專利名稱：一種無約束式生命體征監測床墊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種監測床墊，尤其是一種無約束式生命體征監測床墊，屬于信號監測的技術領域。
背景技術：
物聯網感知技術是物聯網關鍵技術之一，隨著未來物聯網的大規模應用，傳感器將成為主要的數據采集設備承載者，因此，傳感器設備的成熟將直接影響著物聯網產業的發展。傳感器一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成:敏感元件——作用是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件；轉換元件——作用是以敏感元件的輸出為輸入，并把此輸入轉換成電路參數；轉換電路——作用是將接入的上述電路參數轉換成電量輸出。如果被測量足夠大，則傳感器的輸出具有較高的信噪比，通過輸出量可以感知被測量；如果被測量十分微弱，則傳感器的輸出的信噪比很小，通過輸出量難以感知被測量，這時傳感器起不到傳感的作用。如果將微弱信號的監測和識別技術應用于檢測和識別傳感器的輸出信號，則盡管被測量十分微弱，傳感器也可以感知被測量。現有的生命體征檢測儀器多數采用接觸約束的使用方式，監測使用成本高，阻礙了對生命體征設備的推廣和應用
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種無約束式生命體征監測床墊，其結構緊湊，能有效監測及讀取生命體征參數，使用成本低，使用方便，安全可靠。按照本發明提供的技術方案，所述無約束生命體征監測床墊，包括床墊本體；所述床墊本體內設有用于監測生命體征信息的體征監測傳感器，所述體征監測傳感器與信息分析提取電路電連接，信息分析提取電路根據體征監測傳感器的監測信號識別并存儲對應的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態。所述體征監測傳感器包括分布于床墊本體內的壓電電纜。所述信息分析提取電路包括微控制器，所述微控制器通過運算放大及模數轉換電路與體征監測傳感器的輸出端連接，微控制器識別對應的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態，并將所述識別的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態存儲到SD卡內。所述微控制器與以太網控制器連接，微控制器通過以太網控制器將識別和/或存儲的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態傳輸到以太網。所述微控制器與蜂鳴器連接，微控制器識別的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態與存儲的信息不匹配，超過警戒值時，微控制器通過蜂鳴器進行報警。所述微控制器包括多路器，所述多路器的輸出端與穩定器、體動識別模塊及在床/離床狀態識別模塊相連，穩定器通過放大濾波模塊與心率識別模塊連接，所述心率識別模塊與呼吸率識別模塊連接。
本發明的優點:待監測人體直接躺在床墊本體上，床墊本體內的體征監測傳感器檢測出待監測人體的體征信息，即實現無約束生命體征的監測。通過信息分析提取電路對體征監測傳感器的信息進行分析，從而得到待監測人體的心率、呼吸率、體動狀態、在床/離床狀態，并能實現監測狀態參數的存儲及傳輸，結構緊湊，使用成本低，使用方便，安全可
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圖1為本發明信息分析提取電路的結構框圖。圖2為本發明的結構框圖。圖3為本發明微控制器的結構框圖。圖4為本發明心率識別的結構框圖。附圖標記說明:1_運算放大及模數轉換電路、2-微控制器、3-蜂鳴器、4-以太網控制器、5-SD卡、6-體征監測傳感器、7-信息分析提取電路、8-生命體征歷史數據統計分析模塊、9-多路器、10-穩定器、11-放大濾波模塊、12-心率識別模塊、13-呼吸率識別模塊、14-體動識別模塊、15-在床/離床狀態識別模塊、16-比較模塊、17-鎖定模塊及18-決策模塊。
