一种上下床行为监控方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种上下床行为监控方法及系统，该方法包括：在床脚下设置感应床上压力的压电传感器；压电传感器包括第一级压力传感单元和第二级压力传感单元；第一级压力传感单元通过压力变化获得关于上下床动作的变化的第一电信号；第二级压力传感单元通过压力变化获得关于用户心跳的第二电信号；当第一电信号发生剧变后并最终归于平稳时，表示发生了上下床动作；在第一电信号发生剧变后并最终归于平稳后，若从第二电信号中提取出了心冲击信号，表示床上有人；若从第二电信号中没有提取出心冲击信号，则表示床上没人。本发明将压电传感器测量出来的电压值进行样本分析计算，判定人的行为是上床还是离床，从而实现对用户上下床行为的有效监控。
【专利说明】—种上下床行为监控方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明属于监控【技术领域】，涉及一种上下床行为监控方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展和科技的进步，人们越来越注重养生之道，各种各样的保健、预防疾病等方式层出不穷。日常生活中的各种用品也慢慢地与养生建立了或多或少的联系。以地板为例，为了防止老人摔倒无人发现，越来越多的智能地方应需而生。这些智能地板基本都是借助于各类压电传感器的特性研究出来的，其应用无疑为人们生活提供了极大的方便和智能监控，能够有效减少老人摔倒因无人知道而错失救治的最佳时机。压电传感器时利用某些介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变(包括弯曲和伸缩形变)时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。压电材料一般可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用的最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。
[0003]随着生活的智能化，通过压电传感器侦测人在床上的各种行为的方案也急需提出，但目前还没有相关人员在相关【技术领域】里进行研究，因此本发明针对人在床上的各种行为提出了一种侦测方案。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种上下床行为监控方法及系统，用于解决现有技术中上下床行为监控领域的空白。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上下床行为监控方法及系统。
[0006]一种上下床行为监控方法，所述上下床行为监控方法包括:
[0007]在床脚下设置感应床上压力的压电传感器；所述压电传感器包括第一级压力传感单元和第二级压力传感单元；所述第一级压力传感单元通过压力变化获得关于上下床动作的变化的第一电信号；所述第二级压力传感单元通过压力变化获得关于用户心跳的第二电信号;
[0008]当所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳时，表示发生了上下床动作；
[0009]在所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳后，若从所述第二电信号中提取出了心冲击信号，则计算出心率值，表示床上有人；若从所述第二电信号中没有提取出心冲击信号，则表不床上没人。
[0010]优选地，所述压电传感器包括第一级压力参考传感单元和第二级压力参考传感单元；所述第一级压力参考传感单元通过压力变化获得关于上下床动作的变化的第一参考电信号；所述第二级压力参考传感单元通过压力变化获得关于用户心跳的第二参考电信号；所述第一参考电信号作为衡量所述第一电信号准确度的参考信号；所述第二参考电信号作为衡量所述第二电信号准确度的参考信号。
[0011]优选地，所述压电传感器每隔预设时间上传一次电信号；所述监控方法根据至少2组电信号判断一次监控结果。
[0012]一种上下床行为监控系统，所述上下床行为监控系统包括:压电传感器，监控处理单元；所述压电传感器设置在床脚下，用以感应床上压力；所述压电传感器包括第一级压力传感单元和第二级压力传感单元；所述第一级压力传感单元通过压力变化获得关于上下床动作的变化的第一电信号；所述第二级压力传感单元通过压力变化获得关于用户心跳的第二电信号；所述监控处理单元与所述第一级压力传感单元和第二级压力传感单元分别相连，在所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳时，输出发生了上下床动作的监控结果；所述监控处理单元还在所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳后，根据从所述第二电信号中是否能够提取出心冲击信号来给出床上是否有人的监控结果；若能提取出心冲击信号，计算出心率值，则输出床上有人的监控结果；否则输出床上没人的监控结果。
