專利名稱：一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式無線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種基于Zigbee無線智能網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議下的嵌入式無線智能離床感應(yīng)設(shè)備和壓力傳感器結(jié)合而成的裝置。
背景技術(shù)：
在醫(yī)院、社會福利院、精神病院或者家庭等護(hù)理機(jī)構(gòu)中，需要對一些智障、殘疾或 無自理能力的病人進(jìn)行監(jiān)護(hù)，這類人群具有一定特殊性，即他們喪失了部分或全部的行為 識別能力或行動能力，針對他們上述機(jī)構(gòu)無法采用常規(guī)的護(hù)理方法進(jìn)行監(jiān)護(hù)，即常用的呼 叫方式如手動呼叫、撥打救助電話、啟動救助燈等無法有效的應(yīng)用在他們身上，特別是在夜 間起居護(hù)理時(shí)，護(hù)理人員一般不會長時(shí)間呆在病人的房間，但又必須對他們進(jìn)行全天候的 護(hù)理，這一矛盾困擾了護(hù)理機(jī)構(gòu)。目前部分護(hù)理機(jī)構(gòu)采用的病床護(hù)理方法，主要包括手動按鈕呼叫、撥號救助、啟動 救助等有線手動呼叫，這些方法均基于有線網(wǎng)絡(luò)，然而正如前述所說，這些方法對于普通的 病人管理可以適用，但對于精神病人、智障老人、喪失手臂的殘疾人等特殊人群則無法適用。針對精神病人、智障老人、喪失手臂的殘疾人這一特殊人群，當(dāng)前的離床感應(yīng)系統(tǒng) 主要基于有線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并在這一架構(gòu)上設(shè)置壓力傳感模塊，利用壓力傳感模塊對監(jiān)控對 象進(jìn)行全被動監(jiān)控管理。這一系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)一是布線任務(wù)繁重，施工成本 高，所有信號線和電源線都需要一次性排布完畢，在確定好施工圖紙后，必須一步到位；二 是設(shè)備全固定，使用不靈活，在布線施工完成后，設(shè)備的安裝方位也就固定了，而且床位的 方位也隨之固定，如果需要移動床位或變更設(shè)備，則需要全部重新翻修布線；三是無法隨意 增加或減少監(jiān)控床位和設(shè)備，如果在病房內(nèi)需要增加新的監(jiān)控床位和設(shè)備，則需要重新布 線和安裝；四是系統(tǒng)維護(hù)成本高，系統(tǒng)維護(hù)存在重新布線和安裝等問題，因此維護(hù)成本相對 而言更高；五是整個(gè)系統(tǒng)基于有線網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致病人的房間遍布線路，若線路老化或者被人為 破壞，則系統(tǒng)喪失監(jiān)護(hù)功能導(dǎo)致發(fā)生監(jiān)護(hù)事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置，它針對智障、精神 病、四肢不全等無自理能力的特殊病人的全程護(hù)理監(jiān)護(hù)需求，以基于Zigbee協(xié)議下的無線 智能傳感通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將壓力傳感模塊、數(shù)據(jù)處理模塊與無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊結(jié)合為一 體，并結(jié)合病床設(shè)計(jì)其外形構(gòu)造，可滿足不同病床結(jié)構(gòu)和承重的實(shí)際情況需求，它是一種可 全被動實(shí)時(shí)監(jiān)控病人離床信息，并滿足病人夜間起居監(jiān)護(hù)，同時(shí)保護(hù)被監(jiān)護(hù)人員個(gè)人隱私 的實(shí)時(shí)離床感應(yīng)裝置，該裝置可確保傳感和數(shù)據(jù)處理的有效性和可靠性，并可實(shí)現(xiàn)夜間離 床報(bào)警、監(jiān)控時(shí)間選擇、報(bào)警范圍設(shè)置、報(bào)警信息查詢、信息網(wǎng)絡(luò)化管理、可任意增減監(jiān)控設(shè) 備和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等功能。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所述。一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置，由下述模塊組成
壓力傳感模塊，包含壓力傳感器以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理電路，負(fù)責(zé)感應(yīng)壓力的變化 并將收集到的傳感數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理電路處理后傳送至數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊，包含MCU以及存儲器，負(fù)責(zé)將壓力傳感模塊傳來的數(shù)據(jù)處理后傳 送到無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊并負(fù)責(zé)儲存數(shù)據(jù)；無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，包含基于Zigbee協(xié)議的射頻收發(fā)電路以及天線，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù) 處理模塊傳送來的信號通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心；通信模塊，包含串口電路，所述通信模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連，該裝置可利用通信 模塊與外界相連以便調(diào)試所述的裝置；電源模塊，包含直流供電電路和/或交流供電電路，負(fù)責(zé)給所述的裝置供電。