一种基于物联网技术的智能医疗健康安全监护系统的制作方法

本发明涉及一种智能医疗监护系统，尤其涉及一种基于物联网技术的智能医疗健康安全监护系统，属于医疗检测技术领域。

背景技术：

目前，中国老年人口达2.1亿，儿童人口达2.2亿，由于生活和经济压力大，很多子女或家长都忙于工作，而无暇照顾父母或小孩，传统的解决方案是采用人工监视方式或是有线监视方式，然而人工监视方式的实时性和可靠性差，更需要消耗大量的人力和财力资源；有线监视方式在被监护者身上安装传感监控设备，该设备体积较大，功耗大导致被监护者难以自由灵活地移动，并且此种方式的布线难、成本高且系统扩展性差。因此，如何实现低成本、科学合理地从日常运动状态、生理健康状态来监护老人、儿童，成为了人们关注的热点。

随着物联网技术的不断发展和普及，其给医疗设备技术领域带来了深远的影响。多种多样的无线通信技术也为有线网络提供了灵活有效的延伸，利用手机终端或PC机或掌上电脑的终端通过无线网络可随时随地进行数据接收，不仅实效性好，且操作方便快捷。医疗物联网是未来智慧医疗的核心，医疗物联网的实质是将各种信息传感设备与物联网结合起来而形成的一个巨大网络，进而实现资源的智能化、信息共享与互联。

因此，将物联网技术引入到医疗监护系统中，通过系统设置的医疗监护器内相关的信息传感设备监测人体对地面所受压力变化和人体所处气压变化来监测人体所处运动状态或运动轨迹，以及配合监测人体其他生理健康指标参数来实现对使用者的安全及健康状态监护，同时通过系统中的监护终端对监护数据进行处理并展现，最终实现对使用者人体的24小时全天候智能健康监护。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于物联网技术的智能医疗健康安全监护系统，该监护系统包括监护器和无线监护终端两部分，一方面通过在该监护器中设置的信息传感设备来对使用者的日常运动状态(包括运动轨迹)和生理健康状态实现精确检测并向位于远端的无线监护终端无线远程发送监护数据；另一方面利用无线监护终端对监护数据进行计算处理和直观展现，监护人或使用者可随时随地通过无线监护终端来实时掌握使用者的运动状态跟轨迹以及身体健康指标，最终实现对使用者的全天候智能健康安全监护。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种基于物联网技术的智能医疗健康安全监护系统，包括监护器和无线监护终端，所述监护器包括壳体以及设置在壳体内部的感应 器、信息传输器和电源，所述感应器和信息传输器均与电源相连，所述感应器包括重力感应器和气压感应器，所述信息传输器包括数据采集模块、微控制器和无线发送模块，所述重力感应器和气压感应器均与数据采集模块的输入端相连，数据采集模块的输出端连接微控制器的数据采集端，微控制器的数据输出端连接无线发送模块；所述无线监护终端包括无线收发器和监护数据处理系统，所述无线发送模块与无线收发器通过无线网络进行数据传输。

作为本发明的一种改进，所述感应器包括温湿度传感器、血压传感器、血氧传感器和光电脉搏传感器中的任一种传感器或一种传感器与其他一种及以上传感器的组合，所述温湿度传感器、血压传感器、血氧传感器和光电脉搏传感器均与数据采集模块的输入端相连。

