基于物联网的人体信息采集终端的制作方法

本发明涉及家庭监控系统技术领域，具体涉及一种基于物联网的人体信息采集终端。

背景技术：

由于婴幼儿及儿童无生活自理能力，睡觉时经常踢开被子或者在睡觉时翻身而掀开被子，此时儿童的守护者往往因为熟睡而不能察觉，熟睡的婴幼儿及儿童由于无被子盖着而着凉，从而引起发烧感冒，对于婴幼儿及儿童的守护者往往不能全天检查孩子的身体状态，例如，体温，尤其是在夜间睡觉时。婴幼儿身心尚未成熟，无法有效的表达自己的感受，因此有必要对婴幼儿的体温进行实时监控。

有些孩子睡觉时多动，有时会不小心从床上滚落下来，如果滚落到地面没有醒，在地上长时间很容易着凉，感冒，因此有必要对孩子进行实时的监护。

目前相关技术中有使用儿童睡袋等产品来对儿童体温和踢被情况进行监测，睡袋对儿童的睡姿有过多的限制。

目前相关技术中对婴幼儿踢被检测的解决方案主要是通过检测被窝内温度变化来判断踢被并进行提醒。由于温度的降低是一个渐进的过程，这种解决方案存在检测时间长的问题。

目前相关技术中有通过红外/近红外摄像头对人体的各个部分进行分析，进而对睡眠者是否踢被和掉床进行判断，红外摄像头由于价格比较贵，数据信息处理量大，在夜晚拍摄效果很差，数据不易处理，对于踢被的各个情况不能处理的很完善。

目前技术中有通过佩戴在婴幼儿身上的红外对管来监控婴幼儿是否踢被，通过佩戴在身上的红外发射管发射光线到被子上面，经过反射被接收管接收，通过接收管的电压变化判断婴幼儿与被子的间的距离，但是在睡觉的过程中可能会出现正常的缝隙，这种情况并不是所说的踢被情况，婴幼儿和被子之间的预设距离很难设置，这种方案误判率很高。

基于物联网的人体信息采集终端同样可以推广到各种病人、老人等暂时缺乏自理能力及自理能力比较弱的人群。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明通过人体信息采集终端中的机械传动模块带动红外测温传感器探头移动，通过步进电机p1带动步进电机p2上下旋转进而改变红外测温传感器探头的俯仰角θ，通过步进电机p2带动旋转支架左右旋转进而改变红外测温传感器探头的偏航角ψ，通过自适应扫描床体边界确定最佳扫描区域，在一个周期内通过远距离非接触方式每60秒为一个周期对床体和人体的温度进行全方位无死角扫描，在扫描的过程中通过中断函数不断地对扫描的温度数据进行保存，以此得到每个采集点的温度，数据格式为（θ，ψ，温度），通过对每场采集的数据进行处理以此判断踢被、踢被程度、掉床、发烧等情况。

本发明是通过采用以下技术方案实现的，按此目的设计的人体信息采集终端包括：红外测温传感器模块，激光模块，角度测量模块，机械传动模块，第一通信模块，主控模块，驱动模块，电源管理模块和锂电池。

红外测温传感器模块通过远距离非接触方式测得人体和床体各个区域的温度数据，每60秒为一个周期采集床体和人体的各个区域的温度数据，这里60秒采集的一个周期温度数据为一场。

激光模块在设置扫描区域时发射光线，用来对扫描区域进行提示、校准。

角度测量模块包括：三轴加速度计和三轴陀螺仪，角度测量模用来测量红外测温传感器探头在扫描过程中的俯仰角θ和偏航角ψ。

机械传动模块通过带动红外测温传感器探头移动进而完成每场的扫描。

第一通信模块通过红外、蓝牙、wifi和zigbee进行无线通信。

电源管理模块用于对锂电池进行充电管理。

机械传动模块包括步进电机p1，步进电机p2和旋转支架。

红外测温传感器探头和激光发射头固定在旋转支架的一端，旋转支架的另一端固定在步进电机p2的转轴上面，当步进电机p2转动时，步进电机p2带动旋转支架同步转动，旋转支架顶端的红外测温传感器探头和激光发射头偏航角ψ同步发生改变，红外测温传感器探头扫描的位置同步发生改变。

