CN102512146A

CN102512146A - 一种人体日常行为信息物联网采集***

Info

Publication number: CN102512146A
Application number: CN2011103592233A
Authority: CN
Inventors: 孙颖; 于静淼; 刘天惠; 董艳妮; 汪楠; 周昕; 高玉潼
Original assignee: Shenyang University
Current assignee: Shenyang University
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2012-06-27

Abstract

一种人体日常行为信息物联网采集***，涉及一种医学检测技术。基于ZIGBEE无线传感器网络的人体日常行为ADL,activityofdailyliving信息检测节点、用于无线传感器网络信息处理的路由节点及人体ADL信息监控服务器及第三方终端；检测节点将采集到的人体ADL信息处理并发送到路由节点，处理检测节点拥堵并将信息转发到人体ADL信息监控服务器，人体ADL信息监控服务器对接收到的信息进行存储，分类，显示并通过INTERNET与第三方终端进行信息交互。实现对人体日常行为信息的采集与实时监控，对意外发生时的快速反映，方便医生人体行为及生物信号变化趋势的定量分析。

Description

一种人体日常行为信息物联网采集***

技术领域

本发明涉及一种医学检测技术，特别是涉及一种人体日常行为信息物联网采集***。

背景技术

人在65岁以后，身体机能会随着年龄的增长而下降。80岁老人的肌肉力量大约只有20—30岁青年人的80%，老年人的肌肉力，会给他们生活带来极大的不便、表现为日常生活能力下降，还会使跌倒等危险性增加，如果救治不及时会出现更为严重的后果。预计2020年60岁以上的老年人口将从增加到2.4亿，占总人口比例将达到16.6%。从2020年到2050年，60岁以上的老年人口将从2.4亿上升到4亿，占总人口比例将达到26%左右，医疗资源不足等问题突显。采用目前的康复医师陪同陪护的方法照看老人会消耗大量的医疗资源，并且无法实现对患者身体状态的定量采集，无法对患者身体康复趋势进行分析。对于无陪护的老人在室内行走时等，发生意外时无法进行实时的监控。

现有的人体运动状态检测技术可分为两类: 基于视频的人体监护检测技术，基于穿戴式传感器的人体监护检测技术。

基于视频的人体监护检测技术是在一定区域内安装摄像头，通过对人体活动的视频的图像处理，监护人体运动状态，此种方法受环境光线的影响较大。

基于穿戴式传感器的人体运动状态检测技术，指穿戴微型课穿戴设备，如衣服、帽了、首饰等，来试试检测人体的活动，此种方法局限于一定范围内独立的个体检测。

现有的人体生命体征检测传感器主要有设置于人体表面的心电传感器、血压传感器、脉搏传感器、体温传感器、***传感器、血氧含量传感器等，此种传感器通常应用于患者静止时检测。

人体日常行为活动（ADL，Activities of daily living）信息。它指人类在日常生活中一般所从事的各种活动,包括日常起居(如饮食、入浴、穿衣、梳洗等等)、工作、家务、休闲等。同样，人体的生物医学信号如体温、脉搏等也会随着日常行为活动变化。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种医学检测技术，即一种人体日常行为信息物联网采集***。实现对人体日常行为信息的采集与实时监控，并与终端进行信息交互，实现对意外发生时的快速反映，方便医生人体行为及生物信号变化趋势的定量分析。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种人体日常行为信息物联网采集***该***包括基于ZIGBEE无线传感器网络的人体日常行为 ADL activity of daily living信息检测节点、用于无线传感器网络信息处理的路由节点及人体ADL信息监控服务器及第三方终端；采集过程包括：检测节点将采集到的人体ADL信息处理并发送到路由节点，路由节点处理检测节点拥堵并将信息转发到人体ADL信息监控服务器，人体ADL信息监控服务器对接收到的信息进行存储，分类，显示并通过INTERNET与第三方终端进行信息交互。

