一种基于压力传感器的上下床监护系统和方法与流程

本申请涉及传感器技术领域，具体涉及一种基于压力传感器的上下床监护系统，还涉及一种基于压力传感器的上下床监护方法。

背景技术：

随着中国进入老龄化社会，老人群体急速增加，有跌倒史或者行动不便的老人，在住院时常常会在下床时，因监护不周而跌倒，对老人造成二次伤害，严重危及到老年人的生命安全。

现有解决这种问题的方案主要有三种：一种是采用视频监控，这种方式将老年人在医院内的起居暴露在摄像监控中，对大多数老年人来说，是无法接受的。二是医院采用巡视的方法，加强对病人尤其是老年病人的巡视，及时掌握老人的情况。国家对不同病情等级的患者规定了明确的巡视时间：最高等级的特级监护患者要随时巡视，观察状况，一级护理患者要每小时巡视一次，二级护理患者要求每两小时巡视一次，三级护理患者要求每三小时巡视一次。但是在实际操作中，这种巡视存在一些问题，造成监护人员不能及时的预防老年人跌倒，这些问题包括：一是巡视的人员少，时间短，并非实时陪伴，阻止下床跌倒的概率不高；二是监护人员巡视时，难免打扰到老人休息，这对于本就难以入睡的老人来讲，更是不能忽视的问题，造成了老人对巡视的抵触。而最后一种方式是，在床边安装按钮，老人想起床时，按下按钮，这时便会有监护人员来搀扶老人起床，但多数老年人记忆力并不好，要他/她记住并习惯这种方式，本身也有些为难。

现有技术中，比如申请号cn201610698291.5，基于物联网的老人看护系统，该发明提供一种基于物联网的老人看护系统，包括环境监控单元、视频监控单元监控平台和数据库，环境监控单元通过传感器组实时采集居住环境数据，并通过自组织的无线网络发送给监控平台；视频监控单元通过数字摄像头采集监控视频，并发送监控视频给监控平台；监控平台对居住环境进行实时监控；对监控视频中的运动目标进行识别，在视频监测到运动目标处于摔倒状态时，同时分析智能手环采集的生命体征信息是否发生突变，如发生突变，则确认老人确实处于摔倒状态。在另外一份申请号cn201220138112.x，一种用于医院病房及养老机构老人房烦人求助报警系统，该发明涉及一种用于医院病房及养老机构老人房的求助报警系统，其包括若干按钮组、若干控制器、若干警示灯、若干楼层监控台、若干网络分配器、一总台以及一服务器；其中，所述每组按钮组以及一警示灯分别连接至一控制器上；每一控制器连接至一楼层监控台上；每一楼层监控台连接至一网络分配器上；所述若干网络分配器并联连接至所述总台；所述总台与服务器连接。

但是，上述现有技术明显存在如下几点问题和不足：

1)将老人的生活起居暴露于摄像头之下，虽然能达到实时监护的目的，但是严重侵犯了老人的隐私权，给老人带来较大的心理压力，社会争议较大；

2)巡视人员少，且也并不是实时监护到，依然存在很大的隐患，使老人起床时因无人搀扶而发生跌倒；

3)使用按钮进行求助报警，需要培养老人养成下床按按钮的习惯，这对于老人，尤其是有过疾病史的老人来讲，有些为难之处。而且，求助按钮通常是设置在床头或者床的上方，老人需要撑起身体才能够到，这对老人来说又是一种考验，甚至还会因此而产生扭伤等危险。

因此，在本技术领域中，亟需提供一种新的监护系统。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于压力传感器的上下床监护系统和方法，以避免对需监护的人员进行长期监控、防止监护不到位等而对人员造成伤害等。

一种基于压力传感器的上下床监护系统，所述监护系统包括多个压力传感器、通信模块和处理器：

所述多个压力传感器，设于上下床时对应的压力敏感区、并根据压力敏感区的特性对应分布排列，用于实时检测压力敏感区的压力变化；

所述通信模块，用于将所述多个压力传感器检测到的压力变化发送给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述压力变化产生控制信号，以根据所述控制信号对上下床动作进行实时监护。

