专利名称：监测终端及身体活动状态监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于远程人体状态监测技术，尤其涉及一种基于ZigBee技 术的监测终端及身体活动状态监测系统。
背景技术：
随着生活水平的不断提高以及城市老龄化比例的提高，人们越来越关注健康问 题，医疗检测设备的家庭化逐渐成为了趋势。在中国，60岁以上的老年人及不能独立生活的 人口占全国总人口的10%。这些老年人和残障人士需要大量的看护服务。从某种意义上讲， 如何对老年人和残障人士进行全方位的服务是社会进步和文明的表现，是摆在当今人们面 前的一个重要课题。目前，国内在独居老年人远程监护方面的研究还不多，首都医科大学生物医学工 程系完成的独居老年人行动分析及异常报警系统利用检测到的信号，能够主动判断检测对 象(如老年人)的状况，对实现独居老年人的照顾进行了一种尝试。但是由于上述系统在 进行所述行动分析时采用单片机进行计算，只能进行比较简单的算法，因此系统的智能性 较低。另外，上海交通大学图像分析与机器智能实验室提出并实现的家庭远程医疗监护报 警和咨询智能系统，运用数据融合、数据挖掘、小波分析、模式识别、人工智能等方法对通过 摄像头获取的现场信息进行分析，具有一定的智能性，但由于采用了家庭医疗监护仪、可控 万向云台等设备，其成本较高，主要适用于针对患者进行监护。另外一些大学研制的老年人 监护系统对监护信息的传送进行了探索。在西方发达国家，特别是美国、日本，近些年，有许多大学、公司和研究机构也在开 展这一课题的研究工作。美国维吉尼亚大学的医疗设备自动化研究中心设计的智能居所监 护系统采用低成本的传感器获取老年人活动，通过数据挖掘技术建立老年人的活动规律。 能够实现针对不同老年人的实时监护，只是需要布置大量的传感器，对老年人的生活带来 了极大的不便。日本国立长寿研究所老年学部也提出了一种针对老年人的无监督的健康监 护的实现方法。另外，法国的系统结构分析实验室也正在进行针对独居老年人的多感应器 的远程监护系统。综上，现有技术的远程人体状态监测系统及监测终端，不能兼顾监测效果、产品成 本以及使用上的便利性。因此，需要开发一种监测效果好、成本低且使用便利的监测终端及 身体活动状态监测系统。
实用新型内容针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种更适于家庭和社区环 境下应用的低成本、高可靠性、便于老年人携带的的身体活动状态监测终端。本实用新型的另一个目的在于提供一种更适于家庭和社区环境下应用的低成本、 高可靠性、方便使用的身体活动状态监测系统。本实用新型的上述目的通过以下的技术方案实现[0009]一种监测终端，用于身体活动状态监测系统，由所述对被监测对象佩戴以检测并 传送所述被监测对象的身体活动状态数据，所述监测终端包括一外壳；一传感器，封装于所述外壳内，用以采集三轴向加速度数据；微处理器，封装于所述外壳内，与所述传感器相连接，接收所述三轴向加速度数据 并据以判断所述被监测对象的身体活动状态；天线，用于将所述身体活动状态数据传送于所述身体活动状态监测系统的监控中 心。本实用新型的监测终端，优选的，所述监测终端佩戴于所述被监测对象的腰部；所 述身体活动状态包括八种站立、躺下、俯卧、左侧卧倒、右侧卧倒、慢跑、倒立、摔倒；所述 微处理器通过各所述身体活动状态与三轴电压值之间的对应关系判断所述被监测对象的 身体活动状态。本实用新型的监测终端，优选的，所述监测终端上设置有报警按键以实现紧急情 况下的报警，或者通过点选所述监测终端的菜单选项实现所述紧急情况下的报警。一种身体活动状态监测系统，具有一个或多个本实用新型的监测终端。本实用新型的身体活动状态监测系统，优选的，所述身体活动状态监测系统还包 括协调器基站，所述监测终端与所述监控中心之间的通信借助所述协调器基站实现，所述 协调器基站初始化和维护一个有所述一个或多个监测终端加入的无线网络，且通过所述无 线网络与所述监测终端进行无线通信，所述协调器基站与所述监控中心之间通过串口进行 有线通信。本实用新型的身体活动状态监测系统，优选的，所述协调器基站和所述监测 终端间的ZigBee无线通信平台使用CC2430作为微处理器；所述监测终端的传感器为 MMA7260QT 型。