一种离床检测报警装置的制作方法

本发明属于传感器检测领域，更具体地，涉及一种离床检测报警装置。

背景技术：

随着老龄人口数量的急速增加，社会对医疗康复及监测设备的需求持续增长。我国目前正处于老龄化社会，在未来半个世纪内，我国老龄人口占比将从10％增长至22％。由于年轻劳动力需要将大部分时间和精力集中在工作上，老年人常独自留守在家，缺少必要的监护和照顾。将老人送进养老院集中照顾已逐渐成为我国社会的主要趋势。采用视频图像来对老人的活动状况进行监控是养老院的传统做法，有助于护理人员对紧急情况及时进行处理但视频监控的效果不佳，且监控范围极其有限，一旦老人发生危险情况而又处于视频监控的范围之外，将导致救护处理不及时，影响老人的身体健康。

独自居住在养老院的老人大部分时间在床上度过，据数据统计，老人室内80％的跌倒情况发生在床的附近，尤其容易发生在离床过程中，针对这一情况，离床检测及报警的装置技术不断完善。在目前的研究中，能够检测人体物理状态的传感器被广泛地应用于监控系统中，包括红外传感器、压力传感器和超声波传感器等。无线传感器网络、个人和自组织网络、射频识别技术以及zigbee网络技术被大量用于构建本地网络，以实现在各单个传感器节点间传递传感信息和控制命令。如何在简化传感器网络的同时，增加传感器可监测到的人体物理状态，是监测系统的研究方向。

由此可见，现有技术存在监控范围极其有限，应对坠床等紧急情况的及时处理能力不足的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种离床检测报警装置，其目的在于提供一种安全可靠、可监测范围广且便于安装的离床检测报警装置，由此解决现有技术存在监控范围极其有限，应对坠床等紧急情况的及时处理能力不足的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种离床检测报警装置，包括：控制模块、采集信息单元、主节点、网络节点，

采集信息单元包括：第一红外节点单元、第二红外节点单元、第一压力节点单元和第二压力节点单元，

采集信息单元用于采集各节点的触发状态，输入主节点，

主节点通过各节点的触发状态，得到待检测人员的状态，

网络节点用于将待检测人员的状态发送至控制模块，

控制模块用于对待检测人员的状态进行监控。

进一步的，采集信息单元和主节点通过有线连接，主节点和控制模块通过网络节点连接，这样的连接方式在保证传输信息质量的同时，结构最简单。

进一步的，第一红外节点单元和第二红外节点单元的结构相同，第一红外节点单元包括：第一红外单片机、与第一红外单片机连接的第一红外测距传感器，当有物体挡在第一红外测距传感器的探头前时，第一红外单片机的输出口输出模拟电压值，模拟电压值的大于第一预设值时第一红外节点单元被触发。

进一步的，第一预设值为实际使用中根据不同使用人员设定的值。

进一步的，第一压力节点单元和第二压力节点单元的结构相同，第一压力节点单元包括：第一压力单片机、与第一压力单片机连接的第一压力传感器和第一压力垫，当有压力作用于第一压力垫上时，第一压力单片机的输出口输出模拟电压值，模拟电压值的大于第二预设值时第一压力节点单元被触发。

进一步的，第二预设值为实际使用中根据不同使用人员设定的值。

进一步的，主节点包括：主节点单片机、传输模块、移动电源模块，传输模块用于将主节点信息发送至网络节点。

进一步的，第一红外节点单元安装在床头中间，第二红外节点单元安装在床头边缘与第一红外节点单元同一高度，第一压力节点单元和第二压力节点单元安装在床位上下床一侧的地面，网络节点和主节点安装在床位的上下床一侧的侧面。

进一步的，装置工作时利用采集信息单元的触发状态，检测到的被检测人员的状态包括：躺卧、坐起、坐在床边、站立、疑似坠床、坠床和离床。

进一步的，装置工作时，包括：

(1)被检测人员的当前状态为躺卧，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果第一红外节点单元触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元未触发，则下一状态为坐起；如果第一红外节点单元未触发，第二红外节点单元触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元未触发，则下一状态为疑似坠床；如果第一红外节点单元和第二红外节点单元未触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元触发，则下一状态为坠床；