一种基于压力传感器的上下床监护方法，所述监护方法采用上述的监护系统，用于对老弱病残孕的用户进行上下床动作的实时监护。

本申请上述基于压力传感器的上下床监护系统和方法，通过将多个压力传感器设于上下床时对应的压力敏感区、并根据压力敏感区的特性对应分布排列，以利用多个压力传感器实时检测压力敏感区的压力变化，接着通过通信模块将所述多个压力传感器检测到的压力变化发送给处理器，最终利用处理器根据所述压力变化产生控制信号，以根据所述控制信号对上下床动作进行实时监护。通过此种方式，本申请避免将用户的生活起居暴露于摄像头之下，保护用户的隐私权，而且能够解决巡视人员少的缺陷，还能避免造成对用户的进一步伤害，本申请利用较低的成本实现对用户的最优监护。

附图说明

图1为一实施例中基于压力传感器的上下床监护系统的结构示意图，其中，显示了具体的设置位置并显示了其中包含具体数值的示例；

图2为图1实施例中压力传感器与床垫之间配合方式的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1为一实施例中基于压力传感器的上下床监护系统的结构示意图，其中，显示了具体的设置位置并显示了其中包含具体数值的示例。

如图1所示，本申请提供一种上下床监护系统，所述监护系统包括多个压力传感器10、通信模块(图未示)和处理器11。

其中，所述多个压力传感器10可以设于上下床时对应的压力敏感区(图1中101所示矩形区域)、并根据压力敏感区101的特性对应分布排列，用于实时检测压力敏感区101的压力变化。

需要特别说明的是，压力敏感区及其特性，是针对用户平时在上下床的时候，压力变化最大、受力最多的区域，比如，由于用户下床姿势的不一致性，有些会在床中间坐起，再用双手撑住，挪移到床边，进行下床动作；有些会侧身移动到床边，再坐起，再进行下床动作；而有些则会平躺着挪移到床边，双脚先着地，再侧身站起，而无论是哪一种起床的动作情形，一般来说最大支力点都是在髋部与臀部处附近的位置，因此，本实施例根据这个特性而进行针对性的分布排列，以达到使用更少的压力传感器10、以最低的成本、获得准确的压力变化。

在本实施例中，所述通信模块可以用于将所述多个压力传感器10检测到的压力变化发送给所述处理器11。

接着，所述处理器11可以用于根据所述压力变化产生控制信号，以根据所述控制信号对上下床动作进行实时监护。

其中，本实施例的所述通信模块可以为蓝牙模块或串行外设接口spi。

优选地，所述监护系统还包括床垫，多个压力传感器10可以分布于距离所述床垫的床头0.8米～1.2米的所述压力敏感区内。其中，图1所示的床垫中，为床垫的俯视图，其中俯视图的上方为床头、下方为床尾，两侧为可供用户上下床垫的侧边，优选地，本实施例的床垫采用比较通用的比例尺寸，即长度为2m(米)、宽度为1m，高度可以为10cm(厘米)。不难理解的是，本实施例的上述多个压力传感器10、通信模块和处理器11均可以直接设置于床垫上。

在图1所示实施例中，所述多个压力传感器10中的至少两个分布于距离所述床垫的床头0.5米～0.6米的辅助压力敏感区(压力敏感区101靠近床头的部分)内。其中，在侧边0.5米～0.6米的该辅助压力敏感区，主要是针对用户的肩膀和腰部平行的部位，由于受力较轻，且变化幅度不大，因此各布置一个，作为辅助压力变化信号的采集。

需要说明的是，所述监护系统还包括存储器(图未示)，所述处理器11还用于采用机器学习的方式提取压力变化的压力参数，对上下床动作进行循环学习，将反馈结果的样本存为特征库；所述存储器，用于存储与上下床动作对应的所述特征库。

