一种基于无线通信技术的电刺激综合报警系统及方法与流程

本发明涉及智能看护技术领域，尤其涉及一种基于无线通信技术的电刺激综合报警系统及方法。

背景技术：

目前医院或是养老院等机构，对于需要看护的病人或是老人，一般是实行定点巡逻的方式进行检查，防止有意外发生。部分医院或是养老院，会在床头设置紧急求助按键，如有紧急需自行按下按键提醒看护者来进行处理。但是，对于一些行动不便的人，特别是一些老人，如不慎跌倒，无法自行爬起；或是由于某些特别情况，有需要帮助却没有办法移动到床头按下求助按键时，大概只能等看护者检查的时候才能进行求助。这样对于病人或是老人来说都是极为不利的，特别是在深夜的情况下，若是检查不及时还可能导致更严重的后果出现。目前市场上暂无非常有效的产品来应对此种情况。

传统的报警方式主要是音频或是振动，但是如果外界环境比较嘈杂，音频的方式就比较不容易注意到。并且，在一些需要静音的场合下，如会议室、医院、养老院等，为避免影响他人也不便使用音频报警；而振动报警，在看护者比较疲劳的情况下也比较难以注意到，有可能导致无法及时收到求助信息。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于无线通信技术的电刺激综合报警系统及方法,实现电脉冲理疗及静默式灵敏触感告警，有助力减轻看护者压力及提升服务效率。

本发明采用的技术方案是：

一种基于无线通信技术的电刺激综合报警系统，其包括服务器、被看护终端和看护终端，

服务器用于求助信息接收、发送定位请求以及报警数据处理与推送；

被看护终端用于发送求助信息，且被看护终端具备定位芯片以确定其位置信息；

看护终端具备定位芯片以确定其位置信息，看护终端用于与服务器进行通信、接收服务器发送过来的被看护终端的信息、发送看护终端反馈状态信息到服务器以及对看护者进行报警提醒。

进一步地，看护终端的报警提醒方式包括音频、振动以及电刺激。

进一步地，看护终端依据时间段的不同或者依照用户设定的使用场景的不同采用不同的报警提醒方式。

进一步地，看护终端针对不同报警提醒方式设定不同的作用时间段。

进一步地，看护终端在8至18点的白天时段采用振动及音频报警，在18至次日8点的夜晚时段采用电刺激报警。

进一步地，看护终端包括mcu模块以及与mcu模块连接并控制的无线通信模块、定位模块、晶振模块、电源模块、按键模块、音频模块、显示屏模块、振动模块及电刺激模块；其中，mcu模块为信息处理的大脑用于处理看护终端的各种信息；mcu模块功能包括发送特定频率的脉冲控制电刺激模块的启闭、侦测“确认接收”按键是否按下等。无线通信模块用于看护终端与服务器间的通信连接；定位模块用于获取看护终端的位置信息以定位；晶振模块为mcu模块提供时钟信号；电源模块为整个看护终端供电；按键模块用来更改看护终端的状态信息及设定报警方式；显示屏模块用于显示服务器传递过来的信息；音频模块及振动模块用于声音及振动的报警；电刺激模块用于电刺激报警。

进一步地，mcu模块采用单片机作为处理芯片。不失一般性，本发明采用esp32单片机作为mcu模块的处理芯片。

进一步地,电刺激模块具体包括电压转换模块、开关控制模块、变压器模块、电流调整及滤波模块和输出电极；电压转换模块与看护终端的电源模块连接，对电源模块电压进行放大，并提供给变压器模块的初级线圈；变压器模块接入mcu模块并获取控制信号以控制电刺激模块的电刺激输出的通断；变压器模块对输入电压进行放大并输出至电流调整及滤波模块；电流调整及滤波模块将输出电流调整至人体安全电流值并输出至输出电极；输出电极与人体接触进行电刺激报警提醒。