本实用新型的身体活动状态监测系统，优选的，所述身体活动状态监测系统还包 括GSM短信模块，所述监控中心通过所述GSM短信模块进行报警，所述监控中心与所述GSM 短信模块之间通过串口进行通信。本实用新型有益效果在于，相比于现有技术的身体状态监测的监测终端与监测系 统，本实用新型的身体活动状态监测系统及监测终端，配置简单、安装灵活、使用方便、系统 可靠性高、简单实用易推广。监测终端主要采用主动的方式，即不像以往的监测等待老年人 触发来实现，而将监测设备佩戴于老年人身体上，这样避免了在家中大规模布置传感器的 缺点。本实用新型立足于对被监测对象的身体活动状态信息的监测，通过获取被监测对象 的身体活动状态信息，比如“站立、躺、卧、跑、摔倒”等动作的检测对老年人进行实时监测。 并且，本实用新型的身体活动状态监测系统及监测终端，其所适用的被监测对象不限于老 年人，也适用于需要进行身体活动监测的孩童、患者、残障人士等。本实用新型的身体活动状态监测系统及监测终端，通信平台采用现在工业上新兴 的ZigBee无线网络技术，能够实现在家庭环境下的一对多监测，即能够对多位老年人监护 的需求。本实用新型借助ZigBee技术自组网、低成本、自组织、低功耗的特点，构建了一种 适合家庭及社区环境下针对老年人使用的无线监测网络，使用监测老年人身体活动状态的 方式判断老年人的健康情况，并在有紧急情况时能够发送信息进行报警，避免了传统监测系统布置困难，系统成本高，安装维护难度大的特点。
图1为本实用新型实施例的基于ZigBee技术的身体活动状态监测系统示意图。图2为本实用新型实施例的监测终端的模块结构图。图3为本实用新型实施例的监测终端的工作流程图。图4为本实用新型实施例的身体活动状态监测系统的协调器基站的模块结构图。图5为本实用新型实施例的身体活动状态监测系统的监控中心的模块结构图。图6为本实用新型实施例的身体活动状态监测系统的通信架构图。图7为本实用新型实施例的身体活动状态监测系统的监控中心的预设界面示意 图。图8为本实用新型实施例的身体活动状态监测系统的监控中心的主界面示意图。图9为本实用新型实施例的身体活动状态监测系统的监控中心的查询界面示意 图。
具体实施方式
体现本实用新型特征与优点的一些典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理 解的是本实用新型能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的保护 范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。本实用新型实施例的身体活动状态监测系统，具有本实用新型实施例的身体活动 状态监测终端。如图1所示，本实用新型实施例的身体活动状态监测系统，主要由以下几部分组 成监控中心、ZigBee协调器基站(以下简称为协调器基站)和监测终端。从总的工作原理来讲，佩戴于被监测对象身上的监测终端用于感知被监测对象身 体活动状态的变化(例如站、卧、跌倒等)，从而实现被监测对象的身体活动状态监测；而 监测终端所得到的所述表示身体活动状态变化的监测数据要借助于所述协调器基站传送 给所述监控中心进行处理，监控中心的处理方式包括进行报警、进行状态数据的分析等。而 从通信方式的角度讲，监控中心与协调器基站之间是有线连接，通过有线通信方式(例如 串行或并行通信)进行信息或数据传递；而监测终端与协调器基站之间，是无线连接，通过 无线通信方式进行信息或数据传递。下面分别介绍本实用新型优选实施例的身体活动状态 监测系统的各部分的功能、工作原理和相互间的连接关系及数据传送。首先介绍监测终端。本实用新型优选实施例的身体活动状态监测系统，可以同时 支持多个监测终端的工作。而对每一个被监测对象而言，其只需佩戴一个即可。其所适用的 被监测对象不限于老年人，也适用于需要进行身体活动监测的孩童、患者、残障人士等。而 所述监测终端的操作者，并不局限于被监测对象，也可以包括被监测对象的监护人及其他 可操作监测终端的相关人员。所述监测终端，用于检测和传送被监测对象的身体活动状态信息；所述监测终端， 佩戴于被监测对象的身体的某个部位，优选的，佩戴于被监测对象的腰部，因为针对身体的 不同的活动状态，均与腰部的动作有关，且佩戴于腰部，也会给被监测对象最大的佩戴舒适感，也不会影响被监测对象的身体活动。下面再介绍所述监测终端的软硬件配置。