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置進(jìn)一步包含警報(bào) 模塊，該模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連并包含發(fā)光電路和/或發(fā)聲電路，以便于監(jiān)護(hù)人員迅速 找到安裝該裝置的地點(diǎn)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置進(jìn)一步包含復(fù)位 模塊，該模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連并包含復(fù)位按鈕和復(fù)位電路，以便于監(jiān)護(hù)人員將該裝置 設(shè)置于初始狀態(tài)。其中，所述的壓力傳感器是金屬壓力形變電阻傳感器，所述的壓力傳感模塊內(nèi)的 數(shù)據(jù)處理電路包括橋式信號采集電路、運(yùn)放電路、濾波電路、溫度補(bǔ)償電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及 線性修正電路。由所述的裝置作為節(jié)點(diǎn)，并將若干個(gè)節(jié)點(diǎn)以及監(jiān)控中心組成的無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)可以 實(shí)現(xiàn)下述功能所述的裝置安裝在病床的一個(gè)或多個(gè)床腳下，病人躺在床上時(shí)重力產(chǎn)生的 壓力平均分布在各個(gè)床腳上，而當(dāng)病人離開床時(shí)，床腳上的壓力將變小，通過檢測和比較置 于床腳的壓力傳感器壓力變化值，來確定所述的壓力變化值是否超過設(shè)定的范圍，并根據(jù) 判斷結(jié)果確定病人是否離開床鋪，若離開則裝置通過發(fā)光發(fā)聲的形式報(bào)警，同時(shí)判斷結(jié)果 將相關(guān)信息通過基于Zigbee通信協(xié)議的無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心，位于監(jiān)控中心的 監(jiān)護(hù)人員可根據(jù)傳來的信息及時(shí)趕到正確的位置并做處理，該處理包括通過裝置上的復(fù)位 按鈕使裝置回復(fù)初始工作狀態(tài)。由若干個(gè)所述的裝置作為節(jié)點(diǎn)以及一監(jiān)控中心作為控制中心，上述裝置可以組成 一個(gè)無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的工作頻段為2. 4GHz，共16個(gè)傳輸頻道，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸率低于 250Kbps,無障礙點(diǎn)對點(diǎn)傳輸距離為350米，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸采用128位AES加密技術(shù)。 該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)包大小為8字節(jié)，數(shù)據(jù)包的格式包括前導(dǎo)碼、地址、數(shù)據(jù)類型、有效數(shù)據(jù)載荷、 校驗(yàn)碼五個(gè)部分。該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用的無線射頻接入模塊通信協(xié)議棧包括兼容Zigbee協(xié)議 的物理層(PHY)協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層媒體接入控制(MAC)層協(xié)議、路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茀f(xié) 議、傳輸層協(xié)議和應(yīng)用層協(xié)議，對應(yīng)OSI網(wǎng)絡(luò)模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、 會話層、表示層和應(yīng)用層。其中，物理層(PHY)采用DSSS直接序列擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，MAC層采 用CSMA協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制算法采用低功耗自適應(yīng)分簇算法(LEACH)，路由協(xié)議采用 基于信源樹的廣播方式。所述的無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為可自適應(yīng)無線組網(wǎng)，數(shù)據(jù)通信設(shè)置為 采用點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)方式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有網(wǎng)絡(luò)路由功能，故該網(wǎng)絡(luò)可以自由增減節(jié)點(diǎn) 設(shè)備。為了提高無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)更高的可靠性，可以根據(jù)實(shí)際情況在網(wǎng)絡(luò)盲點(diǎn)處加入中繼路由器以便于數(shù)據(jù)可以更加暢通的傳輸。為了降低無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的丟包率，節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)采用搜尋最近中繼路由 方式傳輸，并且當(dāng)傳輸失敗時(shí)，將存儲數(shù)據(jù)等待10秒后，再次請求發(fā)送，直到通信成功為