所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，所述的基于ZIGBEE无线传感器网络的人体日常行为信息检测节点为可穿戴式包括：可穿戴式传感器模块、微控制器模块、无线通信模块、电源模块。

所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其基于ZIGBEE无线传感器网络的人体日常行为信息检测节点：

a.每一个检测节点都有唯一的电子标签，患者通过佩戴检测节点的方式自由在检测区域进行人体ADL信息采集；

b.可穿戴式传感器模块包括采用多三轴加速度传感器检测人体姿态、脉搏传感器、体温信号传感器、血压传感器。其中三轴加速度传感器选用MMA7260QT芯片，脉搏及血压传感器选用PVDF压电传感器，体温信号传感器选用DS18B20温度传感器；

c.微控制器模块芯片选用CC2530芯片，完成ZIGBEE协议处理，一对多无线传感器通信处理及人体姿态判断功能；

d.无线通信模块ZIGBEE前端处理芯片选用CC2591芯片、一对多无线传感器通信芯片选用nRF24L01芯片，nRF24L01控制芯片选用C8051F340芯片；

e.电源模块由电池供电。

所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其可穿戴式传感器模块：用于人体姿态检测的三轴加速度传感器分别位于大腿两侧、上臂两侧及胸前，通过无线通信模块与微控制器模块芯片CC2530交换数据。脉搏及血压传感器分别位于手腕及上臂，通过导线连接到微控制器模块。

所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其所述的用于无线传感器网络信息处理的路由节点包括ZIGBEE前端处理芯片、ZIGBEE协议处理芯片、微处理器、以太网协议处理芯片。

所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其用于无线传感器网络信息处理的路由节点：

a.每一个路由节点都有唯一的电子标签；

b.ZIGBEE前端处理芯片选用CC2591芯片，ZIGBEE协议处理芯片选用CC2530进行多协议转换、通信拥堵处理、重症优先处理功能，并负责将信息通过WIFI发送到无线路由处理节点，以太网协议该芯片DM9161AE将信息传输到人体ADL信息监控服务器。

所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其所述的人体ADL信息监控服务器完成人体信息的集中处理，包括与路由节点信息交换模块，信息记录、查询、显示模块，第三方通信模块。

所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其所述的人体ADL信息监控服务器根据设置参数及病人的检测节点电子标签自动的分别为每一位病人记录ADL信息及并通过路由节点标签记录病人所处环境位置；根据记录时间自动评估病人活动量，病人的康复程度变化趋势。

所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其所述的人体ADL信息监控服务器根据设置参数自动进行患者异常状态判断，并提示判断信息将信息发送到第三方终端。

所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其所述的第三方终端包括手机、PDA、个人电脑，通过GPRS或INTERNET与人体ADL信息监控服务器进行信息交互。

本发明的优点与效果是：

1，节约医疗资源，减轻医生负担。从现有的陪同、陪护式看护到集中、远程式看护。使医生全身心投入到治疗方案的改进，及探索人体ADL变化规律中。

2，有效的采集患者身体状态信息。有效定量的采集患者每天的日常活动行为，不但可以了解不同患者的身体健康状况、行为能力的变化趋势，还可以给医生对医疗方案的改进提供重要的数据支持。

3，加快患者发生意外时的反映速度。及时的救治发生意外的患者有着重要意义，本发明采用重症排序算法，重点监护重症病人，并且可以迅速检测到不正常人体行为状态（如跌倒等）、不正常人体参数变化（如脉搏等）的数据传输的集中监控中心或预先设定的手机上。实现对发生意外患者的快速救助。