进一步地,看护终端包括多种成品样式，成品样式包括手环、脚环和智能服饰。

进一步地,本发明还公开了一种基于无线通信技术的电刺激综合报警方法，其包括以下步骤：

步骤1，用户通过被看护终端发出求助信息；

步骤2，服务器接收求助信息并请求获取被看护终端的定位信息；

步骤3，服务器将求助信息以及定位信息一同推送至看护终端；

步骤4，看护终端接收并显示服务器发送的信息，并查询当前看护终端报警提醒方式并依该报警提醒方式进行报警；

步骤5，判断看护者是否在预设时间内确认接收求助信息；是则，执行步骤6；否则，

步骤6，看护者获取被看护终端位置及时到现场处理求助信息并在完成后通过看护终端确认处理完成，

步骤7，服务器接收看护者的完成信息，进而请求获取被看护终端和看护终端的定位信息，

步骤8，服务器比较被看护终端和看护终端的定位信息是否一致；是则，完成当前求助处理；否则，执行步骤3以确保求助事件真实有效的完成。

进一步地,步骤3中服务器基于求助信息对应的被看护终端获取当前用户基本信息，进而推送求助信息、用户基本信息以及定位信息发送至看护终端。

进一步地，步骤3中服务器获取当前值班的看护终端，并向当前值班的看护终端推送求助信息、用户基本信息。

进一步地，步骤4中看护终端获取当前设备的系统时间，进而按照当前时间段的预设的报警提醒方式进行报警。

进一步地，步骤4中看护终端提供白天时段和夜晚时段的设定功能。

进一步地，步骤4中看护终端在8至18点的白天时段采用振动及音频报警，在18至次日8点的夜晚时段采用电刺激报警。

进一步地，步骤4中看护终端获取当前设备所设定的场所情景，进而按照当前场所情景的预设的报警提醒方式进行报警。

进一步地，看护终端在背景噪音大的场合、影响其他人的场合以及易疲劳场合设定为电刺激报警；否则，其他场合看护终端设定为音频及振动的混合报警。

进一步地，步骤4中采用电刺激的具体步骤为：

步骤4.1，mcu模块输出设定频率的脉冲波形到开关控制模控制变压器的导通与关断；

步骤4.2，电刺激模块生成电流通过电极作用到人体；

步骤4.3，等待看护者确认接收报警信息后电刺激模块停止电刺激。

进一步地，步骤4.1中mcu模块根据持续时间的不同而输出不同频率的脉冲波形，进而mcu模块采用渐进式的增强脉冲输出频率进行渐进式电刺激报警或者mcu单元采用满足电理疗的频率通过电刺激电路对人体进行电理疗。

本发明采用以上技术方案，一方面，可以使看护者及时的注意到被看护终端的求助信息，以便及时的处理相关事宜。并且，由于报警的方式可进行设定，因此适用于多种场合下的报警，如在会议室、医院、养老院等或是会影响其他人的场合、背景噪音比较大，难以通过音频等方式有效提醒的场合，以及容易疲劳的场合或时间段等；另一方面，通过服务器在最后的时刻对两者位置做比对，可确保求助事件真实有效的完成。除了静默式灵敏触感告警外，本发明所提的方案兼具电理疗的功能，有助于减轻看护者压力及提升服务效率。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明基于无线通信技术的电刺激综合报警系统整体电路框架图；

图2为本发明的看护终端、服务器、被看护终端的通讯简图；

图3为本发明的综合报警方法工作流程框图；

图4为本发明的电刺激报警的电路结构框图；

图5为本发明的不同频率脉冲输出控制开关的波形对比示意图；

图6为本发明的电刺激模块的电路原理示意图。。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

如图1至图6所示，本发明公开了一种基于无线通信技术的电刺激综合报警系统，其包括服务器、被看护终端和看护终端，

服务器用于求助信息接收、发送定位请求以及报警数据处理与推送；

被看护终端用于发送求助信息，且被看护终端具备定位芯片以确定其位置信息；

看护终端具备定位芯片以确定其位置信息，看护终端用于与服务器进行通信、接收服务器发送过来的被看护终端的信息、发送看护终端反馈状态信息到服务器以及看护者进行报警提醒。

进一步地，看护终端的报警提醒方式包括音频、振动以及电刺激。看护终端依据时间段的不同或者依照用户设定的使用场景的不同采用不同的报警提醒方式。看护终端针对不同报警提醒方式设定不同的作用时间段。看护终端在8至18点的白天时段采用振动及音频报警，在18至次日8点的夜晚时段采用电刺激报警。

具体地，看护终端的状态信息或报警方式的设定可通过按键模块实现，如定义两个按键，一个为“确认接收”按键，作为收到被看护终端求助信息的确认按键。另一个为“处理完毕”，作为事件处理完毕的确认按键。同时，为了防止误触，也可以对两个按键的状态进行设定，如“确认接收”按键需长按2s、“处理完毕”按键需在1s内连续轻触2次才认定为有效，否则无效；报警方式的设定也可通过按键来实现，在会议室、医院、养老院等或是会影响其他人的场合、背景噪音比较大，难以通过音频等方式有效提醒的场合，以及容易疲劳的场合或时间段可自行通过按键设定为电刺激报警，其他时候设定为音频与振动混合报警等。