从硬件配置上讲，监测终端包括一外壳，传感器模块、微处理器、电源稳压模块等 被封装在所述外壳内，所述外壳上可设置有天线、各种按键、显示屏等。如图2所示，被监测对象所佩戴的监测终端的内部模块连接关系为CC2430微处 理器分别与变压器(天线)、电源与稳压模块、OLED显示模块、按键以及作为传感器的加速 度传感器MMA7260QT相连接。CC2430微处理器每隔一定时间对加速度传感器三个方向上的 加速度检测的输出值进行AD转换，而后进一步进行状态的判定。其中的显示屏例如为一块1英寸的OLED显示屏，所述显示屏幕与OLED显示模块 相连接以用于显示监测系统工作状态或监测数据等信息，例如相关监测数据、系统工作是 否正常，网络连接是否正常等；还可以显示电池电量是否充足、时间等信息。所述按键的 按键可以分为几种，包括开关按键、报警按键、选择按键等。开关按键用于控制监测开关的 “开”与“关”的操作；报警按键用于被监测对象发生异常情况(例如跌倒、眩晕等)需要帮 助时使用；而选择按键包括例如为“上”，“下”，“取消”，“确定”等的菜单功能按键，用于操作 屏幕显示的菜单；为了便于被监测对象携带和使用，监测终端可使用两节7号电池作为供 电电源，电源与所述监测终端的供电电路之间还连接有稳压模块。而所述天线则用于所述 监测终端与所述协调器基站之间的通信，所述天线还与非平衡变压器连接，连接所述非平 衡变压器可是所述天线性能更好。本实用新型实施例的所述监测终端内部，用于检测被监测对象身体活动状态的传 感器优选的为飞思卡尔(Freescale)公司的三轴向加速度传感器(以下简称MMA7260QT)， MMA7260QT具有三轴向的感应功能，工作时电流消耗仅为500 μ Α,在休眠模式状态下电流 消耗3 μ Α,并能够在2. 2至3. 6V的低电压下运行。如图3所示，所述监测终端的工作流程的如下所述监测终端初始化后，扫描信 道，并加入到所述协调器基站建立的ZigBee无线网络中，获得16位网络地址，所述监测终 端的所述显示屏上会显示菜单，点击“连接网络”后，所述监测终端与所述协调器基站建立 绑定关系，点击“发送数据”后，监测终端开始进行身体状态的检测，每隔一定的间隔(例如 0. 5秒)读取加速度传感器MMA7260QT的三轴加速度数据，并进行AD转换，通过分类器的判 断得到被监测对象的身体状态，并判断是否与前一次的状态相同，若相同则继续监测，并不 向协调器基站发送数据，这是一种节电的模式，因为通过天线发送检测数据也需要消耗所 述监测终端中电池的电能。若不相同则将数据打包后发送给所述协调器基站，然后继续进 行监测；若点击菜单上的“紧急求救”或者按下报警按键后，监测终端向协调器基站发送紧 急报警信息。本实用新型实施例的监测终端的传感器，以设定的时间间隔检测被监测对象的身 体活动状态的改变，例如设定0. 1秒至1秒钟、0. 1秒至10秒钟或者更大的时间间隔。也可 以给不同的时段设置不同的时间间隔，例如早晨，被监测对象的活动变化较频繁，且对老年 人来说，也是一天中风险较大的时段，因此可以设置相对较小的时间间隔；再例如中午，被 监测对象的活动变化相对较少，可以设置相对较大的时间间隔。所述处理器是所述监测终端的核心，其将所述传感器传来的检测信号数据，经判 断得出所述被监测对象的身体状态变化信息后，通过所述天线，经所述协调器基站，传送给所述监控中心。为了能够对被监测对象的身体活动状态进行准确的判断，我们根据需求对被监测 对象(优选的是老年人)的身体状态划分为八种，分别为站立、躺下、左侧卧倒、右侧卧倒、 倒立、俯卧、慢跑和跌倒。相对于身体状态的变化，加速度传感器每一轴上的电压值是和这 一轴的受力情况相关的。按照所述监测终端的正常佩戴方式，X轴为前后方向，Y轴为左右 方向，Z轴为上下方向。当三个方向均不受力时，三个方向上的电压值分布在1.2伏到2. 1 伏之间。当仅有一个方向受力时，这种情况为站立、躺下、左侧卧倒、右侧卧倒、倒立(紧急 情况)、俯卧，此时该方向仅受重力作用。以站立为例，Y、X轴不受任何力的作用，所以仍在 1. 2伏到1. 7伏之间，而Z轴受到重力的作用，且其方向与Z轴的正方向相同，电压值会有 所增大，其值合理范围在2. 2伏到2. 7伏之间。当处于倒立(紧急情况)状态时，同样Υ、Χ 轴不受任何力的作用，仍在1. 2伏到1. 7伏之间，而Z轴受到重力的作用，且其方向与Z轴 的负方向相同，电压值会有所减少，其值合理范围在0. 6伏到1. 