally or excessively interpreted unless specifically defined.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions for the same components are omitted.

본 발명의 실시예들은, 영유아에 착용 가능한 기기를 이용하여 검출된 영유아의 움직임 값이 제어 가능한 움직임 문턱치보다 작은 경우 신호 안정화 과정을 통해 영유아의 산소포화도(SpO2) 또는 맥박수를 계측함으로써, 영유아의 안전을 모니터링하는 것을 그 요지로 한다.In the embodiments of the present invention, when the movement value of an infant detected using a wearable device is smaller than a controllable movement threshold, the safety of the infant is measured by measuring the oxygen saturation (SpO2) or pulse rate of the infant through a signal stabilization process. The main thing is to monitor.

여기서, 본 발명은 영유아의 바로 누움 상태 또는 엎드려 누움 상태를 감지하고, 누움 상태에 따라 움직임 문턱치를 조절하여 엎드려 누움 상태에 있는 경우 움직임 값이 일정 값 이상이더라도 영유아의 산소포화도(SpO2) 값 또는 맥박수 값을 계측할 수 있다.Here, the present invention detects an immediate lying down state or a lying down state of an infant, and adjusts a movement threshold according to the lying down state, and when in the lying down state by adjusting a movement threshold, the oxygen saturation (SpO2) value or pulse rate of the infant or toddler The value can be measured.

더 나아가, 본 발명은 일정 시간 이전에 계측된 산소포화도(SpO2) 값 또는 맥박수 값을 반영하여 움직임의 문턱치를 상이하게 설정할 수도 있고, 영유아의 체온에 기초하여 움직임의 문턱치를 상이하게 설정할 수도 있다.Furthermore, the present invention may set the threshold of movement differently by reflecting the oxygen saturation (SpO2) value or pulse rate measured before a certain time, or may set the threshold of movement differently based on the body temperature of an infant or toddler.

더 나아가, 본 발명은 측정 정확성을 고려하여 결정된 구조 배치로 SpO2 센서와 온도 센서가 배치됨으로써, 영유아의 SpO2와 맥박수 그리고 체온에 대한 검출 정확성을 향상시킬 수 있다.Furthermore, according to the present invention, SpO2 sensors and temperature sensors are arranged in a structure arrangement determined in consideration of measurement accuracy, thereby improving the detection accuracy of SpO2, pulse rate, and body temperature in infants and toddlers.

즉, 본 발명은 영유아의 산소포화도(SpO2) 값 또는 맥박수 값을 계산하기 위한 움직임의 문턱치를 상황에 따라 상이하게 설정하고, 측정 정확성을 고려하여 결정된 구조 배치로 SpO2 센서와 온도 센서를 배치함으로써, 영유아의 움직임이 상황에 따라 크더라도 위험한 상황으로 판단되는 경우 문턱치를 높게 하여 산소포화도 값 또는 맥박수 값을 계측하게 제공하고 이를 통해 발생될 수 있는 영유아의 돌연사를 사전에 방지할 수도 있다.That is, according to the present invention, the threshold of movement for calculating the oxygen saturation (SpO2) value or the pulse rate value of an infant is set differently according to circumstances, and the SpO2 sensor and the temperature sensor are arranged in a structure arrangement determined in consideration of measurement accuracy, Even if the movement of infants and toddlers is large depending on the situation, it is possible to measure the oxygen saturation value or pulse rate value by raising the threshold when it is determined to be a dangerous situation, and it can prevent the sudden death of infants and toddlers.

이러한 본 발명에 대해 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 as follows.

도 1은 본 발명의 영유아 안전 모니터링 장치를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 영유아 안전 모니터링 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다. 여기서, 도 1에 도시된 영유아 안전 모니터링 장치(100)는 영유아 생체 디바이스에 대응하며, 체온 디바이스를 내장할 수 있는데, 체온 디바이스는 도 2에 도시된 내장형 온도 센서(190)일 수 있다.1 shows an exemplary view for explaining an infant safety monitoring device of the present invention, and FIG. 2 shows a configuration for an infant safety monitoring device shown in FIG. 1. Here, the infant and child safety monitoring apparatus 100 shown in FIG. 1 corresponds to a biological device for infants and toddlers, and may incorporate a body temperature device. The body temperature device may be the built-in temperature sensor 190 shown in FIG. 2.

도 1과 도 2를 참조하면, 영유아 안전 모니터링 장치(100)는 맥파 측정을 위해 IR/Red LED, photo diode 일체형의 SpO2 센서(110), SpO2 센서(110)의 LED를 구동하기 위한 정전류 LED 스위칭부(120), 영유아의 체온 검출을 위한 온도 센서(190), 센서 출력 전류를 전압으로 변경시켜주는 I/V 변환기(130), 블루투스 통신을 위한 블루투스 모듈(140), 전원부(150) 및 MCU(160)를 주요 구성요소로 구성된다.1 and 2, the infant safety monitoring device 100 is a constant current LED switching for driving the LED of the IR / Red LED, photo diode integrated SpO2 sensor 110, SpO2 sensor 110 for pulse wave measurement Unit 120, temperature sensor 190 for detecting body temperature in infants, I / V converter 130 for changing sensor output current to voltage, Bluetooth module 140 for Bluetooth communication, power supply unit 150 and MCU 160 is composed of the main components.

또한, 밴드 형태의 영유아 안전 모니터링 장치(100)는 자세 측정을 위하여 3축 가속도 센서(170)를 사용하며, 사용자 인터페이스(180)는 전원 On/Off 스위치(181), 블루투스 통신의 연결상태와 배터리 충전 상태를 표시하는 LED(182, 183)로 구성되어 있다. 전원은 배터리(151)로 구동되며, micro USB 커넥터(152)를 통해 배터리 충전이 가능하도록 한다.In addition, the band-type infant safety monitoring device 100 uses a 3-axis acceleration sensor 170 for measuring posture, and the user interface 180 is a power on / off switch 181, a connection state of Bluetooth communication and a battery It is composed of LEDs (182, 183) indicating the state of charge. The power is driven by the battery 151, so that the battery can be charged through the micro USB connector 152.