(2)被检测人员的当前状态为坐起，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果第一红外节点单元未触发，第二红外节点单元触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元有任意一个触发，则下一状态为坐在床边；若第一红外节点单元未触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元未触发，则下一状态为躺卧；

(3)被检测人员的当前状态为坐在床边，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果第一红外节点单元和第二红外节点单元未触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元有任意一个触发，则下一状态为站立；如果第一红外节点单元触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元未触发，则下一状态为坐起；

(4)被检测人员的当前状态为站立，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果采集信息单元未触发，则下一状态为离床；如果第一红外节点单元和第二红外节点单元未触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元触发，则下一状态为坠床；如果第二红外节点单元触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元有任意一个触发，则下一状态为坐在床边；

(5)被检测人员的当前状态为疑似坠床，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果采集信息单元未触发，则下一状态为躺卧；如果第一红外节点单元触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元未触发，则下一状态为坐起；如果第一红外节点单元和第二红外节点单元未触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元触发，则下一状态为坠床；

(6)被检测人员的当前状态为坠床，主节点向网络节点发送报警信息，提醒控制模块实施紧急处理，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果采集信息单元未触发，则下一状态为离床；

(7)被检测人员的当前状态为离床，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果第一红外节点单元和第二红外节点单元未触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元有任意一个触发，则下一状态为站立。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有下列优点：

(1)本发明装置，通过采集信息单元的触发状态，利用主节点判断被检测人员状态。本发明可应用于一个房间的离床监控，也可以应用于多个房间的离床监控，本发明能有助于养老院、医院等实时监控病房中人员的离床情况，提高应对坠床等紧急情况的及时处理能力，具有易于安装、可靠安全、价格低廉等优点。

(2)本发明采集信息单元包括4和节点单元，提高了识别准确度，增加了网络节点和控制模块的需求，可以及时为突发意外的老人提供帮助。

(3)优选的，本发明工作时检测的离床/回床过程特征动作状态是待检测人员在离床/回床过程中出现的若干个典型动作状态，可通过节点单元组合工作检测，提取这些特征动作状态有助于判断待检测人员的当前的身体状态，有效提高了检测效率和准确度。

附图说明

图1是一种离床检测报警装置的结构示意图；

图2是一种离床检测报警装置的平面示意图；

图3是一种离床检测报警装置的安装示意图；

图4是本发明实施例中第一红外节点单元的结构示意图；

图5是本发明实施例中第一红外节点单元外壳的结构示意图；

图6是本发明实施例中第一压力节点单元的结构示意图；

图7是本发明实施例中主节点的结构示意图；

图8是本发明实施例中主节点外壳的结构示意图；

图9(a)是本发明实施例中离床/回床过程躺卧状态示意图；

图9(b)是本发明实施例中离床/回床过程坐起状态示意图；

图9(c)是本发明实施例中离床/回床过程坐在床边状态示意图；

图9(d)是本发明实施例中离床/回床过程站立状态示意图；

图9(e)是本发明实施例中离床/回床过程离床状态示意图；

图9(f)是本发明实施例中离床/回床过程坠床状态示意图；

图10是一种离床检测报警方法的流程图；

图11是本发明实施例中各节点之间通信流程示意图；

图12是本发明实施例中主节点与zigbee网络节点通信及报警流程示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

r1是第一红外节点单元，r2是第二红外节点单元，p1是第一压力节点单元，p2是第二压力节点单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种离床检测报警装置包括：控制模块、采集信息单元、主节点、网络节点，采集信息单元包括：第一红外节点单元、第二红外节点单元、第一压力节点单元和第二压力节点单元，采集信息单元用于采集各节点的触发状态，输入主节点，主节点通过各节点的触发状态，得到待检测人员的状态，网络节点用于将待检测人员的状态发送至控制模块，控制模块用于对待检测人员的状态进行监控。

优选的，如图2所示，一种离床检测报警装置包括：用于检测人员离床状态的采集信息单元，采集信息单元包括：第一红外节点单元1、第二红外节点单元2、第一压力节点单元3和第二压力节点单元4，用于接收信息并上传zigbee网络节点的主节点5，用于各节点与主节点之间通信和供电的rs485总线6，用于传送主节点信息至控制模块的zigbee网络节点7，以及床位8。