通过对步进电机p2进行控制，进而对红外测温传感器探头和激光发射头偏航角ψ进行调整，进而对红外测温传感器探头扫描的位置进行调整。

步进电机p1固定在滑动底座上面，步进电机p2固定在步进电机p1的转轴上面，当步进电机p1转动时，步进电机p1带动步进电机p2同步转动，步进电机p2上面的红外测温传感器探头和激光发射头俯仰角θ同步发生改变，红外测温传感器探头扫描的位置同步发生改变。

通过对步进电机p1进行控制，进而对红外测温传感器探头和激光发射头俯仰角θ进行调整，进而对红外测温传感器探头扫描的位置进行调整。

锂电池和电路板位于滑块底座里面，通过滑块底座一侧的usb插口对人体信息采集终端供电，对锂电池进行充电。

固定底座的四周有四个螺丝孔，通过螺丝将固定底座固定在室内墙壁、儿童床和婴儿车上面。滑动底座的底部有凹槽，固定底座的顶部有凹槽，滑动底座底部的凹槽与固定底座顶部的凹槽互补，通过滑块底座的凹槽将滑块固定在固定底座上面，当不使用时，可以很方便的将固定底座及固定底座以上的部分拆卸下来。

通过建立一个平面直角坐标系，坐标原点为红外测温传感器探头和激光发射头指向的床头最右侧位置。

x轴方向为步进电机p2带动红外测温传感器探头从床右侧旋转扫描至左侧的方向，y轴方向为步进电机p1带动红外测温传感器探头从床头垂直向床尾扫描的方向。

通过步进电机p2带动旋转支架左右旋转进而改变红外测温传感器探头和激光发射头的偏航角ψ，进而改变红外测温传感器探头在x轴上面扫描的位置。

通过步进电机p1带动步进电机p2上下旋转进而改变红外测温传感器探头和激光发射头的俯仰角θ，进而改变红外测温传感器探头在y轴上面扫描的位置。

在一个周期内，通过对红外测温传感器探头发射的光线在x轴和y轴方向的扫描，以此对床体和人体的温度进行全方位无死角扫描。

在扫描的过程中通过中断函数不断地对扫描的温度数据进行保存，以此得到平面坐标每个采集点的温度，数据格式为（x，y，温度）。

一种自适应扫描床体边界的方法。

通过步进电机p1带动步进电机p2上下旋转进而改变红外测温传感器探头和激光发射头的俯仰角θ。

通过步进电机p2带动旋转支架左右旋转进而改变红外测温传感器探头和激光发射头的偏航角ψ。

通过对床体进行最大俯仰角θ和偏航角ψ的扫描，保存三场数据之后，对保存的数据进行处理。由于床体和床体周围的地板之间的温差很大，根据温差的大小来判断床体的位置、边界和轮廓。首先对三场温度数据提取的床体边界的俯仰角θ和偏航角ψ进行取平均，然后保存，以此得到扫描区域，然后对a头部区域，b胸部和腹部区域，c腿部和脚部区域按照2:4:5的偏航角度比例进行划分。人体信息采集终端根据前三场扫描的区域自动确定最佳扫描区域，以此提高扫描效率。