[0013]优选地，所述压电传感器还包括:第一级压力参考传感单元，第二级压力参考传感单元；所述第一级压力参考传感单元与所述监控处理单元通信相连，通过感应压力变化获得关于上下床动作的变化的第一参考电信号，并将作为衡量所述第一电信号准确度的第一参考电信号上传至所述监控处理单元；所述第二级压力参考传感单元与所述监控处理单元通信相连，通过感应压力变化获得关于用户心跳的第二参考电信号，并将作为衡量所述第二电信号准确度的第二参考电信号上传至所述监控处理单元。
[0014]优选地，所述压电传感器为正特性压电传感器、或负特性压电传感器。
[0015]优选地，所述第一级压力传感单元和第一级压力参考传感单元均为前级放大器AD转换模块；所述第二级压力传感单元和第二级压力参考传感单元均为后级放大器AD转换模块。
[0016]如上所述，本发明所述的上下床行为监控方法及系统，具有以下有益效果:
[0017]本发明提供了一种判断标准，将压电传感器测量出来的电压值进行样本分析计算，从而判定人的行为是上床还是离床，从而实现对用户上下床行为的有效监控。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明所述的上下床行为监控方法的流程示意图。
[0019]图2为本发明所述的上下床行为监控系统的结构示意图。
[0020]图3为床上有人时测得的第一电信号的波形示意图。
[0021]图4为床上无人时测得的第二电信号的波形示意图。
[0022]标号说明
[0023]200 上下床行为监控系统
[0024]210 压电传感器
[0025]211 第一级压力传感单元
[0026]212 第二级压力传感单元
[0027]213 第一级压力参考传感单元
[0028]214 第二级压力参考传感单元
[0029]215 检测板
[0030]220 监控处理单元
【具体实施方式】
[0031]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0032]请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0033]下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
[0034]实施例
[0035]本发明提供一种上下床行为监控方法，如图1所示，所述上下床行为监控方法包括:
[0036]在床脚下设置感应床上压力的压电传感器；所述压电传感器包括第一级压力传感单元和第二级压力传感单元；所述第一级压力传感单元通过压力变化获得关于上下床动作的变化的第一电信号；所述第二级压力传感单元通过压力变化获得关于用户心跳的第二电信号。压电传感器压在床脚下，人在床上翻动或者有其他动作时便会产生压力，这些压力便会使压电传感器产生一些电信号的变化，这些电信号的变化便成为了数据源。其中，第二电信号是第一电信号的放大，第一电信号的幅度范围是O?1023，则将第一电信号幅度范围为[462，562]的波行进行放大20倍，所放大出来的波形则为第二电信号的波形，其中的“O?1023”是量化值，没有单位，对应的参照电压值范围时0-4.2V。第一级压力传感单元是检测上下床动作压力的；第二级压力传感单元是将第一级压力传感单元检测到的信号进行放大，然后检测心跳。
[0037]进一步，所述压电传感器包括第一级压力参考传感单元和第二级压力参考传感单元；所述第一级压力参考传感单元通过压力变化获得关于上下床动作的变化的第一参考电信号；所述第二级压力参考传感单元通过压力变化获得关于用户心跳的第二参考电信号；所述第一参考电信号作为衡量所述第一电信号准确度的参考信号；所述第二参考电信号作为衡量所述第二电信号准确度的参考信号。压电传感器的信号分为前级放大器AD转换信号(即所述第一电信号，可记为s0)和后级放大器AD转换信号(即所述第二电信号，可记为Si)，压电传感器的信号的精度可达1/1023。另外，所述第一参考电信号可记为s2，所述第二参考电信号可记为s2，s2和s3分别作为sO和Si的对比参考，s0与s2在后续运算时可择优而选其一，Si与s3在后续运算时也可择优而选其一。
[0038]当所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳时，表示可能发生了上下床动作；
[0039]在所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳后，若从所述第二电信号中提取出了心冲击信号，则计算出心率值，表示床上有人；若从所述第二电信号中没有提取出心冲击信号，则表示床上没人。具体地，如果床上有人，就会有心搏，此时测得第二电信号中会出现图3中黑圈里特殊波形，即IJK波群。IJK波群是BCG里的说法，对应ECG(electrocard1gram,简称心电图)中的QRS波群,J为最高点，最高点后紧接一个最低点K,而I则在中间；而且，相邻的IJK波群中，U的间距是大致相同的，JK的间距也是大致相同的。概括来说，提取心搏的方法就是找出最高点J，然后找出其后紧接的最低点K。黑圈里的J-K之间的间距大致都是相同的，即使不同也不会相差太多。如果床上没有人，参见图4，第一电信号则没有IJK波群。