한편, 본 발명에 따른 밴드 형태의 영유아 안전 모니터링 장치(100)의 맥파 측정부에 대해서 설명하면, 맥파 측정부로 SpO2 센서(IR/Red LED, photo diode 일체형)(110)를 활용한다. 맥파 측정부의 센서는 발광(IR/Red LED) 소자와 수광(photo-diode) 센서가 반사형 측정을 위해 패키지화된 통합 센서를 사용할 수 있다.Meanwhile, when the pulse wave measuring unit of the band-type infant safety monitoring device 100 according to the present invention is described, a SpO2 sensor (IR / Red LED, photo diode integrated type) 110 is used as the pulse wave measuring unit. The sensor of the pulse wave measurement unit may use an integrated sensor in which a light emitting (IR / Red LED) element and a photo-diode sensor are packaged for reflective measurement.

정전류 LED 스위칭부(120)는 발광 소자에 정전류 제어를 통해 약 20mA의 전류를 흘리며, 3단계(IR LED On → Red LED On → 모든 LED Off)를 한 주기로 하여 스위칭을 제어한다. 각 단계의 duty비는 1/3이고 스위칭 주파수는 약 300Hz이다. SpO2 센서(110)의 수광 센서는 입사되는 광량에 비례하여 전류 신호가 발생시킨다. SpO2 센서(110)의 전류 출력 신호는 전류-전압 변환기(I/V Converter)(130)를 통해 전압 신호로 변환된 후 MCU(160)의 16bit ADC(161)로 전달된다. ADC(161)는 일정 샘플링율 예를 들어, 50kSPS의 샘플링율로 구동된다.The constant current LED switching unit 120 flows about 20mA of current through the constant current control to the light emitting element, and controls switching by three steps (IR LED On → Red LED On → All LED Off) in one cycle. The duty ratio of each stage is 1/3 and the switching frequency is about 300 Hz. The light receiving sensor of the SpO2 sensor 110 generates a current signal in proportion to the amount of incident light. The current output signal of the SpO2 sensor 110 is converted into a voltage signal through the current-voltage converter (I / V converter) 130 and then transmitted to the 16-bit ADC 161 of the MCU 160. The ADC 161 is driven at a constant sampling rate, for example, a sampling rate of 50 kSPS.

MCU(160)는 3축 가속도 센서(170)의 각 축에 투영된 중력가속도 방향을 이용하여 회전각을 얻은 후 자세를 계산할 수 있다. 자세는 바로 누운 자세(supine)와 엎드린 자세(prone)를 검출할 수 있으며, 3축 가속도 센서(170)는 1g당 256 level의 해상도로 표현한다. 통신 방식은 I2C를 사용한다.The MCU 160 may calculate a posture after obtaining a rotation angle by using a gravitational acceleration direction projected on each axis of the 3-axis acceleration sensor 170. The posture can detect supine and prone immediately, and the 3-axis acceleration sensor 170 is expressed at a resolution of 256 levels per 1g. The communication method uses I2C.

MCU(160)는 소형화를 위해 16bit ADC(161)를 내장한다. MCU(160)는 통신 제어뿐만 아니라, 자세, SpO2, HR의 연산 기능을 수행한다. SpO2 값의 연산은 IR/Red 신호의 AC/DC값을 모두 검출하여야 하며, DC 성분이 AC 성분에 비해 매우 크고, IR 신호가 Red 신호보다 커야 가능하다. 16bit ADC(161)를 적용한 장치에서 Red 신호의 AC 성분은 사람에 따라 다르게 나타나지만, 손가락에서 측정시 약 200 레벨의 값을 가진다. 만약에 12bit 양자화율의 ADC를 적용한다면, 약 13 레벨 수준으로 분해능이 많이 감소하여 SpO2 연산에 문제를 야기할 것으로 판단하여 16bit ADC(161)를 채택한다.The MCU 160 has a 16-bit ADC 161 for miniaturization. The MCU 160 performs not only communication control, but also calculation functions of posture, SpO2, and HR. The calculation of SpO2 value should detect both AC / DC values of the IR / Red signal, and the DC component is very large compared to the AC component, and the IR signal must be larger than the Red signal. In the device to which the 16-bit ADC 161 is applied, the AC component of the red signal varies depending on the person, but when measured on the finger, it has a value of about 200 levels. If a 12-bit quantization rate ADC is applied, the resolution is greatly reduced to a level of about 13, and the 16-bit ADC 161 is adopted because it is determined to cause problems in SpO2 calculation.

블루투스 모듈(140)은 스마트폰과 같은 보호자 단말기와 통신을 위해 채용하며, FW, RF 부, 안테나 등을 통합한 소형 모듈이다. 블루투스 모듈(140)은 MCU(160)와 UART 961200 bps로 통신하며, 블루투스 통신을 위한 V2.0 Stack을 내장하고 있다.The Bluetooth module 140 is adopted for communication with a guardian terminal such as a smartphone, and is a small module that integrates an FW, an RF unit, an antenna, and the like. The Bluetooth module 140 communicates with the MCU 160 using UART 961200 bps, and has a built-in V2.0 stack for Bluetooth communication.

전원부(150)는 리튬폴리머 배터리를 충전하기 위한 충전부와 정전압 전원으로 구성된다. 전원부(150)에서 블루투스 모듈(140), MCU(160) 등을 구동하기 위한 정전압은 TCR2EF30을 이용하여 구현하며, 외부에서의 전원 공급은 사용의 편의성 및 소형화를 고려하여 micro USB 커넥터(152)를 채택한다. 전원부(150)의 충전 전류는 약 200mA로 설정하고, 배터리(151)는 430mAh의 용량으로 4시간 이상을 사용 가능하도록 설계한다.The power supply unit 150 includes a charging unit for charging a lithium polymer battery and a constant voltage power supply. The constant voltage for driving the Bluetooth module 140, the MCU 160, etc. in the power supply unit 150 is implemented using TCR2EF30, and the external power supply uses the micro USB connector 152 in consideration of convenience and miniaturization. Adopt. The charging current of the power supply unit 150 is set to about 200 mA, and the battery 151 is designed to be usable for 4 hours or more with a capacity of 430 mAh.