作为本发明的一种改进，所述信息传输器包括GPS模块，所述GPS模块与微控制器相连，该GPS模块用于对监护器使用者进行定位监测。

作为本发明的一种改进，所述无线传输模块采用GSM模块、GPRS模块、蓝牙模块和ZigBee模块中的任意一种。

作为本发明的一种改进，所述电源采用可充电电池、可拆换微型电池、可人体热能发电的温差电池中的任一种或以上组合。

作为本发明的一种改进，所述电源采用可充电电池，具体包括具有充电管理功能的充电芯片和锂电池模组，所述锂电池模组与充电芯片相连。

作为本发明的一种改进，所述壳体采用贴片式、鞋垫式、腕带式中的任一种外形结构。

作为本发明的一种改进，所述无线监护终端采用具有无线收发功能的手机、和/或PC机、和/或掌上电脑。

作为本发明的一种改进，所述监护数据处理系统包括：

参数设定模块，包括人体参数设定单元、时间参数获取单元、被监护人所处环境获取单元，所述人体参数设定单元用于设定被监护人的身高、体重、BMI指标等参数，时间参数获取单元用于从无线监护终端中获取包括年、月、日、时、分、秒的时间参数并与无线监护终端的时钟保持同步，所述被监护人所处环境获取单元用于获取预先收集存储的关于被监护人的日常生活习惯、生活家庭环境、周边环境及所处位置等的数据；该数据可根据被监护人的个人生活作息时间和习惯、所处海平面高度、所住楼层与地面高度等参数进行数据收集预储存。

监护数据采集模块，用于实时接收监护器所发送过来的至少包括压力和气压的监护数据，并将接收到的监护数据一方面直接传送给数据存储模块进行存储，另一方面还传送给监护数据拟合计算模块；

监护数据拟合计算模块，用于接收参数设定模块的设定参数以及监护数据采集模块接收 到的监护数据，将接收到的设定参数和监护数据进行拟合计算处理，并将监护结果一方面以图片和文字的形式输出至监护结果输出模块，另一方面以数据包的形式发送给数据存储模块进行存储；

数据存储模块，用于存储整个监护数据处理系统的参数和数据；

监护结果输出模块，用于将监护数据拟合计算模块生成的监护结果输出显示；

图片上传模块，用于上传被监护人的照片，并将照片存储至数据存储模块的同时也将照片发送给模拟影像仿真模块；

模拟影像仿真模块，用于接收图片上传模块发送来的照片和监护数据拟合计算模块发送来的监护结果数据包，并对照片和监护结果数据包进行模拟影像仿真处理生成用于展现被监护人的实时运动状态的人体模拟影像图(VR)，最后将人体模拟影像图传输给模拟影像输出模块；

模拟影像输出模块，用于接收并输出人体模拟影像图；

监护结果转发模块，用于从监护结果输出模块和模拟影像输出模块中获取监护结果和人体模拟影像图，并将获取的监护结果和人体模拟影像图处理成数据压缩包转发至接入的监护端。

异常状况告警模块，用于从监护结果输出模块中获取监护结果，对监护结果中存在的异常数据进行检测和告警提示，同时生成相应的解决方案信息并输出。

作为本发明的一种改进，所述监护数据处理系统的数据处理方法包括如下步骤：

(1)监护人在参数设定模块设定关于被监护人的信息，包括被监护人的人体参数以及被监护人所处的环境；

(2)监护数据采集模块与监护器进行配对连接，并实时接收监护器发送过来的监护数据；

(3)监护数据拟合计算模块根据拟合算法对监护数据及设定参数进行拟合计算处理生成监护结果数据，所述监护结果数据一方面转化为实时变化曲线图和文字的形式，另一方面形成数据包，并将实时变化曲线图和文字结合形式的监护结果发送给监护结果输出模块，而同时将数据包形式的监护结果发送给数据存储模块；

(4)监护结果输出模块接收到实时变化曲线图和文字结合形式的监护结果数据后将其进行输出显示；

(5)模拟影像仿真模块从数据存储模块中获取到数据包形式的监护结果数据后采用模拟影像仿真算法对其进行人体模拟影像仿真生成展现被监护人实时运动状态的人体模拟影像图；

(6)模拟影像输出模块接收并输出显示人体模拟影像图；

(7)监护结果转发模块获取实时变化曲线图和文字结合形式的监护结果数据以及人体模拟影像图并将两者采用数据压缩算法处理为数据压缩包，最后根据监护人的指令将数据压缩包转发至接入本监护数据处理系统的监护端(如电子邮箱、QQ、微信等)；