1伏之间。其他的仅有一个 方向受重力作用的情况与上述情况类似。当被监测对象处于慢跑状态时，经过测试，X，Y轴 上由于几乎不受力的作用所以电压变化的范围不大，在1.2伏到1.7伏之间，而Z轴主要在 1.2伏到1.7伏区间内变化。当被监测对象摔倒(前向摔倒)时，会产生前向速度的很大 变化，反映在加速度传感器上就是X轴电压值的激增和锐减，即小于0. 7，或者大于2. 6伏。 其他不在上述八种情况范围的状态，可认为是一种“未知状态”。按照我们认可的被监测对 象的身体活动状态，经过实际测试可知上述分析是正确合理的，以右侧卧倒为例，X轴电压 分布在大于1.2伏，小于1.7伏内，Y轴电压分布在大于0.6伏，小于1. 1伏区间内，Z轴电 压分布在大于1. 2伏，小于1. 7伏区间内。本实用新型的实施例的所述监测终端，根据需求对被监测对象的身体活动状态进 行分类，分类的情况有多种；例如分类1、划分为八种，分别为站立、躺下、左侧卧倒、右侧 卧倒、倒立、俯卧、慢跑和跌倒。分类2、划分为立(包含站立和倒立)、躺、卧(左侧卧和右 侧卧)、俯卧、跑、跌倒等六种；分类3、也可简单的划分为两种即正常活动状态(除跌倒之 外的其他状态)和异常状态(跌倒)。对于分类1，各个活动状态相对应的电压值进行分类，发现对应每种状态，其电压 值有如表1分布。利用表1中的结果电压分布，通过对所述传感器所采集的三轴电压值的 判断，即可完成对被监测对象的身体活动状态的判断。具体可由分类器实现。表 权利要求1.一种监测终端，用于身体活动状态监测系统，其特征在于，所述监测终端由所述对被 监测对象佩戴以检测并传送所述被监测对象的身体活动状态数据，所述监测终端包括一外壳；一传感器，封装于所述外壳内，用以采集三轴向加速度数据；微处理器，封装于所述外壳内，与所述传感器相连接，接收所述三轴向加速度数据并据 以判断所述被监测对象的身体活动状态；天线，用于将所述身体活动状态数据传送于所述身体活动状态监测系统的监控中心。
2.如权利要求1所述的监测终端，其特征在于所述监测终端佩戴于所述被监测对象 的腰部；所述身体活动状态包括八种站立、躺下、俯卧、左侧卧倒、右侧卧倒、慢跑、倒立、 摔倒；所述微处理器通过各所述身体活动状态与三轴电压值之间的对应关系判断所述被监 测对象的身体活动状态。
3.如权利要求2所述的监测终端，其特征在于所述监测终端上设置有报警按键以实现紧急情况下的报警，或者通过点选所述监测终端的菜单选项实现所述紧急情况下的报警。
4.一种身体活动状态监测系统，其特征在于具有一个或多个权利要求1-3任一所述 的监测终端。
5.如权利要求4所述的身体活动状态监测系统，其特征在于所述身体活动状态监测 系统还包括协调器基站，所述监测终端与所述监控中心之间的通信借助所述协调器基站实 现，所述协调器基站初始化和维护一个有所述一个或多个监测终端加入的无线网络，且通 过所述无线网络与所述监测终端进行无线通信，所述协调器基站与所述监控中心之间通过 串口进行有线通信。
6.如权利要求5所述的身体活动状态监测系统，其特征在于所述协调器基站和所述 监测终端间的ZigBee无线通信平台使用CC2430作为微处理器；所述监测终端的传感器为 MMA7260QT 型。
7.如权利要求5或6所述的身体活动状态监测系统，其特征在于所述身体活动状态 监测系统还包括GSM短信模块，所述监控中心通过所述GSM短信模块进行报警，所述监控中 心与所述GSM短信模块之间通过串口进行通信。
专利摘要本实用新型公开了一种监测终端及身体活动状态监测系统，所述监测终端，用于身体活动状态监测系统，所述监测终端由所述对被监测对象佩戴以检测并传送所述被监测对象的身体活动状态数据，所述监测终端包括一外壳；一传感器，封装于所述外壳内，用以采集三轴向加速度数据；微处理器，封装于所述外壳内，与所述传感器相连接，接收所述三轴向加速度数据并据以判断所述被监测对象的身体活动状态；天线，用于将所述身体活动状态数据传送于所述身体活动状态监测系统的监控中心。本实用新型的监测终端及身体活动状态监测系统，配置简单、安装灵活、使用方便、系统可靠性高、简单实用易推广。
文档编号A61B5/00GK201782749SQ201020210679
公开日2011年4月6日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者王志良, 王鲁 申请人:王志良, 王鲁