한편, 사용자 인터페이스(180)는 전원 On/Off 스위치(181)와 사용자에게 정보를 전달하기 위한 2개의 LED(182, 183)로 구성된다. 전원 On/Off 스위치(181) 1초 이상 누를 때 켜지며, 다시 1초 이상 누를 때 꺼지도록 동작한다. 2개의 LED(182, 183)는 배터리(151) 충전 시 충전 상태를 표시하는 충전 LED(183)와 블루투스 연결 상태를 표시하는 연결 LED(182)로 구성된다. 충전 LED(183)는 충전 중일 때 0.2초 켜짐과 1초 꺼짐을 반복하고, 충전 완료시 계속 켜지며, 충전 오류가 발생한 경우는 0.1초 켜짐과 0.1초 꺼짐을 반복한다. 연결 LED(182)는 연결 대기 상태에서는 0.2초 켜짐과 1초 꺼짐을 반복하며, 연결 중일 때는 계속 켜진다.Meanwhile, the user interface 180 includes a power on / off switch 181 and two LEDs 182 and 183 for transmitting information to the user. Power On / Off switch 181 Turns on when pressed for more than 1 second, and turns off when pressed for more than 1 second. The two LEDs 182 and 183 are composed of a charging LED 183 indicating a charging state when charging the battery 151 and a connection LED 182 indicating a Bluetooth connection state. The charging LED 183 repeatedly turns on 0.2 seconds and turns off 1 second when it is being charged, and turns on continuously when charging is completed, and repeats turning on 0.1 seconds and turning off 0.1 seconds when a charging error occurs. The connection LED 182 repeatedly turns on for 0.2 seconds and turns off for 1 second in the connection standby state, and continues to light when connected.

온도 센서(190)는 영유아의 신체 부위 예를 들어, 발에 직접 접촉되어 영유아의 체온을 직접 검출한다. 여기서, 온도 센서(190)는 은 금속을 통해 영유아의 신체에 직접 접촉하고 은 금속을 통해 전달된 열을 이용하여 체온을 검출함으로써, 측정 오차를 줄일 수 있다.The temperature sensor 190 directly contacts the body part of an infant, for example, a foot, and directly detects the infant's body temperature. Here, the temperature sensor 190 can directly reduce the measurement error by directly contacting the infant's body through silver metal and detecting body temperature using heat transferred through the silver metal.

MCU(160)는 기본적으로 SpO2와 맥박수 검출, 체온 검출, 자세 검출, 통신 수행, 사용자 인터페이스 기능을 처리한다. MCU(160)는 SpO2 및 맥박수 검출 과정에서 잡음 제거를 위해 디지털 LPF, baseline 검출을 위해 QV 알고리즘을 적용하여 신호의 AC/DC 성분을 추출한다.The MCU 160 basically processes SpO2 and pulse rate detection, body temperature detection, posture detection, communication execution, and user interface functions. The MCU 160 extracts AC / DC components of the signal by applying a digital LPF for noise reduction and QV algorithm for baseline detection in the process of detecting SpO2 and pulse rate.

여기서, 맥박수는 윈도우 방식의 최대치 검출 방법을 이용하여 검출하며, 자세는 3축 가속도 센서(170)의 회전각과 움직임을 검출하여 추론한다. 블루투스 모듈(140)이 UART를 통해 제어되므로, PC와의 통신은 DMA를 통해 UART 포트를 제어하여 수행하도록 구현한다.Here, the pulse rate is detected using the maximum detection method of the window method, and the posture is inferred by detecting the rotation angle and movement of the 3-axis acceleration sensor 170. Since the Bluetooth module 140 is controlled through the UART, communication with a PC is implemented by controlling the UART port through DMA.

나아가, MCU(160)는 검출된 자세에 기초하여 SpO2와 맥박수 값을 계산하기 위한 영유아의 움직임 문턱치를 상이하게 설정하거나 영유야의 체온에 기초하여 영유아의 움직임 문턱치를 상이하게 설정하거나 최근에 계산된 SpO2와 맥박수 값을 반영하여 영유아의 움직임 문턱치를 상이하게 설정할 수도 있다. 추가적으로, MCU(160)는 장치(100)에 영유아의 외부 온도를 검출하는 추가 온도 센서가 구비된 경우 추가 온도 센서에 의해 검출된 외부 온도를 추가적으로 반영함으로써, 영유아의 움직임 문턱치를 상이하게 설정할 수도 있다.Furthermore, the MCU 160 sets the movement threshold of infants and toddlers to calculate SpO2 and pulse rate values based on the detected posture, or sets the movement threshold of infants and toddlers based on body temperature of infants and toddlers, or recently calculated SpO2 and pulse rate values may be reflected to set the movement threshold of infants and children differently. Additionally, the MCU 160 may further set the movement threshold of infants and toddlers by differently reflecting the external temperature detected by the additional temperature sensor when the device 100 is equipped with an additional temperature sensor that detects the infant's external temperature. .

즉, MCU(160)는 영유아의 움직임에 기초하여 영유아의 산소포화도 값 또는 맥박수 값을 계측하기 위한, 움직임의 문턱치(threshold)를 고정된 값으로 설정하는 것이 아니라 상황에 따라 문턱치를 상이하게 설정한다.That is, the MCU 160 does not set the threshold of movement as a fixed value for measuring the oxygen saturation value or pulse rate value of the toddler based on the movement of the infant, but sets the threshold differently according to the situation. .

