CN103142219A - 一种无约束式生命体征监测床垫 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无约束式生命体征监测床垫，其包括床垫本体；所述床垫本体内设有用于监测生命体征信息的体征监测传感器，所述体征监测传感器与信息分析提取电路电连接，信息分析提取电路根据体征监测传感器的监测信号识别并存储对应的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态。本发明待监测人体直接躺在床垫本体上，床垫本体内的体征监测传感器检测出待监测人体的体征信息，即实现无约束生命体征的监测。通过信息分析提取电路对体征监测传感器的信息进行分析，从而得到待监测人体的心率、呼吸率、体动状态、在床/离床状态，并能实现监测状态参数的存储及传输，结构紧凑，使用成本低，使用方便，安全可靠。

Description

一种无约束式生命体征监测床垫
技术领域
本发明涉及一种监测床垫，尤其是一种无约束式生命体征监测床垫，属于信号监测的技术领域。
背景技术
物联网感知技术是物联网关键技术之一，随着未来物联网的大规模应用，传感器将成为主要的数据采集设备承载者，因此，传感器设备的成熟将直接影响着物联网产业的发展。传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成：敏感元件——作用是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件；转换元件——作用是以敏感元件的输出为输入，并把此输入转换成电路参数；转换电路——作用是将接入的上述电路参数转换成电量输出。如果被测量足够大，则传感器的输出具有较高的信噪比，通过输出量可以感知被测量；如果被测量十分微弱，则传感器的输出的信噪比很小，通过输出量难以感知被测量，这时传感器起不到传感的作用。如果将微弱信号的监测和识别技术应用于检测和识别传感器的输出信号，则尽管被测量十分微弱，传感器也可以感知被测量。
现有的生命体征检测仪器多数采用接触约束的使用方式，监测使用成本高，阻碍了对生命体征设备的推广和应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种无约束式生命体征监测床垫，其结构紧凑，能有效监测及读取生命体征参数，使用成本低，使用方便，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述无约束生命体征监测床垫，包括床垫本体；所述床垫本体内设有用于监测生命体征信息的体征监测传感器，所述体征监测传感器与信息分析提取电路电连接，信息分析提取电路根据体征监测传感器的监测信号识别并存储对应的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态。
所述体征监测传感器包括分布于床垫本体内的压电电缆。
所述信息分析提取电路包括微控制器，所述微控制器通过运算放大及模数转换电路与体征监测传感器的输出端连接，微控制器识别对应的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态，并将所述识别的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态存储到SD卡内。
所述微控制器与以太网控制器连接，微控制器通过以太网控制器将识别和/或存储的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态传输到以太网。
所述微控制器与蜂鸣器连接，微控制器识别的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态与存储的信息不匹配，超过警戒值时，微控制器通过蜂鸣器进行报警。
所述微控制器包括多路器，所述多路器的输出端与稳定器、体动识别模块及在床/离床状态识别模块相连，稳定器通过放大滤波模块与心率识别模块连接，所述心率识别模块与呼吸率识别模块连接。
本发明的优点：待监测人体直接躺在床垫本体上，床垫本体内的体征监测传感器检测出待监测人体的体征信息，即实现无约束生命体征的监测。通过信息分析提取电路对体征监测传感器的信息进行分析，从而得到待监测人体的心率、呼吸率、体动状态、在床/离床状态，并能实现监测状态参数的存储及传输，结构紧凑，使用成本低，使用方便，安全可靠。
附图说明
图1为本发明信息分析提取电路的结构框图。
图2为本发明的结构框图。
图3为本发明微控制器的结构框图。
图4为本发明心率识别的结构框图。