本发明节点数量有4个，提高了识别准确度，增加了zigbee网络节点和控制模块的需求，可以及时为突发意外的老人提供帮助。

如图3所示，一种离床检测报警装置在实际使用时，床位8的床头靠墙放置；第一红外节点单元1和第二红外节点单元2水平安装在床位8的床头上方合适高度，且第一红外节点单元1的水平位置处于床位8的中间，第二红外节点单元2的水平位置处于靠近床位8的床边处，使得人员离床或回床时触发两个红外节点产生时差；第一压力节点单元3和第二压力节点单元4水平安装在床位8上下床一侧的地面，且第一压力节点单元3和第二压力节点单元4的总长度与床位8长度大致相当，使得测量范围更广；主节点5安装在床位8的上下床一侧的侧面，便于与红外节点及压力节点连结，接收各个节点的触发信息；rs485总线6安装在床位8侧身，连接各个部件的总线接口，尽量隐蔽、紧凑安装，使整体外观简洁，zigbee网络节点7通过在主节点5连接相应部件将主节点5接收的触发信息传送至控制模块。

第一红外节点单元和第二红外节点单元的结构相同，如图4所示，第一红外节点单元包括：第一红外单片机9，与第一红外单片机9连接的第一红外测距传感器10，第一红外节点单元rs485总线11和第一红外电源模块12，供电方式为主节点为全系统供电，简化了系统复杂度，节点外壳自行设计，整体紧凑美观，第一红外单片机9可以采用型号为stm8s103f3p6的单片机芯片，第一红外测距传感器10采用夏普gp2y0a02yk0f漫反射式红外测距传感器，当有物体挡在第一红外测距传感器10的探头前时，第一红外单片机9的输出口输出的模拟电压值随之改变，根据模拟电压值的大小判断第一红外节点单元是否被触发，第一红外节点单元rs485总线11采用四线制全双工通信方式，其中逻辑信号采用差分信号传送，地信号与其他部件地信号连接，电源信号与其他部件电源信号连接，起到全系统同时供电作用，第一电源模块12使用asm1117稳压芯片电路。

如图5所示，第一红外节点单元外壳13采用t字形状，使用螺钉固定在墙面，不易脱落，整体结构紧凑美观，用于封装第一红外单片机及其所连接各个部件；其中第一红外节点单元外壳探头接口14用于引出第一红外测距传感器10的发射端探头和接收端探头，且能调整第一红外测距传感器的上下检测角度，实用性强，第一红外节点单元外壳总线接口15用于引出第一红外节点单元rs485总线11至rs485总线6，进行信息传输和电源供应。

第一压力节点单元和第二压力节点单元的结构相同，如图6所示，第一压力节点单元包括：第一压力单片机16，与第一压力单片机16连接的电阻式第一压力传感器17，第一压力节点单元rs485总线18和第一压力电源模块19，以及封装第一压力单片机16及其所连接各个部件的第一压力垫20；

在本发明实施例中，第一压力单片机16可以采用型号为stm8f10f3p6的单片机芯片，电阻式第一压力传感器17内嵌两层锡箔片，上下两层锡箔片之间填充均匀分布的圆通孔海绵，当有压力作用于压力垫上时，上下两层锡箔片通过圆通孔相接触，第一压力单片机16的输出口输出的模拟电压值随之改变，根据模拟电压值的大小判断压力节点是否被触发，第一压力节点单元rs485总线18采用四线制半双工通信方式，其中逻辑信号采用差分信号传送，地信号与其他模块地信号连接，电源信号与其他模块电源信号连接，起到全系统同时供电作用，第一压力电源模块19使用asm1117稳压芯片电路，第一压力垫20采用漆皮材料，通过针线缝制而成，具有柔软、防水、防滑的功能，且不易变形，容易清洁打理，其中第一压力垫rs485接口21用于引出第一压力节点单元rs485总线18至rs485总线6，进行信息传输和电源供应。