일 예로, MCU(160)는 3축 가속도 센서에 의해 센싱된 값에 기초하여 영유아의 자세가 바로 누움 상태로 판단되면 움직임의 문턱치를 기준이 되는 기준 문턱치 예를 들어, 2Hz로 설정하고, 영유아의 자세가 엎드려 누움 상태로 판단되면 움직임의 문턱치를 기준 문턱치보다 높은 문턱치 예를 들어, 3Hz 또는 4Hz로 설정함으로써, 엎드려 누운 상태에서 발생될 수 있는 영유아의 문제를 사전에 방지할 수 있다.For example, the MCU 160 sets a reference threshold value, for example, 2 Hz, which is a reference value for the movement threshold when the posture of the infant is determined to be in a state of reclining based on the value sensed by the 3-axis acceleration sensor. If the posture is determined to be lying on the stomach, the threshold of the movement is set to a threshold higher than the reference threshold, for example, 3 Hz or 4 Hz, so that problems of infants and toddlers that may occur while lying on the stomach can be prevented in advance.

다른 일 예로, MCU(160)는 최근에 계산된 산소포화도 값 또는 맥박수 값이 정상 상태인 경우에는 문턱치를 기준 문턱치 값으로 설정하고, 위험에 가까운 경우 문턱치를 기준 문턱치보다 높은 문턱치로 높은 문턱치로 설정함으로써, 영유아의 위험에 의해 발생될 수 있는 상황을 모니터링할 수 있다.As another example, when the recently calculated oxygen saturation value or pulse rate value is in a normal state, the MCU 160 sets a threshold as a reference threshold value, and when it is close to a risk, sets the threshold as a threshold higher than the reference threshold and higher as the threshold By doing so, it is possible to monitor the situation that may be caused by the infant's risk.

도 3은 도 1에 도시된 영유아 안전 모니터링 장치를 이용한 영유아 안전 모니터링 과정에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 도 2의 MCU에서의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.FIG. 3 illustrates an operation flowchart for an infant safety monitoring process using the infant safety monitoring device illustrated in FIG. 1, and shows an operation flowchart in the MCU of FIG. 2.

도 3을 참조하면, 영유아 안전 모니터링 장치는 영유아에 부착된 장치(100)를 이용하여 영유아의 움직임을 검출하고, 검출된 영유아의 움직임 또는 자세에 기초하여 계측 문턱치 즉, 움직임의 문턱치를 설정한다(S210, S220).Referring to FIG. 3, the infant safety monitoring device detects the movement of an infant using the device 100 attached to the infant, and sets a measurement threshold, that is, a movement threshold based on the detected motion or posture of the infant ( S210, S220).

여기서, 단계 S210은 장치(100)에 구비된 3축 가속도 센서를 이용하여 영유아의 움직임을 감지할 수 있으며, 3축 가속도 센서에 의해 센싱된 각 축의 값에 기초하여 영유아의 자세 예를 들어, 바로 누움 자세, 엎드려 누움 자세 등에 대한 자세 정보를 감지할 수 있다.Here, step S210 may detect the movement of the infant or toddler using the 3-axis acceleration sensor provided in the device 100, for example, the posture of the infant, based on the value of each axis sensed by the 3-axis acceleration sensor, for example, It is possible to detect posture information about a lying down position, a lying down position and the like.

이 때, 단계 S220은 움직임의 문턱치를 설정하는데 있어서, 영유아의 자세를 고려하여 상이하게 설정할 수도 있고, 영유아의 체온이 감지되는 경우 감지된 체온에 기초하여 상이하게 설정할 수도 있으며, 최근에 계측된 영유아의 산소포화도 값을 반영하여 상이하게 설정할 수도 있다.At this time, in setting the threshold of movement, step S220 may be set differently in consideration of the infant's posture, or may be set differently based on the detected body temperature when the infant's body temperature is detected. It may be set differently by reflecting the oxygen saturation value of.

이와 같이, 본 발명은 움직임의 문턱치를 고정된 값이 아닌 조절 가능한 값으로 설정함으로써, 영유아에게 발생할 수 있는 다양한 경우에 대하여 산소포화도 값을 계측할 수 있으며, 각 상황에 따른 결과 값을 보호자에게 제공하고 이를 통해 위험 상황을 사전에 방지할 수 있다.As described above, the present invention can measure the oxygen saturation value for various cases that may occur in infants and toddlers by setting the threshold of movement to an adjustable value rather than a fixed value, and provides a result value according to each situation to a guardian Doing so can prevent dangerous situations in advance.

단계 S220에 의해 문턱치가 설정되면 설정된 문턱치와 움직임 감지에 의해 계산된 움직임 값을 비교하여 움직임 값이 설정된 문턱치 값보다 크면 계측을 패스하고, 움직임 값이 문턱치 값보다 작은 경우에는 신호 안정화 과정을 통해 SpO2 센서에 의해 획득된 데이터로부터 잡음을 제거한 후 잡음이 제거된 데이터에 의해 계산된 SpO2 값 또는 맥박수 값의 유효 여부를 판단하여 계측을 수행하거나 계측을 패스한다(S240, S250).If the threshold is set in step S220, the set threshold is compared with the motion value calculated by motion detection to pass the measurement if the motion value is greater than the set threshold value, and if the motion value is less than the threshold value, SpO2 through the signal stabilization process After removing the noise from the data obtained by the sensor, it is determined whether the SpO2 value or the pulse rate value calculated by the data from which the noise is removed is valid, or measurement is performed (S240, S250).

도 3의 각 단계에 대한 상세한 설명을 도 4 내지 도 6을 참조하여 조금 더 설명하면 다음과 같다.A detailed description of each step of FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 4 to 6 as follows.

도 4는 도 3의 단계 S230에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것으로, SpO2와 맥박수 측정 가능 상태를 판단하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of one embodiment of step S230 of FIG. 3, and shows an operation flowchart for determining SpO2 and pulse rate measurement states.

도 4에 도시된 바와 같이, 3축 가속도 센서에 의해 검출되는 가속도 데이터 즉, X축 데이터, Y축 데이터 및 Z축 데이터를 이용하여 일정 시간 마다 각 축의 최대(Max), 최소(Min), 평균값을 계산한 후 최대 값과 최소 값의 차이를 이용하여 3축 가속도 센서의 최대 가속도 변화량(A)을 계산한다.As illustrated in FIG. 4, the maximum (Max), minimum (Min), and average values of each axis at a given time using acceleration data detected by a 3-axis acceleration sensor, that is, X-axis data, Y-axis data, and Z-axis data. After calculating, the maximum acceleration change amount (A) of the 3-axis acceleration sensor is calculated using the difference between the maximum value and the minimum value.