4，可以取得可观的经济效益。本发明立足于医疗看护及患者身体数据采集，并且可以移动运营商、网络运营商相结合带动相关产业发展。

附图说明

图1是基于物联网构架人体ADL信息采集***框图；

图2为人体ADL传感器分布示意图；

图3为人体ADL路由节点原理框图；

图4为人体ADL检测节点原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体说明：

本发明公开了一种人体日常行为信息物联网采集***。融合了无线传感器网络技术，物联网技术，及人体生命体征检测技术，提出了多传感器人体姿态分析方法。不仅实现了对人体姿态的准确分析，还可以在患者治疗或居住场所，长时间，大范围的检测人体日常行为信息，在患者进行日常康复时定量的记录患者状态。并与第三方终端进行信息交互实现对意外发生时的快速反映的同时方便医生人体行为及生物信号变化趋势的定量分析。

本发明采用MEMS器件作为人体姿态采集传感器，采用微型电信号传感器采集人体生命体征参数，采用基于ZIGBEE协议的无线传感器网络及GPRS协议作为人体姿态及人体生物医学参数数据传输手段，并将无线传感器基站与Internet连接实现物联网功能。

请参见图1所示，本发明所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，包括基于ZIGBEE无线传感器网络的人体日常行为 (ADL, activity of daily living) 信息检测节点、用于无线传感器网络信息处理的路由节点及人体ADL信息监控服务器、第三方终端。所述的检测节点将采集到的人体ADL信息处理并发送到路由节点。所述的路由节点处理检测节点拥堵并将信息转发到人体ADL信息监控服务器。所述的人体ADL信息监控服务器对接收到的信息进行存储，分类，显示并通过INTERNET与第三方终端进行信息交互。

本发明的基于ZIGBEE无线传感器网络的人体日常行为信息检测节点为可穿戴式包括：可穿戴式传感器模块、微控制器模块、无线通信模块、电源模块。人体姿态传感器及人体生命体征传感器分布请参见图2所示。

人体姿态检测部分是完成人体日常行为信息检测的重要组成部分。本项目选用的MMA7260传感器由于工艺及工作原理问题，使器件自身处于静态及动态时会产生大量的噪声，因此滤波器的设计尤为关键。可穿戴式传感器对体积的限制也有严格要求，需要即采集到人体信号，又不妨碍人体的正常日常生活行为。传感器终端微处理器实现截止频率可变的巴特沃斯低通滤波器作为人体姿态信号滤波器，即有效的去掉了噪声干扰，又避免了主计算机处理传感器数字信号的负担。

图4所示为CC2530为检测节点的一对多总汇处理器原理框图。传感器信息首先会传输到CC2530，然后通过CC2530转换成ZIGBEE协议信息，通过ZIGBEE无线传感器网络传输到路由节点。为减轻总服务信息处理负担，减轻网络通信负担。本发明通过对人体四肢躯干的数学模型分析，建立四肢及躯干各角度变化同正常人体姿态的关系。通过MMA7260的三轴加速度传感器检测各点角度，通过人体姿态相似度算法，判断与正常人体姿态的相似程度，并将计算结果上传至路由节点。

图3所示为路由节点原理框图。路由节点的ZIGBEE前端处理芯片选用CC2591芯片，ZIGBEE协议处理芯片选用CC2530进行多协议转换、通信拥堵处理、重症优先处理功能，并负责将信息通过WIFI发送到无线路由处理节点，以太网协议该芯片DM9161AE将信息传输到人体ADL信息监控服务器。

路由节点被安装到室内屋顶上，每一个路由节点都有独立的电子标签。在检测节点到当前的路由节点后，路由节点会将自身的标签与检测节点检测到的信息及其标签打包上传至无线路由节点处理终端及ADL监控服务器。通过预先绘制的建筑物的地图及节点位置就能得到检测节点的位置，从而得到检测节点的运动轨迹。

路由节点需要处理检测节点拥堵问题。由于同一路由节点数目具有不确定性，在路由节点繁忙时会造成检测节点与路由节点传输的最长时间为T增大。本使用新型提出重症患者优先监护的方法，对路由节点内的患者状况进行排序，优先查询重症患者，此种方法解决了传统网络在路由节点拥挤时对重症病人监视延时过大问题，减少了***传输延时对病人及时救治有重要意义。