止。更具體的，每個(gè)裝置都可以設(shè)定壓力變化報(bào)警范圍、靈敏區(qū)間、報(bào)警方式和工作時(shí) 間，譬如利用后臺軟件設(shè)置壓力報(bào)警時(shí)間為夜間至早晨；各節(jié)點(diǎn)采用IP地址進(jìn)行地址分配 管理，每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有唯一的IP地址；所述的裝置可通過RS232串口與外界通信，該串口除可 以進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和程序設(shè)置，譬如通過RS232串口設(shè)置壓力變化報(bào)警范圍和設(shè)備工作時(shí)間寸。更具體地，所述的無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)管理采用輪詢與實(shí)時(shí)中斷報(bào)警相結(jié)合方式，通過 輪詢方式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的維護(hù)和管理，而當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，將通過中斷方式實(shí)時(shí)提供報(bào) 警信息，同時(shí)報(bào)警信息存儲在存儲器內(nèi)以及后臺網(wǎng)絡(luò)管理軟件中，以便于查詢。更具體地，所述的裝置中的壓力傳感器的采集頻率為每分鐘一次，如果出現(xiàn)報(bào)警 信息，則及時(shí)向上報(bào)告，如果沒有出現(xiàn)報(bào)警信息，設(shè)備不發(fā)送任何信息，并處于休眠狀態(tài)，同 時(shí)監(jiān)控中心每十分鐘輪詢一次本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)及時(shí)回復(fù)和報(bào)告監(jiān)控中心的相關(guān)輪 詢要求輪詢模式不僅極大減小離床感應(yīng)設(shè)備的功耗，同時(shí)也降低了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸量，減 少數(shù)據(jù)丟包率，提高網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量。一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置，包含本體，其中，一壓力傳感器嵌入本體的 一端，一包含若干電路及模塊的控制電路板設(shè)于本體內(nèi)部距離所述壓力傳感器的最遠(yuǎn)端， 所述控制電路板上設(shè)有數(shù)據(jù)處理電路，所述壓力傳感器感測到的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理電路處理 后傳送至數(shù)據(jù)處理模塊；所述控制電路板上的數(shù)據(jù)處理模塊，包含MCU以及存儲器，負(fù)責(zé)將 壓力傳感模塊傳來的數(shù)據(jù)處理后傳送到無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊并負(fù)責(zé)儲存數(shù)據(jù)；所述控制電路 板上的無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，包含基于Zigbee協(xié)議的射頻收發(fā)電路以及天線，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)處 理模塊傳送來的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心；所述控制電路板上的通信模塊，包含 串口電路，所述通信模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連，該裝置可利用通信模塊與外界相連以便調(diào) 試所述的裝置；所述控制電路板上的電源模塊，包含直流供電電路和/或交流供電電路，負(fù) 責(zé)給所述的裝置供電。其中，所述的壓力傳感器的受力面位于本體的表面，所述的受力面上方設(shè)有一圈套筒。其中，所述的天線設(shè)于本體的最遠(yuǎn)離所述壓力傳感器的一端。以上僅對本發(fā)明的技術(shù)方案做了概括性的描述，本發(fā)明所述的技術(shù)方案中的技術(shù) 特征請見下述的實(shí)施例中的描述。


圖1是本發(fā)明中一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置的內(nèi)部電路原理框圖；圖3是本發(fā)明中一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置的報(bào)警信號處理流程圖；圖4是本發(fā)明中一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置的報(bào)警清除處理流程圖；圖5是本發(fā)明中一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置的監(jiān)控中心管理裝置的流程圖；主要符號含義1、本體2、壓力傳感器3、套筒4、控制電路板5、天線6、床腳7、復(fù)位按鈕8、LED光與聲音報(bào)警器11、上表面21、受力面41、數(shù)據(jù)處理電路42、數(shù)據(jù)處理模塊43、無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊 44、通信模塊45、電源模塊46、復(fù)位電路