계산된 최대 가속도 변화량이 미리 설정된 계측 기준 값(또는 문턱치) 예를 들어, 2Hz 이상이면 움직임 상태로 판단하여 계측을 하지 않고, 2Hz 미만으로 판단되면 SpO2와 맥박수를 측정한다.If the calculated maximum acceleration change amount is a preset measurement reference value (or threshold), for example, 2 Hz or more, it is determined as a motion state and is not measured. If it is determined that it is less than 2 Hz, SpO2 and pulse rate are measured.

물론, 3축 가속도 센서에 의해 검출된 가속도 데이터에 기초하여 해당 기기를 착용한 영유아가 바로 누움 상태인지 뒤집어 누움 상태인지 판단할 수 있다. 예를 들어, 3축 가속도 센서가 허벅지 위쪽에 부착된 경우 장치 부착 시 3축 가속도 센서의 Y축이 허벅지의 장축 방향을 지시하게 되고, 다리가 바닥에 수평하게 놓인 상태라면 Y축의 값은 0, X축의 값은 0, Z 축의 값은 1g가 된다. 따라서 다리를 바닥에 수평한 상태에서 장축 방향(중력의 직각 방향의 축)으로 회전을 하게 되면 X, Z축의 값에 따라 회전각을 알 수 있다. 다리를 바닥에 수평한 상태에서 약간 올리거나 내려도 회전각을 계산하는데 큰 문제는 없지만, 많이 올리게 되면 회전각의 계산에 문제가 발생하여 계산 불가능 상태로 진입하게 된다. 다리를 바닥에서 수평한 상태에서 높이거나 낮추게 되면 Y축의 값이 0에서 증가하거나 감소하게 되며, 미리 설정된 계측 기준 값에 기초하여 계측 가능 또는 불가능 여부를 검출한다.Of course, based on the acceleration data detected by the 3-axis acceleration sensor, it is possible to determine whether an infant or toddler wearing the device is lying down or lying upside down. For example, when a 3-axis acceleration sensor is attached to the upper thigh, when the device is attached, the Y-axis of the 3-axis acceleration sensor indicates the long axis direction of the thigh, and if the leg is placed horizontally on the floor, the Y-axis value is 0, The value of the X-axis is 0, and the value of the Z-axis is 1 g. Therefore, when the legs are rotated in the long axis direction (axis perpendicular to gravity) in a state horizontal to the floor, the rotation angle can be known according to the values of the X and Z axes. There is no big problem in calculating the rotation angle even if the legs are raised or lowered in a horizontal state on the floor, but if it is raised a lot, a problem arises in the calculation of the rotation angle, and it enters the uncalculated state. When the leg is raised or lowered in a horizontal state on the floor, the value of the Y axis increases or decreases from 0, and it is detected whether measurement is possible or impossible based on a preset measurement reference value.

움직임이 없고 다리가 올려지지 않은 경우는 회전각을 통해 바로 누웠는지, 뒤집어 누웠는지를 판단한다. 예를 들어, 180도 각도를 기준으로 판단할 수 있으나 현재 자세를 기준으로 10도의 이력(hysteresis)을 두어 0도, 180도 근처에서 약간 움직이는 경우에도 자세의 표시가 안정적으로 나타나도록 한다.If there is no movement and the legs are not raised, it is judged whether they are lying down or lying upside down through the rotation angle. For example, it can be judged based on an angle of 180 degrees, but a hysteresis of 10 degrees is placed based on the current posture so that the display of the posture is stably displayed even when slightly moved near 0 and 180 degrees.

도 5는 도 3의 단계 S240에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것으로, SpO2 및 맥박수 연산 처리 과정을 통해 신호를 안정화시키는 동작 흐름도를 나타낸 것이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of one embodiment of step S240 of FIG. 3, and shows an operation flowchart of stabilizing a signal through a process of SpO2 and pulse rate calculation.

도 5에 도시된 바와 같이, SpO2 센서에서 IR LED 켜짐/Red LED 켜짐/모든 LED 꺼짐의 순서로 LED를 스위칭 함으로써, 발생한 SpO2 센서의 출력 신호를 내장 ADC를 통해 10kSPS의 샘플링율로 데이터를 획득한다. 그리고 잡음을 제거하기 위하여 일정 샘플 크기로 이동 평균(moving average)을 수행함으로써, IR 신호를 추출하며, 각 신호에 대해 LPF를 통과시켜 고주파 잡음을 추가로 제거한 후 일정 주파수 예를 들어, 30Hz로 다운 샘플링한다.As shown in FIG. 5, by switching the LEDs in the order of IR LED On / Red LED On / All LED Off in the SpO2 sensor, the output signal of the generated SpO2 sensor is acquired through the built-in ADC at a sampling rate of 10 kSPS. . And to remove noise, by performing a moving average (moving average) to a certain sample size, the IR signal is extracted, by passing through the LPF for each signal to further remove high-frequency noise, and then down to a certain frequency, for example, 30Hz Sample.

예를 들어, SpO2 센서의 LED가 약 300 Hz로 스위칭하기 때문에, 스위칭 주기와 동기화하여 다운 샘플링된 데이터에서 IR LED가 켜진 경우, Red LED가 켜진 경우, 모든 LED가 꺼진 경우 등 3가지 상태에 대해 IR 신호 파형을 추출할 수 있다.For example, because the LED of the SpO2 sensor switches to about 300 Hz, it can be synchronized with the switching cycle for three states: IR LED on the down-sampled data, red LED on, and all LED off. IR signal waveforms can be extracted.

다운 샘플링된 신호에 대하여 이차 변동성(QV; quadratic variation) 알고리즘을 이용하여 2 개의 이차 변동성 출력 신호를 추출하고, 추출된 2 개의 이차 변동성 출력 신호를 이용하여 2개의 삼각파 계수를 추출한다.For the down sampled signal, two quadratic variation output signals are extracted using a quadratic variation (QV) algorithm, and two triangular wave coefficients are extracted using the extracted two quadratic variation output signals.