在扫描的过程中通过中断函数不断地对扫描的温度数据进行保存，以此得到每个采集点的温度，数据格式为（θ，ψ，温度）。

当完成一场温度数据的扫描和保存之后，机械传动模块带动红外测温传感器探头将扫描区域指向床头的右侧，等待下一场的扫描，然后开始对保存的一场温度数据进行处理。

附图说明

图1为本发明基于物联网的人体信息采集终端的逻辑框图。

图2为本发明的部分结构示意图。

图3为本发明的另外一部分结构示意图。

图4为本发明的整体结构示意图。

图5为本发明对人体和床体的扫描区域划分示意图。

图6为本发明的工作示意图。

图7为本发明应用场景之一，对各个区域单独进行检测的流程图。

图8为本发明应用场景之一，对婴幼儿是否踢被进行判断的流程图。

图9为本发明应用场景之一，对婴幼儿踢被程度进行判断的流程图。

图10本发明应用场景之一，对婴幼儿是否掉床进行判断的流程图。

图11本发明应用场景之一，对婴幼儿是否发烧进行判断的流程图。

图2中，101为滑动底座，102为usb插口，103为步进电机p1，104为步进电机p2，105为旋转支架，106为红外测温传感器探头，107为激光发射头。

图3中，108为固定底座，109为螺丝孔。

图4中，步进电机p1沿d1方向转动，步进电机p2沿d2方向转动。

图5中10为人体信息采集终端，11为床，a为头部区域，b为胸部和腹部区域，c为腿部和脚部区域。

图6中，12为提示终端，13为手机、平板和电脑。

具体实施方式

如图1-图5，机械传动模块包括103步进电机p1，104步进电机p2和105旋转支架。

106红外测温传感器探头和107激光发射头固定在105旋转支架的一端，105旋转支架的另一端固定在104步进电机p2的转轴上面，当104步进电机p2转动时，104步进电机p2带动105旋转支架同步转动，105旋转支架顶端的106红外测温传感器探头和107激光发射头偏航角同步发生改变，106红外测温传感器探头扫描的位置同步发生改变。

通过对104步进电机p2进行控制，进而对106红外测温传感器探头和107激光发射头偏航角进行调整，进而对106红外测温传感器探头扫描的位置进行调整。

103步进电机p1固定在101滑动底座上面，104步进电机p2固定在103步进电机p1的转轴上面，当103步进电机p1转动时，103步进电机p1带动104步进电机p2同步转动，104步进电机p2上面的106红外测温传感器探头和107激光发射头俯仰角同步发生改变，106红外测温传感器探头扫描的位置同步发生改变。

通过对103步进电机p1进行控制，进而对106红外测温传感器探头和107激光发射头俯仰角进行调整，进而对106红外测温传感器探头扫描的位置进行调整。

锂电池和电路板位于滑块底座里面，通过滑块底座一侧的102usb插口对10人体信息采集终端供电，对锂电池进行充电。

108固定底座的四周有四个109螺丝孔，通过螺丝将108固定底座固定在室内墙壁、儿童床和婴儿车上面。101滑动底座的底部有凹槽，108固定底座的顶部有凹槽，101滑动底座底部的凹槽与108固定底座顶部的凹槽互补，通过滑块底座的凹槽将滑块固定在108固定底座上面，当不使用时，可以很方便的将108固定底座及108固定底座以上的部分拆卸下来。

将对人体的扫描区域分为三个区域，分别是a头部区域，b胸部和腹部区域，c腿部和脚部区域，对婴幼儿易着凉部位的a头部区域、b胸部和腹部区域进行高密度重点扫描，对c腿部和脚部区域进行低密度扫描，对各个区域单独进行判断。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的阐述。

第一实施例

如图2和图5，通过建立一个平面直角坐标系，坐标原点为106红外测温传感器探头和107激光发射头指向的床头最右侧位置。

x轴方向为104步进电机p2带动106红外测温传感器探头从床右侧旋转扫描至左侧的方向，y轴方向为103步进电机p1带动106红外测温传感器探头从床头垂直向床尾扫描的方向。

通过104步进电机p2带动105旋转支架左右旋转进而改变106红外测温传感器探头和107激光发射头的偏航角ψ，进而改变106红外测温传感器探头在x轴上面扫描的位置。

通过103步进电机p1带动104步进电机p2上下旋转进而改变106红外测温传感器探头和107激光发射头的俯仰角θ，进而改变106红外测温传感器探头在y轴上面扫描的位置。