具體實(shí)施例方式現(xiàn)依據(jù)附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。實(shí)施例本發(fā)明所提供的一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置請見圖1及圖2所示。為了 便于理解，在圖1中僅展示了所述裝置的一部分組件，所述的以無線方式監(jiān)測病人起居的 裝置包含本體1、壓力傳感器2、套筒3、控制電路板4以及天線5。其中本體1是一種金屬 制成的硬質(zhì)容器，壓力傳感器2以嵌入的方式安裝于本體1的上表面，壓力傳感器2的受力 面21與所述的本體1的上表面11持平，在本體1的上表面11的上方圍繞所述的受力面21 設(shè)有一圈套筒3，控制電路板4容置于本體1的內(nèi)部，且控制電路板4設(shè)置于距離壓力傳感 器2盡可能遠(yuǎn)的一端，天線4設(shè)于本體1的上表面11上方且遠(yuǎn)離所述的壓力傳感器2，其 中，所述的壓力傳感器與所述的控制電路板4之間通過線路連接，所述的天譴5與所述的控 制電路板4之間通過線路連接。下面請參見圖2，該圖主要展示了部分圖1中未出現(xiàn)的組 件以及控制電路板上的電路以及模塊，所述的控制電路板4上設(shè)有數(shù)據(jù)處理電路41，它與 所述的壓力傳感器2相連將壓力傳感器2收集到的傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理后傳送至數(shù)據(jù) 處理模塊42 ；所述控制電路板4上的數(shù)據(jù)處理模塊42，主要包含MCU以及存儲器，它負(fù)責(zé)將 數(shù)據(jù)處理電路傳來的數(shù)據(jù)處理后傳送到無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊43并負(fù)責(zé)儲存數(shù)據(jù)，本實(shí)施例 中采用的MCU采用16位MSP430F133處理器，并包含64k的Flash存儲器和8k的Ram ；所 述控制電路板4上的無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊43是基于Zigbee協(xié)議的射頻收發(fā)芯片以及周邊電 路，它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)處理模塊42傳送來的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心，本實(shí)施例采用 的基于Zigbee協(xié)議的射頻收發(fā)芯片是CC2430 ；所述控制電路板4上的通信模塊44，包含串 RS-232串口以及周邊電路，所述通信模塊44與數(shù)據(jù)處理模塊42相連，該裝置可利用RS232 串口與外界相連以便調(diào)試所述的裝置；所述控制電路板4上的電源模塊45，包含直流供電 電路，由9-30V的直流電源給所述的裝置供電；所述的控制電路板4上還設(shè)有復(fù)位電路46， 所述的復(fù)位電路46與所述的數(shù)據(jù)處理模塊42相連，與復(fù)位電路46相連的還有一復(fù)位按鈕 7，所述的復(fù)位按鈕7設(shè)于本體1的表面一不易被觸碰到的位置；所述的本體1上還設(shè)有LED 光與聲音報(bào)警器8，它與數(shù)據(jù)處理模塊42相連，以便接收來自數(shù)據(jù)處理模塊42的指令發(fā)出 相應(yīng)的報(bào)警。所述的天線5與無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊43相連。其中，所述的數(shù)據(jù)處理電路包括橋式信號采集電路、運(yùn)放電路、濾波電路、溫度補(bǔ)償電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及線性修正電路，它們可以對接收到的數(shù)據(jù)做相應(yīng)的處理以便將數(shù)據(jù) 送至數(shù)據(jù)處理模塊42處理。由所述的裝置作為節(jié)點(diǎn)，并將若干個(gè)節(jié)點(diǎn)以及監(jiān)控中心組成的無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)可以 實(shí)現(xiàn)下述功能所述的裝置安裝在病床的一個(gè)或多個(gè)床腳6下，所述的壓力傳感器2的受力 面21與所述的床腳6的底面均勻接觸，故病人躺在床上時(shí)重力產(chǎn)生的壓力平均分布在各個(gè) 床腳6上，床腳6的壓力通過壓力傳感器2可以感測得到一個(gè)精確的數(shù)值，而當(dāng)病人離開床 時(shí)，床腳6上的壓力將變小，通過 檢測和比較置于床腳6的壓力傳感器2的壓力變化值，來 確定所述的壓力變化值是否超過一設(shè)定的范圍，并根據(jù)判斷結(jié)果確定病人是否離開床鋪， 若離開則裝置通過發(fā)光發(fā)聲的形式報(bào)警，同時(shí)判斷結(jié)果將相關(guān)信息通過基于Zigbee通信 協(xié)議的無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心，位于監(jiān)控中心的監(jiān)護(hù)人員可根據(jù)傳來的信息及時(shí)趕 到正確的位置并做處理，該處理包括通過按下裝置上的復(fù)位按鈕7使裝置回復(fù)初始工作狀 態(tài)。