具体而言，所述处理器11还用于对所述压力参数的数据信号进行预处理、并进行特征提取和数据清洗，将提取和清洗后的数据投射到二维平面后使用k近邻算法进行分类决策，并分析其与特征库中的样本距离，根据分类结果和距离将新旧样本中匹配度最低的样本剔除，以更新所述特征库。

需要特别说明的是，所述处理器11具体可以包括依序连接的滤波模块、放大模块、ad转换模块和数据处理模块，用于对所述多个压力传感器10检测到的所述压力变化中的压力参数进行滤波、放大、模数转换以及数据预处理。

其中，所述处理器11可以为stm32单片机(stm32为嵌入式应用内核)，所述监护系统还包括报警模块，所述stm32单片机将所述控制信号通过iic通讯方式发送给所述报警模块以进行实时监护。通过这种方式，可以获得更高性能、而低成本和低功耗。在本实施例中，报警模块可以为监控中心的报警灯、蜂鸣器等等。

请结合图2所示，所述床垫包括用于与用户接触的上盖毯12，所述多个压力传感器10分别贴设于所述上盖毯的下表面，所述多个压力传感器10采用柔性材质制得。

下面结合具体的实例对本申请进行描述，如图1所示。

本实例设计一种可嵌入柔性压力传感器10的床垫，每长边各嵌入十个压力传感器10，并且在长边的0.8m至1.2m处，由于作为主要受力区(压力敏感区101)，每隔10cm布置一个压力传感器10，且分成两排，每排四个。而在长边与肩膀和腰部平行的部位，由于受力较轻(辅助压力敏感区)，且变化幅度不大，每边可在50cm和60cm处各布置一个。

其中，本实施例可以由压力传感器10、滤波模块、放大模块可和蓝牙模块等构成检测模块，并在检测模块四周缝上绝缘材质，最后与床垫上盖毯12缝合，如图2所示。

其中，每一长边的八个压力传感器信号，可以以蓝牙方式输入中央处理芯片(即处理器，cpu)。

此外，本实例的中央处理芯片采用机器学习的方法，提取压力参数，对用户上下床的动作进行不断学习，将反馈的结果不断更新输入到特征库中，再利用该特征库不断优化上下床模式的识别，达到更加精准的判断效果。

不难看出，本实施例与以往的监护方式相比，使用该床垫不需要侵犯到用户的隐私，也不会打扰到用户休息，更不需要改变用户的习惯。其次，方案可行性高，本申请的设备采用的是嵌入床垫里的压力传感器10，不会造成老人任何的不舒适感，还与滤波模块、放大模块、判断及报警模块等相结合，能及时的向比如监控中心反映用户的上下床活动。此外，本申请利用了机器学习的方法，其判断力不断的优化，使用时间越长性能越优。需要说明的是，本实施例系统成本低，易推广，而且只需要在床垫长边边缘嵌入压力传感器等检测模块，具有经济优势。

本申请还提供一种基于压力传感器的上下床监护方法，所述监护方法可以采用上述实施例任一所述的监护系统，具体而言，本实施例的上下床监护方法用可以于对老弱病残孕的用户进行上下床动作的实时监护。

其中，本实施例的上下床监护方法整体方法流程可以包括：压力传感器检测压力变化，接着通过滤波和放大处理，然后对处理后的压力参数进行特征提取，从而进行模式识别，此时可以输出结果并同时反馈更新特征库。

总而言之，本申请可以针对行动不便的老人在下床时容易跌倒的情况而设计，该方法在床垫两侧边缘嵌入了压力传感器，在老人下床时，会将压力信号的变化转换为电信号的变化，再利用机器学习的方法，实现老人下床动作被精准监测的目的。同时，该床垫的压力传感器嵌入方式方便易操作，成本很低，十分有利于推广与应用。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述系统对应的方法，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。