(8)异常状况告警模块获取实时变化曲线图和文字结合形式的监护结果数据，对接收到的数据中出现的异常数据波动进行检测并产生告警提示，同时针对所检测到的异常数据波动给出相应的解决方案信息，所述的解决方案信息随告警提示一起输出。

相对于现有技术，本发明的优点如下：系统中的监护器通过重力感应器检测人体在不同状态姿势下(如站、坐、蹲、躺等)所受的压力变化数据，以及通过气压感应器检测人体所处位置与海平面的相对高度，同时通过温湿度传感器、血压传感器、血氧传感器和光电脉搏传感器实时对人体的温度、皮肤表面湿度、血压、脉搏和血氧等生理健康指标检测。并将检测到的数据通过无线传输模块发送给具有无线接收功能的监护终端进行监护数据处理，通过压力变化数据和气压高度数据来相互佐证并校正拟合人体运动轨迹或所处状态，通过生理健康状况数据进行绘制健康曲线图来实时直观反映人体的身体健康状况，并可配备人体模拟(VR)影像图来对人体实现全天候监护，并对异常发出警报和提供解决方案信息，最终实现智能健康监护。本监护器可在不影响使用者正常生活的前提下进行检测其日常运动状态信息，大大确保了使用者的安全，而且也包括了人体的温度、脉搏、血压、心率、血氧等基本的生理健康信息，将这些信息无线远程传输到监护终端上进行存储和诊断处理，并可实现意外情况的报警提示功能，具有使用舒适度高、低功耗、实用智能、信息采集便捷准确等优点。监护终端上的监护数据处理系统可实时接收并处理监护器检测到的监护数据，并可通过实时变化曲线图和文字结合的形式以及人体模拟影像图的形式同时直观展现被监护人的运动轨迹、状态以及生理健康指标，此外，监护人还可通过在该系统中的监护结果转发模块中设置监护端，本系统会根据监护人的指令将监护结果数据以数据压缩包形式定时发送至指定的监护端，从而实现零距离的人体运动状态及生理健康监护。

附图说明

图1为本发明实施例的智能健康安全监护系统的结构示意图。

图2为本发明实施例监护数据处理系统的结构框图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

如图1，一种基于物联网技术的智能医疗健康安全监护系统，包括监护器和无线监护终端。使用日前成熟的传感器技术、无线通信技术以及微处理器技术实现实时精确监测，发送人体生理信号参数，让监护人或使用者实时通过无线传输方式至具有无线接收功能的无线监 护终端，供监护人及使用者实时掌握。所述监护器包括壳体以及设置在壳体内部的感应器、信息传输器和电源，所述感应器和信息传输器均与电源相连，所述感应器包括重力感应器和气压感应器，所述信息传输器包括数据采集模块、微控制器和无线发送模块，所述重力感应器和气压感应器均与数据采集模块的输入端相连，数据采集模块的输出端连接微控制器的数据采集端，微控制器的数据输出端连接无线发送模块；所述无线监护终端包括无线收发器和监护数据处理系统，所述无线发送模块与无线收发器通过无线网络进行数据传输。

另外，所述感应器还包括温湿度传感器、血压传感器、血氧传感器和光电脉搏传感器中的任一种及以上的组合，感应器中所设置的温湿度传感器、血压传感器、血氧传感器和光电脉搏传感器均与数据采集模块的输入端相连。

所述信息传输器还包括GPS模块，所述GPS模块与微控制器相连。通过设置的GPS模块来对监护器使用者进行实时定位监测，并将定位数据也传输给监护终端，从而在使用者发生异常状况时可及时实施精确救助。