추출된 각각의 삼각파 계수와 QV 신호를 곱하여 신호를 추출하고, 추출된 두 개의 신호를 더함으로써, 신호가 안정화된 최적 맥파 신호를 추출한다.The signal is extracted by multiplying each extracted triangular wave coefficient and the QV signal, and by adding the two extracted signals, an optimal pulse wave signal with a stable signal is extracted.

나아가, 맥박수는 데이터의 변화량 성분(AC 성분)을 추출한 후 최대치 검출(Peak Detection)을 수행하며, 각 최대치 간의 시간(샘플수)을 얻은 후 계산한다.Furthermore, the pulse rate is calculated after extracting the change amount component (AC component) of the data and performing peak detection, obtaining the time (number of samples) between each maximum value.

맥박수 연산을 위한 AC 성분은 300SPS의 신호에서 baseline 변화 성분을 제거함으로써 추출할 수 있다. Baseline은 QV 알고리즘을 적용하여 검출할 수 있다. 5초 단위로 처리하는 QV 알고리즘은 정방행렬을 통해 구현되어지며, 결과값을 얻기 위해서는 많은 연산량을 요구하므로 QV 알고리즘을 적용하기 위해 데이터를 다운 샘플링할 수도 있다. 다운 샘플링한 후 QV 알고리즘을 통해 baseline을 검출하며, 선형 보간을 수행할 수 있으며, QV 알고리즘과 선형 보간을 통해 획득한 baseline과 LPF를 통과한 신호 간에는 시간차가 발생하므로 시간 지연 circular Queue를 통해 시간 지연 성분을 보상한다. QV 알고리즘에 의한 baseline 결과는 계산 구간마다 불연속점이 발생하는 문제가 있으므로, 문제 해결을 위해 이중 가중치 QV(Weighted Dual QV) 알고리즘을 이용할 수도 있다.The AC component for pulse rate calculation can be extracted by removing the baseline change component from the signal of 300 SPS. Baseline can be detected by applying QV algorithm. The QV algorithm, which is processed in units of 5 seconds, is implemented through a square matrix, and data can be downsampled to apply the QV algorithm because a large amount of computation is required to obtain a result. After downsampling, the baseline is detected through the QV algorithm, linear interpolation can be performed, and there is a time difference between the baseline acquired through the QV algorithm and the linear interpolation and the signal passing through the LPF. Compensate ingredients. Since the baseline result by the QV algorithm has a problem that discontinuities occur in each calculation section, a dual weight QV (Weighted Dual QV) algorithm may be used to solve the problem.

한편, SpO2 값은 SpO2 센서의 IR, Red 신호를 통해 연산될 수 있으며, QV 알고리즘을 적용한 baseline을 DC 성분으로, 신호 값에서 baseline 값을 뺀 값을 AC 성분으로 하여 연산할 수 있다.Meanwhile, the SpO2 value may be calculated through the IR and Red signals of the SpO2 sensor, and the baseline to which the QV algorithm is applied is a DC component, and the value obtained by subtracting the baseline value from the signal value is an AC component.

도 6은 도 3의 단계 S250에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 계산된 SpO2 값과 맥박수 값이 유효한지 판단하는 과정에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of one embodiment of step S250 in FIG. 3, and shows an operation flowchart for determining whether the calculated SpO2 value and pulse rate value are valid.

도 6에 도시된 바와 같이, SpO2는 SpO2 센서와 측정 대상이 근접하여야 정상적으로 측정된다. SpO2 센서와 측정 대상 사이에 거리가 먼 경우 SpO2와 맥박수를 계산하는 것이 무의미하기 때문에, 계산된 SpO2 값과 맥박수 값이 유효한지를 판단하는 방법을 이용할 수 있다. 전원이 켜진 직후에는 일정시간 QV 정방행렬이 안정 상태로 될 때까지 대기한 후 센서 꺼짐(Sensor Off) 상태로 전환된다.As shown in FIG. 6, SpO2 is normally measured only when the SpO2 sensor and the measurement object are close. If the distance between the SpO2 sensor and the measurement object is far, it is meaningless to calculate the SpO2 and the pulse rate, so a method of determining whether the calculated SpO2 value and the pulse rate value are valid can be used. Immediately after the power is turned on, it waits for a certain period of time before the QV square matrix becomes stable and then switches to the Sensor Off state.

IR의 DC 신호가 IR에 대해 미리 설정된 제1 문턱치(threshold_IR1) 이상일 경우에는 SpO2 센서가 정상적으로 연결되었다고 판단하여 센서 켜짐(Sensor On) 상태로 전환된다. IR에 대한 문턱치를 두 종류(threshold_IR1, threshold_IR2)로 두고 이력(hysteresis) 관리를 적용하여 약간의 DC값 변동에서도 빠른 상태변화가 발생하지 않도록 한다.When the DC signal of the IR is greater than or equal to the first threshold value (threshold_IR1) preset for the IR, it is determined that the SpO2 sensor is normally connected, and the sensor is switched to the sensor on state. The thresholds for IR are set to two types (threshold_IR1, threshold_IR2) and hysteresis management is applied to prevent rapid state changes even in slight DC value fluctuations.

센서 켜짐 상태에 진입한 후 5회 이상의 맥박수가 검출되면 정상적인 측정 상태(Normal)로 전환된다. 만약에 IR의 AC 값이 지나치게 작은 경우에도 측정이 정상적으로 이루어지지 않는다고 가정하여 Error_No Signal 상태로 전환된다. Normal 상태 이외의 상태에서는 SpO2 및 맥박수를 표시하지 않도록 한다.If the pulse rate is detected more than 5 times after entering the sensor on state, it is converted to the normal measurement state (Normal). If the AC value of IR is too small, it is assumed that the measurement is not normally performed, and the error_No Signal state is changed. SpO2 and pulse rate should not be displayed in any state other than the normal state.