如图7所示，主节点包括：主节点单片机22，与主节点单片机22连接的主节点rs485总线23，zigbee模块24，移动电源模块25。

如图8所示，主节点外壳26用于封装主节点单片机22及其所连接各个部件。

在本发明实施例中，主节点单片机22可以采用型号为stm8f10f3p6的单片机芯片，且具有开关装置，可控制全系统的工作和停止，主节点rs485总线23采用四线制全双工通信方式，其中逻辑信号采用差分信号传送，地信号与其他模块地信号连接，电源信号与其他部件电源信号连接，起到全系统同时供电作用，主节点rs485总线23使用轮回询问的工作模式依次刷新第一红外节点单元1、第二红外节点单元2、第一压力节点单元3和第二压力节点单元4的触发状态信息，并发送汇总至主节点5，zigbee模块24采用cc2530芯片集成模块，用于将主节点5接收到的各传感器信息发送至zigbee网络节点7，便于控制模块监测，移动电源模块25体积较小，便于封装，容量为2600ma，为全系统供电，主节点外壳26使用螺钉固定在床位8的侧身，不易脱落，整体结构紧凑美观，且便于与其他模块连接rs485总线6，其中移动电源模块25横放封装，主节点外壳充电口27用于为移动电源模块25充电，主节点外壳总线接口28用于引出主节点rs485总线23至rs485总线6，进行信息传输和电源供应，主节点外壳开关口29用于引出主节点单片机22的开关，便于开关和初始化全系统，主节点外壳zigbee接口30用于引出zigbee模块24的天线，增强信号强度。

检测离床/回床过程特征动作状态包括：躺卧31，坐起32，坐在床边33，站立34，离床35，坠床36。各节点的单片机采集传感器的输出模拟电压，通过单片机输出判断第一红外节点单元、第二红外节点单元和第一压力节点单元、第二压力节点单元是否被触发。

在本发明实施例中，状态躺卧31为人员躺在床位8中央区域，如图9(a)所示，此时不会触发任何节点；如图9(b)所示，状态坐起32为人员坐在床位8中央区域，此时人员身体挡住第一红外节点单元1的前方，触发第一红外节点单元1；如图9(c)所示，状态33为人员坐在床位8上下床的一侧，此时人员身体挡住第二红外节点单元2的前方，脚踩在第一压力节点单元3或第二压力节点单元4上，触发第一红外节点单元2和第一压力节点单元3或第二压力节点单元4；如图9(d)所示，状态34为人员刚刚离开床位8且站立在床位8附近，此时人员脚踩在第一压力节点单元3或第二压力节点单元4上，触发第一压力节点单元3或第二压力节点单元4；如图9(e)所示，状态35为人员离开床位8且站在较远位置，此时不会触发任何节点；如图9(f)所示，状态坠床36为人员坠落至地面，此时人员身体压在第一压力节点单元3和第二压力节点单元4上，同时触发第一压力节点单元3和第二压力节点单元4。

离床/回床过程特征动作状态是人员在离床/回床过程中出现的若干个典型动作状态，可通过传感器节点组合工作检测，提取这些特征动作状态有助于判断人员的当前的身体状态，有效提高了检测效率和准确度。

如图10所示，一种离床检测报警方法利用了fsm算法，包括：

离床检测fsm算法以检测离床/回床过程特征动作状态为基础，以有限个状态及在这些状态之间的转移和动作等行为建立数学模型，根据实际情况列举所有特征动作状态可能发生的前后顺序，通过不同的前后顺序判断人员的实际身体状况。

在本发明实施例中，以状态向量[r1，r2，p1，p2]表示第一红外节点单元1、第二红外节点单元2、第一压力节点单元3和第二压力节点单元4的触发状态，其中，第一红外节点单元1、第二红外节点单元2具有如下状态：b状态表示触发，n状态表示未触发，x状态表示任意状态；第一压力节点单元3和第二压力节点单元4具有如下节点：p状态表示触发，n状态表示未触发，x状态表示任意状态；o状态表示全系统任意状态，||状态表示全系统或状态；具体算法包括下述步骤：