其中，所述重力感应器和气压感应器可采用MS5637超小型集成数字气压传感器，它采用QFN封装，体积小，包含有高线性度的压力传感元件和超级低功耗的24位ΔΣADC，内置工厂校准系数，提供高精度的24位压力和温度数字输出，其海平面处高度分辨率为13cm，是基于先进的MEMS技术，信号稳定性及实时性非常好。

所述微控制器上设有时钟电路和存储器，利用时钟电路为整个监护器提供时间信息，而利用存储器实现对检测数据的临时存储。

所述的血压传感器采用PVDF压电膜，具有体积小、灵敏度高及结构简单、易于安装等特点，其与人体表面机械阻抗匹配性良好，使用时是通过其表面的形变来测得压力的大小及其变化情况来反映人体的血压和心率参数。

所述感应器内集成的各感应器和传感器对人体的运动和生理状态信息进行实时采集，信息传输器对所采集的感应信息进行信号放大滤波等处理后实时传输至监护终端，监护终端通过监护数据处理系统对各项监测指标进行绘制健康曲线图，并通过配备人体模拟运动影像，实现对人体24小时全天候监护，并对异常发出警报和提供处理方案信息，最终实现智能健康监护。

进一步的，所述无线传输模块采用GSM模块、GPRS模块、蓝牙模块和ZigBee模块中的任意一种。优选的是，该无线传输模块采用GSM模块，属于移动通讯互联网装置，可便于实现无线远程监控。

更进一步的，所述电源采用可充电电池、可拆换微型电池、可人体热能发电的温差电池中的任一种或两种及以上的组合。优选的是，所述电源采用可充电电池进行供电，该可充电电 池包括具有充电管理功能的充电芯片和锂电池模组，所述锂电池模组与充电芯片相连。其中锂电池模组的规格是额定电压1.2V、容量为2300mAh，利用该可充电电池的电源具有体积小、重量轻、寿命长等优势，在充满电后，无外接电的情况下，连续供电的时长不低于24小时。

更进一步的，所述壳体采用贴片式、鞋垫式、腕带式中的任一种外形结构。优选的是，所述壳体采用贴片式或鞋垫式的外形结构，其外观尺寸设计在20～50mm×20～100mm×1～5mm(长×宽×高)。使用时放置在人体脚底或鞋内，可以使得重力感应器采集人体不同状态姿势(如站、躺、蹲、坐等)时的重力(压力)变化。采用腕带式的外形结构可通过气压感应器来检测高度变化来判断并反映人体的不同状态姿势。

一种与上述智能健康监护器相配合使用的无线监护终端，该无线监护终端为具有无线接收功能的手机、和/或PC机(如计算机)、和/或掌上电脑(如IPad)。该无线监控终端上设有监护数据处理系统，监护数据处理系统接收到监护器传输过来的监护数据后，对数据进行计算处理并绘制健康曲线图输出，或者通过配备人体模拟运动影像以虚拟视频图像(VR)的形式输出，同时对所监测到的人体运动状态数据或生理健康数据发生剧变状况发出警报提示并给出处理建议提示信息，最终实现24小时全天候的智能健康监护功能。此外，所述监护数据处理系统还可以绑定电子邮箱、QQ聊天工具、微信等监护端以及打印机端口，从而能将监控处理结果定时发送至用户绑定的电子邮箱、聊天工具上。

具体的，如图2所示，所述监护数据处理系统包括：

参数设定模块，包括人体参数设定单元、时间参数获取单元、被监护人所处环境获取单元，所述人体参数设定单元用于设定被监护人的身高、体重、BMI指标等参数，时间参数获取单元用于从无线监护终端中获取包括年、月、日、时、分、秒的时间参数并与无线监护终端的时钟保持同步，所述被监护人所处环境获取单元用于获取或设定预先收集存储的关于被监护人的日常生活习惯、生活家庭环境、周边环境及所处位置等的数据。该数据可根据被监护人的个人生活作息时间和习惯、所处海平面高度、所住楼层与地面高度等参数进行数据收集预储存。如被监护人为一位老年人，则将该位老人在一天中的包括早上起床、洗漱、早餐、休息、午餐、午休等日常生活作息收集到的数据以及其所居住小区所处的海平面高度、所住楼层与地面高度或每层楼高度等生活家庭环境数据，再以及小区周围公园海平面高度、阶梯高度等周边环境及位置数据进行预先收集存储，并将这些数据上传至参数设定模块中，供与监护器所测定的数据进行对比拟合。