进一步地，看护终端包括mcu模块以及与mcu模块连接并控制的无线通信模块、定位模块、晶振模块、电源模块、按键模块、音频模块、显示屏模块、振动模块及电刺激模块；其中，mcu模块为信息处理的大脑用于处理看护终端的各种信息；无线通信模块用于看护终端与服务器间的通信连接；定位模块用于获取看护终端的位置信息以定位；晶振模块为mcu模块提供时钟信号；电源模块为整个看护终端供电；按键模块用来更改看护终端的状态信息及设定报警方式；显示屏模块用于显示服务器传递过来的信息；音频模块及振动模块用于声音及振动的报警；电刺激模块用于电刺激报警。

需要说明的是，无线通信模块、定位模块、晶振模块、电源模块、按键模块、音频模块、显示屏模块、振动模块均选用现有成熟的技术方案来实现。例如本发明的无线通信技术，包含但不均限于使用wifi、5g、蓝牙等，均在保护范围之内；本发明的看护终端，包括但不局限于手环、脚环及智能服饰等，均在保护范围之内。定位模块可选用常用gps定位芯片或者北斗卫星定位芯片或者其他市面成熟的定位芯片，晶振模块采用市面成熟的晶振器，音频模块采用市面成熟的蜂鸣器、扬声器或者音乐播放器。

进一步地，mcu模块采用单片机作为处理芯片。不失一般性，本发明采用esp32单片机作为mcu模块的处理芯片。

进一步地,如图4所示，电刺激模块具体包括电压转换模块、开关控制模块、变压器模块、电流调整及滤波模块和输出电极；电压转换模块与看护终端的电源模块连接，对电源模块电压进行放大，并提供给变压器模块的初级线圈；变压器模块接入mcu模块并获取控制信号以控制电刺激模块的电刺激输出的通断；变压器模块对输入电压进行放大并输出至电流调整及滤波模块；电流调整及滤波模块将输出电流调整至人体安全电流值并输出至输出电极；输出电极与人体接触进行电刺激报警提醒。

具体地，电刺激模块的工作原理为：在接收到服务器通过无线通信技术发送过来的求助事件推送时，mcu输出一定频率的脉冲波形到开关控制模块，控制变压器的导通与关断；变压器次级线圈输出的电压电流在经过电流调整及滤波模块之后通过电极作用到人体。在确认收到求助信息之后，如按下一个指定的按键，电路将停止电刺激。

电刺激模块可以设定为以固定的频率输出电刺激，也可以根据持续时间的不同而输出不同频率的脉冲波形。要实现此变化，只需设定程序使mcu模块根据时间的变化输出不同的脉冲波形即可，如图5所示，波形①为以一定频率输出的脉冲波形，波形②则改变了输出的脉冲频率。两种波形得出的效果，波形②的刺激均会比①强烈。因此，若只在改变脉冲频率的条件下，可以进行分时段设置，如前20s以0.5hz的频率输出，20~60s以1hz的频率输出，在60s以上时以2hz的频率进行输出。

如图6所示为看护终端的电刺激模块的一种实例示意图，看护终端的mcu可采用esp32单片机，或其他功能相似的芯片；与服务器间的通信可通过单片机内部集成的无线通信模块（如有）实现，也可以在单片机外部增加无线通信模块；该电路中的定位模块采用的是esp32单片机中集成的蓝牙模块来实现，也可以在单片机外部增加定位模块，以实现相同的效果。该系统可采用锂电池或其他形式的电池进行供电，单片机等其他模块所需的电压由低压差线性稳压器（lowdropoutregulator，简称ldo）产生，此处采用的是ti公司的tlv70233，也可采用其他类似的芯片实现同等功能。变压器初级线圈所需的转换前的电压由升压斩波电路（boostconverter，简称boost）产生，此处选择的是ap3015，也可选用其他类似的芯片实现。boost默认状态可设定是工作的，也可通过单片机通用输入输出口（general-purposeinput/output，简称gpio）口进行控制，调整r1、r2可改变其输出电压，计算公式为v_i=fb*（1+r1/r2）。采用q1、q2两个三极管组成两级开关控制电路，兼具驱动放大的作用。当单片机gpio口输出的脉冲波电平为低时，q1截止，q2导通，boost输出的电压经变压器输出到后端的电流调整及滤波模块；当单片机gpio口输出的脉冲波为高时，q1导通，q2截止，变压器初级线圈无电压变化，次级线圈不产生输出电压。变压器采用的是atb3225，也可选用其他类似功能的变压器。假设变压器初级与次级线圈比为1:x，经过变压器产生的电压v_o=x*v_i。x的值应大于1，以实现升压的效果。d2的作用是防止变压器初级线圈击穿三极管q2，由于线圈为感性器件，三极管q2关断时变压器的电流将通过r8及d2流出。r9是可调电阻器，可用于调整输出电流的大小。当gpio输出的脉冲波频率不一样时，将产生不同的刺激效果。按键s1、s2按下时单片机gpio口识别到的电平为低，其余为高，以此作为按键是否按下的依据。