[0040]所述压电传感器每隔预设时间上传一次电信号；所述监控方法根据至少2组电信号判断一次监控结果。一般的，为了使计算出的数据更加的准确，还需要做一些数据收集然后才能进行运算。例如:压电传感器每5秒上传一组数据，数据后台在开始收集数据后，在等待30秒接收到6组数据后才能给第一个判断结果(在床/离床)，然后5秒后新接收到的数据再结合前面5组数据给出第二个判断结果，以此类推。每次计算都以6组数据为计算样本，目的就在于减少误判情况。
[0041]本发明提供了一种基于压电传感器判断用户上下床行为的方法，其提供了一种判断标准，将压电传感器测量出来的电压值进行样本分析计算，从而判定人的行为是上床还是离床。本发明所述的上下床行为监控方法可以实现对用户上下床行为的有效监控。
[0042]本发明仅适用于单人床，而且默认只针对单人有效。
[0043]本发明还提供一种上下床行为监控系统，该系统可以实现上述的上下床行为监控方法，但所述上下床行为监控方法的实现装置包括但不限于本发明所述的上下床行为监控系统。如图2所示，所述上下床行为监控系统200包括:压电传感器210，监控处理单元220 ；所述压电传感器210通过网关将输出的数据上传给监控处理单元220 (即数据处理后台)。所述压电传感器210设置在床脚下，用以感应床上压力；所述压电传感器210包括检测板215、第一级压力传感单元211和第二级压力传感单元212 ;所述检测板215用以感应压力的变化；所述第一级压力传感单元211与所述所述检测板215相连，通过压力变化获得关于上下床动作的变化的第一电信号；所述第二级压力传感单元212与所述所述检测板215相连，通过压力变化获得关于用户心跳的第二电信号；所述监控处理单元220与所述第一级压力传感单元211和第二级压力传感单元212分别相连，在所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳时，输出发生了上下床动作的监控结果；所述监控处理单元220还在所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳后，根据从所述第二电信号中是否能够提取出心冲击信号来给出床上是否有人的监控结果；若能提取出心冲击信号，计算出心率值，则输出床上有人的监控结果；否则输出床上没人的监控结果。
[0044]进一步，所述压电传感器210还包括:第一级压力参考传感单元213，第二级压力参考传感单元214 ;所述第一级压力参考传感单元213与所述所述检测板215和所述监控处理单元220分别通信相连，通过感应压力变化获得关于上下床动作的变化的第一参考电信号，并将作为衡量所述第一电信号准确度的第一参考电信号上传至所述监控处理单元；所述第二级压力参考传感单元214与所述所述检测板215和所述监控处理单元220分别通信相连，通过感应压力变化获得关于用户心跳的第二参考电信号，并将作为衡量所述第二电信号准确度的第二参考电信号上传至所述监控处理单元。
[0045]进一步，所述压电传感器为正特性压电传感器、或负特性压电传感器。
[0046]不同的压电传感器有不同的特性，如:对正特性压电传感器加压，其输出的电压会突然减小，随着电路充放电作用，然后正特性压电传感器输出的电压波形会回归到512附近；对正特性压电传感器减压，其输出的电压会突然增加，随着电路充放电作用，然后正特性压电传感器输出的电压波形会回归到512附近。而对负特性压电传感器加压，其输出的电压会突然增加，随着电路充放电作用，然后负特性压电传感器输出的电压波形会回归到512附近；对负特性压电传感器减压，其输出的电压会突然减小，随着电路充放电作用，然后负特性压电传感器的输出电压波形会回归到512附近。
[0047]进一步，所述第一级压力传感单元和第一级压力参考传感单元均为前级放大器AD转换模块；所述第二级压力传感单元和第二级压力参考传感单元均为后级放大器AD转换模块。
[0048]硬件电路设计中，压电传感器经过放大后的输出电压值被上下两个高电阻牵制，在压力信号变化时会产生电信号变化，可是一旦压力信号消失，输出电信号会慢慢回归到初始的中间值状态。
[0049]具体地，压电传感器输出的信号分为前级放大器AD转换信号(即所述第一电信号，可记为sO)和后级放大器AD转换信号(即所述第二电信号，可记为Si)，压电传感器的信号的精度可达1/1023。另外，所述第一参考电信号可记为s2，所述第二参考电信号可记为s2, s2和s3分别作为sO和Si的对比参考，sO与s2在后续运算时可择优而选其一，si与s3在后续运算时也可择优而选其一。sO与s2用于检测较大动作，如翻身，坐起，离床等；sl与s3用于检测心跳等微动作。