监护数据采集模块，用于实时接收监护器所发送过来的包括压力和气压的监护数据，除了压力与气压这两个参数之外，所述监护器还检测并向该模块传送如血压、心跳、脉搏、血氧、体温、皮肤水分等生理健康检测指标，并将接收到的这些监护数据一方面直接传送给数 据存储模块进行存储，另一方面还传送给监护数据拟合计算模块。

监护数据拟合计算模块，用于接收参数设定模块的设定参数以及监护数据采集模块接收到的监护数据，将接收到的设定参数和监护数据进行拟合计算处理，并将监护结果一方面以图片和文字的形式输出至监护结果输出模块，另一方面以数据包的形式发送给数据存储模块进行存储。

数据存储模块，用于存储整个监护数据处理系统的参数和数据。

监护结果输出模块，用于将监护数据拟合计算模块生成的监护结果输出显示。

图片上传模块，用于上传被监护人的照片，并将照片存储至数据存储模块的同时也将照片发送给模拟影像仿真模块。为了保证系统具有较高的处理实时性，该模块所接受的上传图片的格式为JPG或BMP，所接受的上传图片的大小在1M以内。

模拟影像仿真模块，用于获取图片上传模块发送来的照片和数据存储模的监护结果数据包，并对照片(图片)和监护结果数据包进行模拟影像仿真处理生成用于展现被监护人的实时运动状态的人体模拟影像图(VR)，最后将人体模拟影像图传输给模拟影像输出模块。

模拟影像输出模块，用于接收并输出人体模拟影像图，从而能够更加直观的展现被监护人的运动状态或轨迹。

监护结果转发模块，用于从监护结果输出模块和模拟影像输出模块中获取监护结果和人体模拟影像图，并将获取的监护结果和人体模拟影像图处理成数据压缩包转发至接入的监护端。通过在系统中增加该模块，监护人可以在无法进入该系统的情况下，通过该模块中接入的监护端来随时随地接收监护结果数据，从而实现对被监护人的零距离监护。

异常状况告警模块，用于从监护结果输出模块中获取监护结果，对监护结果中存在的异常数据进行检测和告警提示，同时生成相应的解决方案信息并输出。该模块可对监护结果中的异常数据进行检测，从而反映被监护人的异常状态(如摔倒)，对异常状态进行报警提示，同时输出被监护人的定位信息以及相应的建议性的解决方案信息。

上述监护数据处理系统的数据处理方法包括如下步骤：

(1)监护人在参数设定模块设定关于被监护人的信息，包括被监护人的人体参数以及被监护人所处的环境；其中的人体参数包括身高、体重、BMI指标，所处环境包括经纬、湿度、温度等。

(2)监护数据采集模块与监护器进行配对连接，可以是远程的GSM及GPRS移动通信网络，也可以是近距离的蓝牙和ZigBee无线数据传输网络，并实时接收监护器发送过来的监护数据；监护数据包括压力、气压、血压、心跳、脉搏、血氧、体温、皮肤水分等。其中，压力数据是通过监护器检测被监护人身体处于不同状态如站、坐、蹲、躺、跌等对地面产生的 压力变化参数；气压数据是通过监护器检测被监护人日常所处海平面气压预先测定值为预设参照值，再结合监护器固定佩戴在被监护人身体的高度以及被监护人处于不同运动状态时监护器所检测到的气压变化参数，从而可根据气压变化与高度间的关系计算出人体所处位置的高度变化。