(1)被检测人员的当前状态为躺卧；如果第一红外节点单元触发，第二红外节点单元为任意状态，第一压力节点单元和第二压力节点单元未触发，进入步骤(2)；如果第一红外节点单元未触发，第二红外节点单元触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元未触发，进入步骤(5)；如果第一红外节点单元和第二红外节点单元未触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元触发，进入步骤(6)；

(2)被检测人员的当前状态为坐起，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果第一红外节点单元未触发，第二红外节点单元触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元有任意一个触发，进入步骤(3)；若第一红外节点单元未触发，第二红外节点单元为任意状态，第一压力节点单元和第二压力节点单元未触发，返回步骤(1)；

(3)被检测人员的当前状态为坐在床边，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果第一红外节点单元和第二红外节点单元未触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元有任意一个触发，进入步骤(4)；如果第一红外节点单元触发，第二红外节点单元为任意状态，第一压力节点单元和第二压力节点单元未触发，返回步骤(2)；

(4)被检测人员的当前状态为站立，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果采集信息单元未触发，进入步骤(7)；如果第一红外节点单元和第二红外节点单元未触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元触发，进入步骤(6)；如果第一红外节点单元为任意状态，第二红外节点单元触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元有任意一个触发，返回步骤(3)；

(5)此时判断被检测人员疑似坠床，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果采集信息单元未触发，返回步骤(1)；如果第一红外节点单元触发，第二红外节点单元为任意状态，第一压力节点单元和第二压力节点单元未触发，返回步骤(2)；如果第一红外节点单元和第二红外节点单元未触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元触发，进入步骤(6)；

(6)被检测人员的当前状态为坠床，主节点通过zigbee模块向zigbee网络节点发送报警信息，提醒控制模块实施紧急处理，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果采集信息单元未触发，进入步骤(7)；

(7)被检测人员的当前状态为离床，主节点继续获取采集信息单元的触发状态，如果第一红外节点单元和第二红外节点单元未触发，第一压力节点单元和第二压力节点单元有任意一个触发，返回步骤(4)。

更进一步地，所述的距离阈值范围是1m-1.5m，每次红外采集时间间隔是10ms。

为了更进一步说明本发明实施例中各传感器节点状态信息发送过程，现结合图11详细描述各传感器节点发送状态信息的实现流程如下：

(s1)系统初始化之后，红外节点rs485总线和压力节点rs485总线设置为接收状态，通过rs485总线接收主节点发送的询问状态信息的命令，如果接收到询问命令，进入步骤(s2)；如果未接收到询问命令，维持步骤(s1)；

(s2)红外节点rs485总线和压力节点rs485总线设置为发送状态，将第一红外节点单元、第二红外节点单元、第一压力节点单元和第二压力节点单元的触发状态通过rs485总线发送至主节点，发送信息完成后，返回步骤(s1)。

为了更进一步说明本发明实施例中主节点状态信息接收过程，以及zigbee网络节点的工作方式，现结合图12详细描述主节点接收各传感器节点状态信息及发送至zigbee网络节点的实现流程如下：

(t1)系统参数初始化之后，看门狗判断及状态恢复，设置主节点的主节点rs485总线设置为发送状态，向第一红外节点单元、第二红外节点单元、第一压力节点单元和第二压力节点单元依次发送询问状态信息的命令，发送完成后，主节点rs485总线设置为接收状态；如果各传感器节点接收到询问命令，进入步骤(t2)；如果传感器节点未接收到询问命令，进入步骤(t3)；

(t2)第一红外节点单元、第二红外节点单元、第一压力节点单元和第二压力节点单元更新节点状态，发送至主节点，并根据离床检测fsm算法判断人员当前状态，如果人员状态为坠床，进入步骤(t4)；如果人员状态不是坠床，返回步骤(t1)；

(t3)未接收到询问命令的传感器节点不会更新状态，主节点将该传感器节点进行标记和计数，如果标记和计数达到3次，将该信息发送至zigbee网络节点，通知控制模块进行处理；如果标记和计数未达到3次，返回步骤(t1)；

(t4)主节点将人员坠床的信息发送至zigbee网络节点，通知控制模块进行处理，处理完成后，返回步骤(t1)；

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。