除了报警功能之外，该看护终端兼具电理疗的功能。使用时，可将看护终端的电刺激输出位置对准人体穴位，如合谷穴、劳宫穴等。同时对mcu设定合适的频率进行脉冲波形的输出，以驱动变压器输出适宜的电压及电流到人体穴位，从而实现电理疗的功能。该脉冲波形的频率可预先定义，使用时通过终端设备上的相关按键进行调用；也可以根据每个人的感官不同，在原先的频率上的基础上设定为可调整状态，如稍微增加脉冲频率，或稍微减少脉冲频率，以增强通用性。此外，由于电极前端预留了电流调整及滤波模块，使用时也可以根据自身需要，适当调整电位器的阻值大小，以改变输出电流的大小，从而更好的实现电理疗的效果。

进一步地，如图3所示，本发明还公开了一种基于无线通信技术的电刺激综合报警方法，其包括以下步骤：

步骤1，用户通过被看护终端发出求助信息；

步骤2，服务器接收求助信息并请求获取被看护终端的定位信息；

步骤3，服务器将求助信息以及定位信息一同推送至看护终端；

进一步地,步骤3中服务器基于求助信息对应的被看护终端获取当前用户基本信息以及当前值班的看护终端，进而推送求助信息、用户基本信息以及定位信息发送至看护终端。

步骤4，看护终端接收并显示服务器发送的信息，并查询当前看护终端报警提醒方式并依该报警提醒方式进行报警；

具体而言，看护终端提供白天时段和夜晚时段的设定功能，例如作为一种可行实施方式，看护终端在8至18点的白天时段采用振动及音频报警，在18至次日8点的夜晚时段采用电刺激报警。

步骤4中看护终端获取当前设备的系统时间，进而按照当前时间段的预设的报警提醒方式进行报警。或者看护终端获取当前设备所设定的场所情景，进而按照当前场所情景的预设的报警提醒方式进行报警；看护终端在背景噪音大的场合、影响其他人的场合以及易疲劳场合设定为电刺激报警；否则，其他场合看护终端设定为音频及振动的混合报警。

看护终端采用电刺激的具体步骤为：

步骤4.1，mcu模块输出设定频率的脉冲波形到开关控制模控制变压器的导通与关断；作为一种较优实施方式，mcu模块根据持续时间的不同而输出不同频率的脉冲波形。

步骤4.2，电刺激模块生成电流通过电极作用到人体；

步骤4.3，等待看护者确认接收报警信息后电刺激模块停止电刺激。

进一步的，步骤4.1中mcu模块根据持续时间的不同而输出不同频率的脉冲波形，进而mcu模块采用渐进式的增强脉冲输出频率进行渐进式电刺激报警或者mcu单元采用满足电理疗的频率通过电刺激电路对人体进行电理疗。

具体地，在进行电刺激报警时，采用渐进式的变更电刺激频率的方式进行。如前20s采用0.5hz的频率，即每两秒电刺激一次，在20~60s时采用1hz的频率，在60s以上时采用2hz的频率进行电刺激报警。以此来较好的在保证可及时的提醒看护者的同时又不会对身体造成太大的刺激。需要注意的是，电刺激应在保证不对人体构成危害的情况下进行。

该看护终端兼具电理疗的功能。使用时，可将看护终端的电刺激输出位置对准人体穴位，如合谷穴、劳宫穴等。同时对mcu设定合适的频率进行脉冲波形的输出，以驱动变压器输出适宜的电压及电流到人体穴位，从而实现电理疗的功能。