(3)监护数据拟合计算模块根据拟合算法对监护数据及设定参数进行拟合计算处理生成监护结果数据，所述监护结果数据一方面转化为实时变化曲线图和文字的形式，另一方面形成数据包，并将实时变化曲线图和文字结合形式的监护结果发送给监护结果输出模块，而同时将数据包形式的监护结果发送给模拟影像仿真模块。该模块通过监护数据中的压力和气压参数结合在参数设定模块中获取或设定的被监护人的日常生活习惯(如具有规律性的日常生活状态时间表，在表中将一天24小时分为多个时间阶段，并给出每个时间阶段的运动状态。例如下表1所示出的日常生活状态时间及压力变化表)、生活家庭环境、周边环境(环境包括大气压、温度、湿度等)及所处位置进行云数据处理，从而双重拟合出被监护人运动轨迹和所处位置的曲线图，起到运动状态的监护作用。

表1被监护人的日常生活状态时间及压力变化表

说明，上述表格中被监护人每起步一下以1.2秒钟(即0.016分钟)、人体重量为80Kg、坐时压力为10kg刷牙用水及用品重量为0.2Kg以及饭量重量为0.8Kg进行计量。

(4)监护结果输出模块接收到实时变化曲线图和文字结合形式的监护结果数据后将其进行输出显示；曲线图包括有运动状态与时间的实时曲线图、运动轨迹与时间的实时曲线图、所处位置与时间的实时曲线图以及生理健康指标与时间的实时曲线图，文字包括曲线图中对运动状态、运动轨迹、所处位置以及生理健康指标等的文字标注说明。时间实行24小时制。

(5)模拟影像仿真模块接收到数据包形式的监护结果数据后采用模拟影像仿真算法对其进行人体模拟影像仿真生成展现被监护人实时运动状态的人体模拟影像图；通过该模块可将抽象的监护结果数据进一步动态形象化的模拟并输出展现给监护人，从而让监护人更加直观的监视被监护人的所有活动。

(6)模拟影像输出模块接收并输出显示人体模拟影像图。

(7)监护结果转发模块获取实时变化曲线图和文字结合形式的监护结果数据以及人体模拟影像图并将两者采用数据压缩算法处理为数据压缩包，最后根据监护人的指令将数据压缩包转发至接入本监护数据处理系统的监护端(如电子邮箱、QQ、微信等)。

(8)异常状况告警模块获取实时变化曲线图和文字结合形式的监护结果数据，对接收到的数据中出现的异常数据波动进行检测并产生告警提示，同时针对所检测到的异常数据波动给出相应的解决方案信息，所述的解决方案信息随告警提示一起输出。例如，被监护人午休起床时压力从10Kg正常一直维持2分钟左右，之后原本正常应该变为80Kg并维持一段时间，但出现压力突然变为10Kg仅维持1分钟不到，随后又出现压力0Kg或超过10Kg但又不到正常体重80Kg，这时根据生活作息习惯数据，可推测是否因起床时被监护人的血压突然上升导致晕倒，此时应报警给监护人，监护人通过电话或其他方式及时确认。再如一个被监护老年人在上午10点左右去上街购物，在正常行走时，压力应该有节奏地从80Kg变为0，然后又从0变为80Kg这样交替变化，但突然出现一下为0后保持不变，参照日常生活习惯与作息数据，此时应该报警至监护人，监护人通过电话或其他方式进行及时确认。

利用本发明所提出的智能医疗健康安全监护系统可实现对老年人或小孩进行不受时间、地点限制的全天候随时随地的智能健康及状态监护，并且不采用摄像设备，仅采用监护器及监护终端即可实现低成本精准地监护家人。此外，通过监护器中设定的生理健康传感器来进一步监控被监护人的生理健康指标，包括血压、心跳、脉搏、血氧、体温、皮肤水分等组合起到健康监护作用。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。