附图标记说明：1-运算放大及模数转换电路、2-微控制器、3-蜂鸣器、4-以太网控制器、5-SD卡、6-体征监测传感器、7-信息分析提取电路、8-生命体征历史数据统计分析模块、9-多路器、10-稳定器、11-放大滤波模块、12-心率识别模块、13-呼吸率识别模块、14-体动识别模块、15-在床/离床状态识别模块、16-比较模块、17-锁定模块及18-决策模块。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示：为了能够方便实现对人体生命体征的监测，本发明包括床垫本体；、所述床垫本体内设有用于监测生命体征信息的体征监测传感器6，所述体征监测传感器6与信息分析提取电路7电连接，信息分析提取电路7根据体征监测传感器6的监测信号识别并存储对应的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态。
具体地，本发明实施例中，体征监测传感器6采用压电电缆，所述压电电缆分布于床垫本体内，所述床垫本体可以采用普通床垫面料，压电电缆及床垫本体共同形成压电床垫。压电电缆是一种压电薄膜传感器，采用同轴设计，层与层之间采用绝缘材料，当压电电缆被压缩或拉伸时，会发生压电效应，从而产生正比于压力的电荷或者电压信号。压电电缆由于采用同轴设计，可以达到自屏蔽的效果，使其能应用在高电磁干扰的环境下；采用标准的同轴结合技术，它可以被做成无源的同轴电缆；由于本身的强度好，使其能应用在重卡与卡车的轴计数上；作为线性的传感器，它能应用在大面积的监测上。信息分析提取电路7能够对体征监测传感器6的监测信号进行分析处理，并在存储后形成生命体征历史数据统计分析模块8，通过生命体征历史数据统计分析模块8能够对监测的历史数据进行查询及追溯。本发明实施例中，所述体动识别是指待监测人员在床垫本体上的翻动等的动作及频率。
如图1所示：为本发明信息分析提取电路7的结构框图。所述信息分析提取电路7包括微控制器2，所述微控制器2通过运算放大及模数转换电路1与体征监测传感器6的输出端连接，微控制器2识别对应的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态，并将所述识别的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态存储到SD卡5内。所述运算放大及模数转换电路1包括运算放大器及模数转换模块，所述运算放大及模数转换电路1能够将体征监测传感器6输出的微弱信号放大滤波至可以驱动微控制器2的状态。
所述微控制器2与以太网控制器4连接，微控制器2通过以太网控制器4将识别和/或存储的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态传输到以太网。即微控制器2通过以太网控制器4将相关的状态数据传输到远程控制端，实现远程的监控。
所述微控制器2与蜂鸣器3连接，微控制器2识别的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态与存储的信息不匹配时，超过设定限制时（即超过微控制器2内设定的警戒值时），微控制器2通过蜂鸣器3进行报警。本发明实施例中，可以在微控制器2内预先存储相关待监测人体的心率、呼吸率等的参数，当体征监测传感器6监测的信号与微控制器2内预先存储的参数不匹配时，即出现监控信号与存储参数具有较大偏差，此时，微控制器2可以通过蜂鸣器3进行报警，以提醒相关监护人员。同时，微控制器2可以将识别的体征监测传感器6检测的信号通过显示屏或显示仪器进行显示输出。
所述微控制器2包括多路器9，所述多路器9的输出端与稳定器10、体动识别模块14及在床/离床状态识别模块15相连，稳定器10通过放大滤波模块11与心率识别模块12连接，所述心率识别模块12与呼吸率识别模块13连接。
具体地，多路器9将放大滤波后的监测信号分别分配到稳定器10、体动识别模块14及在床/离床状态识别模块15内。
对于压电材料来说，呼吸的频率过慢而难以被检测，对于呼吸率识别模块13监测输出的呼吸率，本发明实施时，根据心率与呼吸率的关系，在得到了心率后可以计算出呼吸率。
体动识别模块14中，由于在床垫本体上具有压力时，体动的压电信号达到数十毫伏，可以设置体动阈值，当某一时段内压电信号超过此阈值时可以判定为一次体动。
在床/离床状态识别模块15中，从离床状态转换到在床状态，压电信号会从无心率微弱信号，转变到产生数个数十毫伏幅值的正脉冲，再转变有由心率微弱信号；而从在床状态转换到离床状态，压电信号会从有心率微弱信号，转变到产生数个数十毫伏幅值的负脉冲，再转变有无心率微弱信号。可以根据微弱信号中心率信号的有无，以及脉冲信号的正负等变化过程，判断在被检测这出于在床还是离床状态。