人体ADL信息监控服务器，采用VC++为主要编程工具实现PC端的数据接收、采集、数据库管理、患者监视、意外报警等功能。采用JAVA为主要编程工具实现手机端的数据接收与监视等功能。普通用户可以通过互联网对某个患者的ADL行为进行监视，管理员用户通过网络对传感器参数进行设置。

第三方终端访问人体ADL信息监控服务器。用户通过运行在第三方终端销售终端软件与移动或网络运营商达成购买协议合同，达到享受报警服务，获得监控特定患者时长的服务。合同内容被记录于第三方终端，合同信息通过互联网上传到人体ADL信息监控服务器。

检测节点具有唯一的电子标签，用户在康复中心或老人之家购买监控时长。在用户在达成销售合同后，获得检测节点。每一个检测节点对应一个账号，运行在无线传感器网络中与ADL服务器进行信息交互，在合同执行的过程中进行结算。

Claims

1.一种人体日常行为信息物联网采集***，其特征在于，该***包括基于ZIGBEE无线传感器网络的人体日常行为 ADL信息检测节点、用于无线传感器网络信息处理的路由节点及人体ADL信息监控服务器及第三方终端；采集过程包括：检测节点将采集到的人体ADL信息处理并发送到路由节点，路由节点处理检测节点拥堵并将信息转发到人体ADL信息监控服务器，人体ADL信息监控服务器对接收到的信息进行存储，分类，显示并通过INTERNET与第三方终端进行信息交互。

2.根据权利要求1所述一种人体日常行为信息物联网采集***，其特征在于，所述的基于ZIGBEE无线传感器网络的人体日常行为信息检测节点为可穿戴式包括：可穿戴式传感器模块、微控制器模块、无线通信模块、电源模块。

3.根据权利要求2所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其特征在于，基于ZIGBEE无线传感器网络的人体日常行为信息检测节点：

b.可穿戴式传感器模块包括采用多三轴加速度传感器检测人体姿态、脉搏传感器、体温信号传感器、血压传感器；其中三轴加速度传感器选用MMA7260QT芯片，脉搏及血压传感器选用PVDF压电传感器，体温信号传感器选用DS18B20温度传感器；

e.电源模块由电池供电。

4.根据权利要求3所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其特征在于,可穿戴式传感器模块：用于人体姿态检测的三轴加速度传感器分别位于大腿两侧、上臂两侧及胸前，通过无线通信模块与微控制器模块芯片CC2530交换数据；脉搏及血压传感器分别位于手腕及上臂，通过导线连接到微控制器模块。

5.根据权利要求1所述一种人体日常行为信息物联网采集***，其特征在于，所述的用于无线传感器网络信息处理的路由节点包括ZIGBEE前端处理芯片、ZIGBEE协议处理芯片、微处理器、以太网协议处理芯片。

6.根据权利要求5所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其特征在于，用于无线传感器网络信息处理的路由节点：

a.每一个路由节点都有唯一的电子标签；

7.根据权利要求1所述一种人体日常行为信息物联网采集***，其特征在于，所述的人体ADL信息监控服务器完成人体信息的集中处理，包括与路由节点信息交换模块，信息记录、查询、显示模块，第三方通信模块。

8.根据权利要求7所述的所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其特征在于，所述的人体ADL信息监控服务器根据设置参数及病人的检测节点电子标签自动的分别为每一位病人记录ADL信息及并通过路由节点标签记录病人所处环境位置；根据记录时间自动评估病人活动量，病人的康复程度变化趋势。

9.根据权利要求7所述的所述的一种人体日常行为信息物联网采集***，其特征在于，所述的人体ADL信息监控服务器根据设置参数自动进行患者异常状态判断，并提示判断信息将信息发送到第三方终端。

10.根据权利要求1所述一种人体日常行为信息物联网采集***，其特征在于，所述的第三方终端包括手机、PDA、个人电脑，通过GPRS或INTERNET与人体ADL信息监控服务器进行信息交互。