도 7은 영유아 안전 모니터링 장치에서 SpO2 센서와 온도 센서의 구조 배치를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것으로, 영유아 안전 모니터링 장치는 밴드 형태로 영유아의 특정 신체 부위 예를 들어, 발에 착용할 수 있다.7 shows an exemplary diagram for explaining the structure arrangement of a SpO2 sensor and a temperature sensor in an infant safety monitoring device, and the infant safety monitoring device may be worn on a specific body part of an infant, for example, a foot, in the form of a band .

도 7에 도시된 바와 같이, SpO2 센서의 송광부(111)와 수광부(112)는 영유아의 발가락 또는 발 측면 등에서 맥파를 측정하도록 구조 배치되고, 온도 센서를 포함하는 트랜스듀서(710)는 측정 정확성을 고려하여 SpO2 센서의 배치 위치와 일정 거리 이격된 위치에 배치 예를 들어, 발바닥에서 체온을 검출할 수 있도록 구조 배치될 수 있다.As shown in FIG. 7, the light transmitting unit 111 and the light receiving unit 112 of the SpO2 sensor are structured to measure pulse waves on the toe or foot side of an infant, and the transducer 710 including the temperature sensor measures accuracy In consideration of the arrangement, the structure may be arranged to detect body temperature at the sole of the foot, for example, at a position spaced apart from the placement position of the SpO2 sensor.

여기서, SpO2 센서와 트랜스듀서(710)는 이러한 측정 정확성과 영유아의 신체 착용 부위 등을 고려하여 그 구조 배치가 결정될 수 있으며, 이렇게 결정된 구조 배치로 SpO2 센서와 트랜스듀서(710)를 배치시킬 수 있다.Here, the SpO2 sensor and the transducer 710 may be configured to determine its structural arrangement in consideration of such measurement accuracy and a body worn part of an infant, and the SpO2 sensor and the transducer 710 may be disposed with the determined structural arrangement. .

예를 들어, 트랜스 듀서(710)는 플렉시블(flexible) PCB 상에 배치될 수 있다.For example, the transducer 710 may be disposed on a flexible PCB.

이러한 온도 센서는 영유아의 체온에 대한 온도 값을 읽어서 무빙 에버리지(moving average) 단계 예를 들어, 10 포인트 무빙 에버리지 단계 즉, 신호를 안정화시키는 과정을 거치고, 싱글 포지션 캘리브레이션을 통해 특정 온도 범위 예를 들어, 34도부터 41도 사이의 온도 구간에서 이차 방정식으로 보정을 수행할 수 있다. 여기서, 보정 작업에 대한 데이터를 수집하고 수집된 데이터의 정확성을 고려하여 캘리브레이션하는 과정을 반복적으로 수행할 수도 있다.Such a temperature sensor reads a temperature value for an infant's body temperature and undergoes a moving average step, for example, a 10-point moving average step, that is, a signal stabilization process, and a specific temperature range, for example, through a single position calibration. , Calibration can be performed with a quadratic equation in the temperature range between 34 and 41 degrees. Here, it is also possible to repeatedly perform a process of collecting data for the calibration operation and calibrating considering the accuracy of the collected data.

트랜스듀서(710)는 도 8에 도시된 바와 같이, PCB 상에 온도 센서가 배치되고, 온도 센서 상부에 액상 열 전달 물질(liquid heat transfer material)과 은(Ag) 전극이 순차적으로 형성되어 은 전극이 영유아의 신체에 직접 접촉함으로써, 영유아의 체온을 온도 센서를 통해 정확하게 검출할 수 있다.As shown in FIG. 8, the transducer 710 is disposed with a temperature sensor on a PCB, and a liquid heat transfer material and a silver (Ag) electrode are sequentially formed on the temperature sensor to form a silver electrode. By directly contacting the infant's body, the infant's body temperature can be accurately detected through a temperature sensor.

트랜스듀서(710)는 주변 온도가 영향을 주면 안되기 때문에 온도 센서 주변에 절연 물질(insulator)을 형성할 수 있다. 즉, 트랜스듀서(710)의 은 전극은 독성이 없기 때문에 영유아한테 안전하고 열 전달일 좋기 때문에 온도를 검출하는데 있어서 아주 적합하다.Transducer 710 may form an insulating material (insulator) around the temperature sensor because the ambient temperature should not affect. That is, since the silver electrode of the transducer 710 is non-toxic, it is safe for infants and toddlers and is suitable for detecting temperature since it is good for heat transfer.

이러한 영유아 안전 모니터링 장치 또는 영유아 생체 디바이스는 도 9에 도시된 바와 같이 아기의 발을 깜싼 형태로 부착될 수 있으며, 아기의 발에 본 발명의 장치를 접촉시키고, 양말이나 다른 고정 수단(천 등)을 이용하여 장치를 아기의 발에 고정시킴으로써, 아기가 움직이더라도 본 발명의 장치가 떨어지거나 하는 문제를 해결할 수 있다.The infant safety monitoring device or the infant / child biological device may be attached to the baby's foot as shown in FIG. 9, contact the device of the present invention with the baby's foot, and socks or other fixing means (such as cloth). By fixing the device to the baby's feet using, it is possible to solve the problem that the device of the present invention falls even if the baby moves.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 영유아에 착용 가능한 기기를 이용하여 검출된 영유아의 움직임 값이 제어 가능한 움직임 문턱치보다 작은 경우 신호 안정화 과정을 통해 영유아의 산소포화도(SpO2) 또는 맥박수를 계측함으로써, 영유아의 안전을 모니터링할 수 있다.As described above, the method according to an embodiment of the present invention measures the oxygen saturation (SpO2) or pulse rate of an infant through a signal stabilization process when the motion value of the infant is detected using a device that can be worn on the infant and is smaller than a controllable motion threshold. By doing so, the safety of infants and toddlers can be monitored.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 영유아의 바로 누움 상태 또는 엎드려 누움 상태를 감지하고, 누움 상태에 따라 움직임 문턱치를 조절하여 엎드려 누움 상태에 있는 경우 움직임 값이 일정 값 이상이더라도 영유아의 산소포화도(SpO2) 또는 맥박수를 계측함으로써, 영유아 돌연사를 방지할 수 있다.In addition, the method according to an embodiment of the present invention detects an immediate lying down state or a lying down state of an infant, and adjusts a movement threshold according to the lying down state, so that when in the lying down state, the oxygen saturation of the infant even if the motion value is more than a certain value (SpO2) Or by measuring the pulse rate, it is possible to prevent sudden death of infants and toddlers.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 영유아의 산소포화도(SpO2) 또는 맥박수를 미리 설정된 사용자 단말기로 자동 전송하도록 하고, 클라우드 기반으로 안전 모니터링 정보를 제공함으로써, 보호자는 간편하게 영유아 상태 정보를 확인할 수 있고, 보호자가 영유아를 놔두고 잠시 일을 보는 경우에도 편리하게 활용할 수 있다.In addition, the method according to an embodiment of the present invention to automatically transmit the oxygen saturation (SpO2) or pulse rate of the infant to a preset user terminal, and by providing safety monitoring information based on the cloud, the guardian can easily check the infant and toddler status information It can be used conveniently even when the guardian leaves the infant and the child to work for a while.