具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖2所示:為了能夠方便實現對人體生命體征的監測，本發明包括床墊本體；、所述床墊本體內設有用 于監測生命體征信息的體征監測傳感器6，所述體征監測傳感器6與信息分析提取電路7電連接，信息分析提取電路7根據體征監測傳感器6的監測信號識別并存儲對應的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態。具體地，本發明實施例中，體征監測傳感器6采用壓電電纜，所述壓電電纜分布于床墊本體內，所述床墊本體可以采用普通床墊面料，壓電電纜及床墊本體共同形成壓電床墊。壓電電纜是一種壓電薄膜傳感器，采用同軸設計，層與層之間采用絕緣材料，當壓電電纜被壓縮或拉伸時，會發生壓電效應，從而產生正比于壓力的電荷或者電壓信號。壓電電纜由于采用同軸設計，可以達到自屏蔽的效果，使其能應用在高電磁干擾的環境下；采用標準的同軸結合技術，它可以被做成無源的同軸電纜；由于本身的強度好，使其能應用在重卡與卡車的軸計數上；作為線性的傳感器，它能應用在大面積的監測上。信息分析提取電路7能夠對體征監測傳感器6的監測信號進行分析處理，并在存儲后形成生命體征歷史數據統計分析模塊8，通過生命體征歷史數據統計分析模塊8能夠對監測的歷史數據進行查詢及追溯。本發明實施例中，所述體動識別是指待監測人員在床墊本體上的翻動等的動作及頻率。如圖1所示:為本發明信息分析提取電路7的結構框圖。所述信息分析提取電路7包括微控制器2，所述微控制器2通過運算放大及模數轉換電路I與體征監測傳感器6的輸出端連接，微控制器2識別對應的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態，并將所述識別的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態存儲到SD卡5內。所述運算放大及模數轉換電路I包括運算放大器及模數轉換模塊，所述運算放大及模數轉換電路I能夠將體征監測傳感器6輸出的微弱信號放大濾波至可以驅動微控制器2的狀態。
所述微控制器2與以太網控制器4連接，微控制器2通過以太網控制器4將識別和/或存儲的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態傳輸到以太網。即微控制器2通過以太網控制器4將相關的狀態數據傳輸到遠程控制端，實現遠程的監控。所述微控制器2與蜂鳴器3連接，微控制器2識別的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態與存儲的信息不匹配時，超過設定限制時(即超過微控制器2內設定的警戒值時)，微控制器2通過蜂鳴器3進行報警。本發明實施例中，可以在微控制器2內預先存儲相關待監測人體的心率、呼吸率等的參數，當體征監測傳感器6監測的信號與微控制器2內預先存儲的參數不匹配時，即出現監控信號與存儲參數具有較大偏差，此時，微控制器2可以通過蜂鳴器3進行報警，以提醒相關監護人員。同時，微控制器2可以將識別的體征監測傳感器6檢測的信號通過顯示屏或顯示儀器進行顯示輸出。所述微控制器2包括多路器9，所述多路器9的輸出端與穩定器10、體動識別模塊14及在床/離床狀態識別模塊15相連，穩定器10通過放大濾波模塊11與心率識別模塊12連接，所述心率識別模塊12與呼吸率識別模塊13連接。具體地，多路器9將放大濾波后的監測信號分別分配到穩定器10、體動識別模塊14及在床/離床狀態識別模塊15內。對于壓電材料來說，呼吸的頻率過慢而難以被檢測，對于呼吸率識別模塊13監測輸出的呼吸率，本發明實施時，根據心率與呼吸率的關系，在得到了心率后可以計算出呼吸率。體動識別模塊14中，由于在床墊本體上具有壓力時，體動的壓電信號達到數十毫伏，可以設置體動閾值，當某一時段內壓電信號超過此閾值時可以判定為一次體動。在床/離床狀態識別模塊15中，從離床狀態轉換到在床狀態，壓電信號會從無心率微弱信號，轉變到產生數個數十毫伏幅值的正脈沖，再轉變有由心率微弱信號；而從在床狀態轉換到離床狀態，壓電信號會從有心率微弱信號，轉變到產生數個數十毫伏幅值的負脈沖，再轉變有無心率微弱信號。可以根據微弱信號中心率信號的有無，以及脈沖信號的正負等變化過程，判斷在被檢測這出于在床還是離床狀態。如圖4所示:心率識別模塊12的結構框圖。所述心率識別模塊12包括比較模塊
16、鎖定模塊17及決策模塊18，本發明實施時，主要使用掃頻式鎖定放大器完成，具體實現如下:
比較模塊16，即采用傳統的閾值比較法檢測出脈沖信號。具體做法是，取最近一段時間的若干個脈沖峰值的均值的約一半作為閾值。對經放大濾波后的信號進行閾值鑒別，超過閾值者判定為心跳脈沖。這一方法簡單快速，但受環境干擾影響較大，識別誤差較高。鎖定模塊17，即利用具有掃頻功能的鎖定放大器識別心率。鎖定放大器是利用相干原理，從噪聲中提取微弱信號的有效方法。但前提是噪聲的頻率或其近似頻率是已知的，這樣才能產生出同頻率參考信 號，達到信號相干而提取微弱信號的目的。傳統的鎖定放大器的輸出是一與信號強度成正比直流電壓。對于本項目中的生命體征監測床墊，人的脈搏頻率是因人而異的，因此其壓電信號頻率也是波動的，這樣傳統的鎖定放大器技術就不能得到預期的結果。故本發明采取掃頻的辦法:令參考信號的頻率在一個指定范圍內按一定的步長由小到大反復變化(亦即掃頻)，當鎖定放大器有穩定輸出的直流信號時，由參考信號的頻率可以得到心率。具體實現掃頻鎖定放大器時，可利用快速付立葉變換方便的做到，即先對壓電電纜的時域信號作快速付立葉變換得到頻域信號，然后找出頻域信號中能量最大的頻率，由此頻率可計算得到心率。決策模塊18中，根據比較模塊16及鎖定模塊17兩路的心率數據信號確定最終的心律信號。兩路心率數據源自兩種不同的心率獲取方法，在不同的使用環境中往往各有優劣。決策模塊18就是要從中取優去劣，輸出最準確的心率數據。具體的方法可以有多種，如簡單的均值法，加權求和法，最接近均值法等等。也可以利用人工神經網絡、支持向量回歸機，用機器學習的方法找到兩路心率數據與真實心率數據之間的關系，利用這一關系根據兩路心率數據得到最終心率數據。如圖f圖4所示:待監測人體直接躺在床墊本體上，床墊本體內的體征監測傳感器6檢測出待監測人體的體征信息，即實現無約束生命體征的監測。通過信息分析提取電路7對體征監測傳感器6的信息進行分析，從而得到待監·測人體的心率、呼吸率、體動狀態、在床/離床狀態，并能實現監測狀態參數的存儲及傳輸，結構緊湊，使用成本低，使用方便，·安全可靠。上述僅為本發明的一個實施例，其具體的實施如方法實施例所描述，在此不再贅述，但不用以限制本發明。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種無約束生命體征監測床墊，包括床墊本體；其特征是:所述床墊本體內設有用于監測生命體征信息的體征監測傳感器(6)，所述體征監測傳感器(6)與信息分析提取電路(7)電連接，信息分析提取電路(7)根據體征監測傳感器(6)的監測信號識別并存儲對應的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態。
2.根據權利要求1所述的無約束生命體征監測床墊，其特征是:所述體征監測傳感器(6)包括分布于床墊本體內的壓電電纜。
3.根據權利要求1所述的無約束生命體征監測床墊，其特征是:所述信息分析提取電路(7 )包括微控制器(2 )，所述微控制器(2 )通過運算放大及模數轉換電路(I)與體征監測傳感器(6)的輸出端連接，微控制器(2)識別對應的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態，并將所述識別的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態存儲到SD卡(5)內。
4.根據權利要求3所述的無約束生命體征監測床墊，其特征是:所述微控制器(2)與以太網控制器(4)連接，微控制器(2)通過以太網控制器(4)將識別和/或存儲的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態傳輸到以太網。
5.根據權利要求3所述的無約束生命體征監測床墊，其特征是:所述微控制器(2)與蜂鳴器(3)連接，微控制器(2)識別的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態與存儲的信息不匹配，微控制器(2)通過蜂鳴器(3)進行報警。
6.根據權利要求3所述的無約束生命體征監測床墊，其特征是:所述微控制器(2)包括多路器(9)，所述多路器(9)的輸出端與穩定器(10)、體動識別模塊(14)及在床/離床狀態識別模塊(15)相連 ，穩定器(10)通過放大濾波模塊(11)與心率識別模塊(12)連接，所述心率識別模塊(12)與呼吸率識別模塊(13)連接。
全文摘要
本發明涉及一種無約束式生命體征監測床墊，其包括床墊本體；所述床墊本體內設有用于監測生命體征信息的體征監測傳感器，所述體征監測傳感器與信息分析提取電路電連接，信息分析提取電路根據體征監測傳感器的監測信號識別并存儲對應的心率、呼吸率、體動識別及在床和/或離床狀態。本發明待監測人體直接躺在床墊本體上，床墊本體內的體征監測傳感器檢測出待監測人體的體征信息，即實現無約束生命體征的監測。通過信息分析提取電路對體征監測傳感器的信息進行分析，從而得到待監測人體的心率、呼吸率、體動狀態、在床/離床狀態，并能實現監測狀態參數的存儲及傳輸，結構緊湊，使用成本低，使用方便，安全可靠。
文檔編號A61B5/11GK103142219SQ20131010659
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月28日 優先權日2013年3月28日
發明者朱嘉鋼, 吳龍華, 向濤 申請人:江蘇曉山信息產業股份有限公司