[0050]当正特性的压电传感器的检测板上被施予与重压时，sO与s2的值发生骤然下跌，甚至直接降低到O ;之后由于调整睡姿等动作，sO与s2会有一系列的0-1023上下变化；一旦平复下来没有大动作行为产生时，sO与s2的值趋于512附近。此时再观察Si与s3，这两个电信号主要用来对比检测心跳数值，当从Si与s3中检测出规律的心冲击信号(BCG)时，便可以根据心冲击信号提取出心率值，此时即可以认为状态从“空床”变为“床上有人”。由于人从床中央移动到床边的动作，会造成sO与s2的值有一系列的0-1023上下变化，之后由于人离开了床，相当于床上瞬间少了一个重压，则sO与s2的值会发生剧变上升，甚至直接跳到1023，接下来，由于床上没有了重压，床脚对检测板的压力趋于平稳，此时sO与s2会缓慢地回归到中间值512附近。假如压电传感器为负特性的话，则情况完全相反。
[0051 ] 本发明填补了侦测人在床上的各种动作这一领域的空白，不仅可以对人的上下床行为进行监控，还可以对人的心跳进行估算。
[0052]综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0053]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种上下床行为监控方法，其特征在于，所述上下床行为监控方法包括: 在床脚下设置感应床上压力的压电传感器；所述压电传感器包括第一级压力传感单元和第二级压力传感单元；所述第一级压力传感单元通过压力变化获得关于上下床动作的变化的第一电信号；所述第二级压力传感单元通过压力变化获得关于用户心跳的第二电信号; 当所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳时，表示发生了上下床动作； 在所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳后，若从所述第二电信号中提取出了心冲击信号，则计算出心率值，表示床上有人；若从所述第二电信号中没有提取出心冲击信号，贝1J表不床上没人。
2.根据权利要求1所述的上下床行为监控方法，其特征在于:所述压电传感器包括第一级压力参考传感单元和第二级压力参考传感单元；所述第一级压力参考传感单元通过压力变化获得关于上下床动作的变化的第一参考电信号；所述第二级压力参考传感单元通过压力变化获得关于用户心跳的第二参考电信号；所述第一参考电信号作为衡量所述第一电信号准确度的参考信号；所述第二参考电信号作为衡量所述第二电信号准确度的参考信号。
3.根据权利要求1所述的上下床行为监控方法，其特征在于:所述压电传感器每隔预设时间上传一次电信号；所述监控方法根据至少2组电信号判断一次监控结果。
4.一种上下床行为监控系统，其特征在于，所述上下床行为监控系统包括: 压电传感器，设置在床脚下，用以感应床上压力；所述压电传感器包括第一级压力传感单元和第二级压力传感单元；所述第一级压力传感单元通过压力变化获得关于上下床动作的变化的第一电信号；所述第二级压力传感单元通过压力变化获得关于用户心跳的第二电信号; 监控处理单元，与所述第一级压力传感单元和第二级压力传感单元分别相连，在所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳时，输出发生了上下床动作的监控结果；所述监控处理单元还在所述第一电信号发生剧变后并最终归于平稳后，根据从所述第二电信号中是否能够提取出心冲击信号来给出床上是否有人的监控结果；若能提取出心冲击信号，计算出心率值，则输出床上有人的监控结果；否则输出床上没人的监控结果。
5.根据权利要求4所述的上下床行为监控系统，其特征在于，所述压电传感器还包括: 第一级压力参考传感单元，与所述监控处理单元通信相连，通过感应压力变化获得关于上下床动作的变化的第一参考电信号，并将作为衡量所述第一电信号准确度的第一参考电信号上传至所述监控处理单元； 第二级压力参考传感单元，与所述监控处理单元通信相连，通过感应压力变化获得关于用户心跳的第二参考电信号，并将作为衡量所述第二电信号准确度的第二参考电信号上传至所述监控处理单元。
6.根据权利要求4所述的上下床行为监控系统，其特征在于:所述压电传感器为正特性压电传感器、或负特性压电传感器。
7.根据权利要求4所述的上下床行为监控系统，其特征在于:所述第一级压力传感单元和第一级压力参考传感单元均为前级放大器AD转换模块；所述第二级压力传感单元和第二级压力参考传感单元均为后级放大器AD转换模块。
【文档编号】A61B5/0245GK104127185SQ201310159997
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年5月3日 优先权日:2013年5月3日
【发明者】李超 申请人:上海宽带技术及应用工程研究中心