이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The system or device described above may be implemented with hardware components, software components, and / or combinations of hardware components and software components. For example, the systems, devices, and components described in embodiments include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors (micro signal processors), microcomputers, field programmable arrays (FPAs). ), A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers. The processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of understanding, a processing device may be described as one being used, but a person having ordinary skill in the art, the processing device may include a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. In addition, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device. Software and / or data may be interpreted by a processing device, or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodied in the transmitted signal wave. The software may be distributed on networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예들에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Hardware devices specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes produced by a compiler. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by a limited embodiment and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and / or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (5)

영유아에 착용되는 영유아 안전 모니터링 장치에 있어서,
상기 영유아의 맥파 측정을 위한 SpO2 센서;
상기 영유아의 움직임을 검출하기 위한 가속도 센서;
상기 영유아의 체온을 검출하기 위한 온도 센서; 및
상기 SpO2 센서에 의한 측정 신호로부터 SpO2와 맥박수를 검출하고, 상기 가속도 센서에 의한 측정 신호로부터 상기 영유아의 누운 자세(supine) 또는 엎드린 자세(prone)를 검출하며, 상기 온도 센서에 의한 측정 신호로부터 상기 영유아의 체온을 검출하는 MCU
를 포함하고,
상기 온도 센서와 상기 상기 SpO2 센서는
측정 정확성을 고려하여 결정된 구조로 배치되며, 상기 영유아의 발 부분에 대한 체온과 맥파 측정을 수행하는 영유아 안전 모니터링 장치.
In the infant safety monitoring device worn on infants,
SpO2 sensor for measuring the pulse wave of the infant;
An acceleration sensor for detecting movement of the infant and toddler;
A temperature sensor for detecting the body temperature of the infant or toddler; And
SpO2 and pulse rate are detected from the measurement signal by the SpO2 sensor, the supine or prone position of the infant is detected from the measurement signal by the acceleration sensor, and the measurement signal by the temperature sensor is used. MCU to detect body temperature in infants and toddlers
Including,
The temperature sensor and the SpO2 sensor
Safety monitoring device for infants and toddlers arranged in a structure determined in consideration of measurement accuracy and performing body temperature and pulse wave measurements on the infant's foot.
제1항에 있어서,
상기 온도 센서는
PCB 상에 형성되고, 상기 온도 센서 상부에 액상 열 전달 물질과 은(Ag) 전극이 순차적으로 형성되어 상기 은 전극이 상기 영유아에 직접 접촉함으로써, 상기 영유아의 체온을 검출하는 것을 특징으로 하는 영유아 안전 모니터링 장치.
According to claim 1,
The temperature sensor
It is formed on a PCB, a liquid heat transfer material and a silver (Ag) electrode are sequentially formed on the temperature sensor, so that the silver electrode directly contacts the infant, thereby detecting infant body temperature. Monitoring device.
제1항에 있어서,
상기 영유아의 외부 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서
를 더 포함하고,
상기 MCU는
상기 영유아의 체온과 상기 외부 온도를 고려하여 상기 움직임의 문턱치를 상이하게 설정하며, 상기 설정된 문턱치에 기초하여 상기 SpO2 센서에 의한 측정 신호로부터 SpO2와 맥박수를 검출하는 것을 특징으로 하는 영유아 안전 모니터링 장치.
According to claim 1,
First temperature sensor for detecting the external temperature of the infant
Further comprising,
The MCU
The infant safety monitoring device, characterized in that, in consideration of the body temperature and the external temperature of the infant, the threshold of the movement is set differently, and SpO2 and pulse rate are detected from the measurement signal by the SpO2 sensor based on the set threshold.
제1항에 있어서,
상기 MCU는
상기 영유아의 검출된 자세에 기초하여 상기 움직임의 문턱치를 상이하게 설정하며, 상기 설정된 문턱치에 기초하여 상기 SpO2 센서에 의한 측정 신호로부터 SpO2와 맥박수를 검출하는 것을 특징으로 하는 영유아 안전 모니터링 장치.
According to claim 1,
The MCU
The infant safety monitoring device, characterized in that the threshold of the movement is set differently based on the detected posture of the infant, and SpO2 and pulse rate are detected from the measurement signal by the SpO2 sensor based on the set threshold.
제1항에 있어서,
상기 MCU는
상기 영유아의 검출된 체온에 기초하여 상기 움직임의 문턱치를 상이하게 설정하며, 상기 설정된 문턱치에 기초하여 상기 SpO2 센서에 의한 측정 신호로부터 SpO2와 맥박수를 검출하는 것을 특징으로 하는 영유아 안전 모니터링 장치.
According to claim 1,
The MCU
The infant safety monitoring device, characterized in that the threshold of the movement is set differently based on the detected body temperature of the infant, and SpO2 and pulse rate are detected from the measurement signal by the SpO2 sensor based on the set threshold.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7316576B1 (en) * 2022-12-05 2023-07-28 株式会社Fam’s Child Watching Device, Child Watching System and Child Watching Program

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