如图4所示：心率识别模块12的结构框图。所述心率识别模块12包括比较模块16、锁定模块17及决策模块18，本发明实施时，主要使用扫频式锁定放大器完成，具体实现如下：
比较模块16，即采用传统的阈值比较法检测出脉冲信号。具体做法是，取最近一段时间的若干个脉冲峰值的均值的约一半作为阈值。对经放大滤波后的信号进行阈值鉴别，超过阈值者判定为心跳脉冲。这一方法简单快速，但受环境干扰影响较大，识别误差较高。
锁定模块17，即利用具有扫频功能的锁定放大器识别心率。锁定放大器是利用相干原理，从噪声中提取微弱信号的有效方法。但前提是噪声的频率或其近似频率是已知的，这样才能产生出同频率参考信号，达到信号相干而提取微弱信号的目的。传统的锁定放大器的输出是一与信号强度成正比直流电压。对于本项目中的生命体征监测床垫，人的脉搏频率是因人而异的，因此其压电信号频率也是波动的，这样传统的锁定放大器技术就不能得到预期的结果。故本发明采取扫频的办法：令参考信号的频率在一个指定范围内按一定的步长由小到大反复变化（亦即扫频），当锁定放大器有稳定输出的直流信号时，由参考信号的频率可以得到心率。具体实现扫频锁定放大器时，可利用快速付立叶变换方便的做到，即先对压电电缆的时域信号作快速付立叶变换得到频域信号，然后找出频域信号中能量最大的频率，由此频率可计算得到心率。
决策模块18中，根据比较模块16及锁定模块17两路的心率数据信号确定最终的心律信号。两路心率数据源自两种不同的心率获取方法，在不同的使用环境中往往各有优劣。决策模块18就是要从中取优去劣，输出最准确的心率数据。具体的方法可以有多种，如简单的均值法，加权求和法，最接近均值法等等。也可以利用人工神经网络、支持向量回归机，用机器学习的方法找到两路心率数据与真实心率数据之间的关系，利用这一关系根据两路心率数据得到最终心率数据。
如图1~图4所示：待监测人体直接躺在床垫本体上，床垫本体内的体征监测传感器6检测出待监测人体的体征信息，即实现无约束生命体征的监测。通过信息分析提取电路7对体征监测传感器6的信息进行分析，从而得到待监测人体的心率、呼吸率、体动状态、在床/离床状态，并能实现监测状态参数的存储及传输，结构紧凑，使用成本低，使用方便，安全可靠。
上述仅为本发明的一个实施例，其具体的实施如方法实施例所描述，在此不再赘述，但不用以限制本发明。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无约束生命体征监测床垫，包括床垫本体；其特征是：所述床垫本体内设有用于监测生命体征信息的体征监测传感器（6），所述体征监测传感器（6）与信息分析提取电路（7）电连接，信息分析提取电路（7）根据体征监测传感器（6）的监测信号识别并存储对应的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态。
2.根据权利要求1所述的无约束生命体征监测床垫，其特征是：所述体征监测传感器（6）包括分布于床垫本体内的压电电缆。
3.根据权利要求1所述的无约束生命体征监测床垫，其特征是：所述信息分析提取电路（7）包括微控制器（2），所述微控制器（2）通过运算放大及模数转换电路（1）与体征监测传感器（6）的输出端连接，微控制器（2）识别对应的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态，并将所述识别的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态存储到SD卡（5）内。
4.根据权利要求3所述的无约束生命体征监测床垫，其特征是：所述微控制器（2）与以太网控制器（4）连接，微控制器（2）通过以太网控制器（4）将识别和/或存储的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态传输到以太网。
5.根据权利要求3所述的无约束生命体征监测床垫，其特征是：所述微控制器（2）与蜂鸣器（3）连接，微控制器（2）识别的心率、呼吸率、体动识别及在床和/或离床状态与存储的信息不匹配，微控制器（2）通过蜂鸣器（3）进行报警。
6.根据权利要求3所述的无约束生命体征监测床垫，其特征是：所述微控制器（2）包括多路器（9），所述多路器（9）的输出端与稳定器（10）、体动识别模块（14）及在床/离床状态识别模块（15）相连，稳定器（10）通过放大滤波模块（11）与心率识别模块（12）连接，所述心率识别模块（12）与呼吸率识别模块（13）连接。
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