在一个周期内，通过对106红外测温传感器探头发射的光线在x轴和y轴方向的扫描，以此对床体和人体的温度进行全方位无死角扫描。

在扫描的过程中通过中断函数不断地对扫描的温度数据进行保存，以此得到平面坐标每个采集点的温度，数据格式为（x，y，温度）。

这种方式需要人为的设置扫描区域，每场扫描的区域是一个扇形区域。

第二实施例

一种自适应扫描床体边界的方法。

如图2和图5，将10人体信息采集终端固定在距离床头一定高度和距离的墙壁上面。

通过103步进电机p1带动104步进电机p2上下旋转进而改变106红外测温传感器探头和107激光发射头的俯仰角θ。

通过104步进电机p2带动105旋转支架左右旋转进而改变106红外测温传感器探头和107激光发射头的偏航角ψ。

通过对床体进行最大俯仰角θ和偏航角ψ的扫描，保存三场数据之后，对保存的数据进行处理。由于床体和床体周围的地板之间的温差很大，根据温差的大小来判断床体的位置、边界和轮廓。首先对三场温度数据提取的床体边界的俯仰角θ和偏航角ψ进行取平均，然后保存，以此得到扫描区域，然后对a头部区域，b胸部和腹部区域，c腿部和脚部区域按照2:4:5的偏航角度比例进行划分。10人体信息采集终端根据前三场扫描的区域自动确定最佳扫描区域，以此提高扫描效率。

在扫描的过程中通过中断函数不断地对扫描的温度数据进行保存，以此得到每个采集点的温度，数据格式为（θ，ψ，温度）。

第三实施例

如图1，图2和图5，首先，将10人体信息采集终端固定在距离床头一定高度和距离的墙壁上面。

10人体信息采集终端中的红外测温传感器模块通过远距离非接触方式测得人体和床体各个部分的温度数据，每60秒为一个周期采集床体和人体的各个部分的温度数据，这里60秒采集的一个周期温度数据为一场；机械传动模块通过带动106红外测温传感器探头移动进而完成每场的扫描。

由第二实施例，根据前三场扫描的区域自动确定最佳扫描区域之后。

通过机械传动模块带动106红外测温传感器探头将扫描区域指向床头的右侧，然后向左旋转至左边界偏航角，以此对床体的左右两侧进行扫描，当从右边界偏航角扫描至左边界偏航角之后，机械传动模块带动106红外测温传感器探头的俯仰角发生改变，机械传动模块带动106红外测温传感器探头向上偏转一定的角度，然后机械传动模块带动106红外测温传感器探头从左边界偏航角扫描至右边界偏航角，机械传动模块带动106红外测温传感器探头继续向下偏转一定的角度，通过多次的左右扫描和俯仰角的改变进而完成一场温度数据的扫描，在扫描的过程中通过中断函数不断地对扫描的温度数据进行保存。

当完成一场温度数据的扫描和保存之后，机械传动模块带动106红外测温传感器探头将扫描区域指向床头的右侧，等待下一场的扫描，然后开始对保存的一场温度数据进行处理。

首先对扫描的温度数据进行调整顺序，从左至右扫描的温度数据依次左右调换位置，以此对扫描的温度数据进行还原使其与真实的温度分布相同。

第四实施例

如图5，图6，图8和图9，将对人体的扫描区域分为三个区域，分别是a头部区域，b胸部和腹部区域，c腿部和脚部区域，对各个区域单独进行判断，以此确定被子是否被踢开。

10人体信息采集终端通过对床体和人体各个区域的温度进行扫描、处理进而得到床体和人体各个区域的温度值，通过对b胸部和腹部区域、c腿部和脚部区域扫描的温度分别进行判断，若b胸部和腹部区域局部较高温度与b胸部和腹部区域平均温度的差值大于预设的温度差值，或者c腿部和脚部区域局部较高温度与c腿部和脚部区域平均温度的差值大于预设的温度差值，则判断为踢被并将踢被信号发送至12提示终端。

这里不同区域的预设温度差值是指，在正常盖被子情况下不同区域的最高温度值与该区域平均温度值的差值。

在正常盖被子的情况下，b胸部和腹部区域最高温度值与该区域的平均温度值的差值比较小，若出现踢被，b胸部和腹部区域最高温度值与平均温度值的差值比较大，以此来判断b胸部和腹部区域的被子是否被踢开。