步骤5，判断看护者是否在预设时间内确认接收求助信息；是则，执行步骤6；否则，

步骤6，看护者获取被看护终端位置及时到现场处理求助信息并在完成后通过看护终端确认处理完成，

步骤7，服务器接收看护者的完成信息，进而请求获取被看护终端和看护终端的定位信息，

步骤8，服务器比较被看护终端和看护终端的定位信息是否一致；是则，完成当前求助处理；否则，执行步骤3以确保求助事件真实有效的完成。

本发明的报警方法的工作原理为：服务器在收到被看护终端发送过来的求助信息时，将向其发送定位请求，接收到定位信息之后经过适当处理，通过无线通信技术发送至指定的看护终端。此信息将在看护终端上进行显示，并根据预先设定的方式进行报警。若服务器收到看护终端发送过来的确认收到的信息之后，则停止报警。实现的方式可以是看护者按下终端设备上的“确认接收”按键后，mcu在识别到该动作之后通过无线通信技术发送一个相应的指令到服务器；看护者根据被看护终端所推送的位置信息，快速确定被看护终端位置，并及时到现场处理完求助信息，之后看护终端将发送“处理完毕”的指令到服务器。实现的方式可以是按下终端设备上的“处理完毕”按键，mcu在识别该动作之后通过无线通信技术发送相对应的指令到服务器；服务器在收到看护终端请求结束求助事件时，会发送定位邀请到两者。在收到定位信息之后将进行比对，若位置一致，则将结束此次求助事件；若不一致，则服务器会再次将求助信息推送至看护终端。

综上所述，本发明提出了电刺激方案，在会议室、医院、养老院等或是会影响他人需要静音的场合下，或是难以通过音频或振动提醒的场合，以及在看护者容易疲劳的场合或时间段，都可以通过电刺激的方式实现静默式灵敏触感告警，以有效的提醒看护者处理被看护终端的求助。此外，传统的报警系统难以有效确认看护者是否到现场完成被看护终端的求助事件，因此无法确定看护者是否真正的完成了被看护终端的求助。本发明提出的报警系统，会在最后对看护终端与被看护终端的位置进行对比，以确认看护者是不是有现场作业、求助事件是不是有真正的完成，这是传统的报警系统不具备的。

本发明基于无线通信技术，针对看护者未能及时注意到被看护终端发来的求助信息，提出了一种综合报警系统方案。当服务器收到被看护终端的求助信息时，会向被看护终端发送位置信息请求。在对相关信息处理之后，通过无线通信技术将求助信息及位置信息传送至对应的看护终端上，并开始报警。可以是振动与音频的混合报警，也可以是电刺激报警。报警的方式可由看护者自行设定，如在会议室、医院、养老院等或是会影响其他人的场合、背景噪音比较大，难以通过音频等方式有效提醒的场合，以及容易疲劳的场合或时间段等设定为电刺激报警，其余时段为音频及振动的混合报警；也可由系统根据时间段来进行设定，如白天开启振动及音频报警，夜晚开启电刺激报警。服务器在接收到看护终端传送的“处理完毕”信息时，会再对两者发起定位邀请，在收到位置信息之后进行比对。若位置信息一致则结束事件，若不一致将重新进行推送，以确保求助事件真实有效的完成。

此外，本发明提供了电刺激报警方式，看护终端与服务器间的通信主要由电路中的无线通信模块进行。特别，并且可通过更改看护终端微控制单元（microcontrollerunit，简称mcu）输出脉冲波形的频率更改刺激强度。一般的，可采用渐进式的增强脉冲输出频率逐步提升对看护者的刺激以此达到唤醒的目的。

本发明的采用以上技术方案，一方面，可以使看护者及时的注意到被看护终端的求助信息，以便及时的处理相关事宜。并且，由于报警的方式可进行设定，因此适用于多种场合下的报警，如在会议室、医院、养老院等或是会影响其他人的场合、背景噪音比较大，难以通过音频等方式有效提醒的场合，以及容易疲劳的场合或时间段等；另一方面，通过服务器在最后的时刻对两者位置做比对，可确保求助事件真实有效的完成。除了静默式灵敏触感告警外，本发明所提的方案兼具电理疗的功能，有助于减轻看护者压力及提升服务效率。