对c腿部和脚部区域踢被的判断方法和b胸部和腹部区域踢被的判断方法相同。

若扫描的b胸部和腹部区域，c腿部和脚部区域出现局部较高温度区域并且判断为踢被，局部较高温度区域面积越大，则踢被情况越严重。

第五实施例

如图5，图6，图10和图11，将对人体的扫描区域分为三个区域，分别是a头部区域，b胸部和腹部区域，c腿部和脚部区域，对各个区域单独进行判断。

10人体信息采集终端通过对床体和人体各个区域的温度进行扫描、处理进而得到床体的位置，人体在床上的位置，人体的睡眠姿势，若每周期扫描的各个区域的温度没有接近人体体温的数据，则判断为掉床并发出掉床信号到12提示终端；若a头部区域的温度不在预设的正常温度区间，则10人体信息采集终端发出发烧信号到12提示终端。

第六实施例

如图7：本发明应用场景之一，对各个区域单独进行检测的流程图，包括如下步骤。

步骤s11：完成一场温度数据的扫描。

步骤s12：红外测温传感器探头扫描区域指向床头右侧，等待下一场扫描，并开始对保存的温度数据进行处理。

步骤s13：对扫描的温度数据进行调整顺序。

步骤s14：判断人体的位置，床体的位置，人体的睡眠姿势。

步骤s15：将对人体的扫描区域分为三个区域，分别是头部区域，胸部和腹部区域，腿部和脚部区域，对各个区域单独进行判断。

步骤s16：提示终端进行提示。

第七实施例

如图8：本发明应用场景之一，对婴幼儿是否踢被进行判断的流程图，包括如下步骤。

步骤s21：对胸部和腹部区域，腿部和脚部区域进行检测。

步骤s22：判断胸部和腹部区域局部较高温度与胸部和腹部区域平均温度的差值是否大于预设的温度差值，若大于，则人体信息采集终端发出踢被信号；若不大于，则继续判断腿部和脚部区域局部较高温度与腿部和脚部区域平均温度的差值是否大于预设的温度差值。

步骤s23：判断腿部和脚部区域局部较高温度与腿部和脚部区域平均温度的差值是否大于预设的温度差值，若大于，则人体信息采集终端发出踢被信号；若不大于，则返回继续检测。

步骤s24：发出踢被信号。

第八实施例

如图9：本发明应用场景之一，对婴幼儿踢被程度进行判断的流程图，包括如下步骤。

步骤s31：对胸部和腹部区域，腿部和脚部区域局部较高温度面积进行检测。

步骤s32：判断胸部和腹部区域，腿部和脚部区域局部较高温度面积是否大于预设的面积p2，若大于，则判断为踢被很严重；若不大于，则继续判断胸部和腹部区域，腿部和脚部区域局部较高温度面积是否大于预设的面积p1。

步骤s33：踢被很严重。

步骤s34：判断胸部和腹部区域，腿部和脚部区域局部较高温度面积是否大于预设的面积p1，若大于，则判断为踢被不太严重；若不大于，则返回继续检测。

步骤s35：踢被不太严重。

第九实施例

如图10：本发明应用场景之一，对婴幼儿是否掉床进行判断的流程图，包括如下步骤。

步骤s41：对头部区域，胸部和腹部区域，腿部和脚部区域进行检测。

步骤s42：判断每周期扫描的各个区域的温度数据是否有接近人体体温的数据，若有，则返回继续检测；若没有，系统判断为掉床并发出掉床信号到提示终端。

步骤s43：发出掉床信号。

第十实施例

如图11：本发明应用场景之一，对婴幼儿是否发烧进行判断的流程图，包括如下步骤。

步骤s51：对头部区域进行检测。

步骤s52：判断头部区域温度是否在预设的正常温度区间，若头部区域温度不在预设的正常温度区间，则人体信息采集终端发出发烧信号到提示终端；若头部区域温度在预设的正常温度区间，则返回继续检测。

步骤s53：发出发烧信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明权利要求书的范围所覆盖。