所述裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于本體1的上方設(shè)有不銹鋼金屬套筒3，床腳6完全套在套 筒3內(nèi)，由于有套筒3的固定，該裝置不易從床腳6下脫離，保證了裝置與床腳6的有效接 觸，而且，壓力傳感器2的受力面21完全處于床腳6的下方并與床腳6保持緊密均勻的接 觸從而使得所有來自床腳的壓力均可傳遞于壓力傳感器2的受力面21之上，上述設(shè)計(jì)方法 有效而巧妙的解決了裝置的安裝問題，另外控制電路板4與天線5安裝于本體1距離壓力 傳感器最遠(yuǎn)的一側(cè)，這樣控制電路板4上的模塊和電路以及天線5基本不受到來自于壓力 傳感器2的電磁干擾，使得裝置更為穩(wěn)定可靠、通信質(zhì)量更高。由若干個(gè)所述的裝置作為節(jié)點(diǎn)以及一監(jiān)控中心作為控制中心，上述裝置可以組成 一個(gè)無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的工作頻段為2. 4GHz，共16個(gè)傳輸頻道，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸率低于 250Kbps，無障礙點(diǎn)對點(diǎn)傳輸距離為350米，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸采用128位AES加密技術(shù)。 該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)包大小為8字節(jié)，數(shù)據(jù)包的格式包括前導(dǎo)碼、地址、數(shù)據(jù)類型、有效數(shù)據(jù)載荷、 校驗(yàn)碼五個(gè)部分。該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用的無線射頻接入模塊通信協(xié)議棧包括兼容Zigbee協(xié)議 的物理層(PHY)協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層媒體接入控制(MAC)層協(xié)議、路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茀f(xié) 議、傳輸層協(xié)議和應(yīng)用層協(xié)議，對應(yīng)OSI網(wǎng)絡(luò)模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、 會話層、表示層和應(yīng)用層。其中，物理層(PHY)采用DSSS直接序列擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，MAC層采 用CSMA協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制算法采用低功耗自適應(yīng)分簇算法(LEACH)，路由協(xié)議采用 基于信源樹的廣播方式。所述的無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為可自適應(yīng)無線組網(wǎng)，數(shù)據(jù)通信設(shè)置為 采用點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)方式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有網(wǎng)絡(luò)路由功能，故該網(wǎng)絡(luò)可以自由增減節(jié)點(diǎn) 設(shè)備。為了提高無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)更高的可靠性，可以根據(jù)實(shí)際情況在網(wǎng)絡(luò)盲點(diǎn)處加入中繼 路由器以便于數(shù)據(jù)可以更加暢通的傳輸。為了降低無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的丟包率，節(jié)點(diǎn) 傳輸數(shù)據(jù)采用搜尋最近中繼路由方式傳輸，并且當(dāng)傳輸失敗時(shí)，將存儲數(shù)據(jù)等待10秒后， 再次請求發(fā)送，直到通信成功為止。更具體的，每個(gè)裝置都可以設(shè)定壓力變化報(bào)警范圍、靈 敏區(qū)間、報(bào)警方式和工作時(shí)間，譬如利用后臺軟件設(shè)置壓力報(bào)警時(shí)間為夜間至早晨；各節(jié)點(diǎn) 采用IP地址進(jìn)行地址分配管理，每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有唯一的IP地址；所述的裝置可通過RS232串 口與外界通信，該串口除可以進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和程序設(shè)置，譬如通過RS232串口設(shè)置壓力變 化報(bào)警范圍和設(shè)備工作時(shí)間等。更具體地，所述的無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)管理采用輪詢與實(shí)時(shí)中斷報(bào)警相結(jié)合方式，通過輪詢方式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的維護(hù)和管理，而當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，將通過 中斷方式實(shí)時(shí)提供報(bào)警信息，同時(shí)報(bào)警信息存儲在存儲器內(nèi)以及后臺網(wǎng)絡(luò)管理軟件中，以 便于查詢。更具體地，所述的裝置中的壓力傳感器的采集頻率為每分鐘一次，如果出現(xiàn)報(bào)警 信息，則及時(shí)向上報(bào)告，如果沒有出現(xiàn)報(bào)警信息，設(shè)備不發(fā)送任何信息，并處于休眠狀態(tài)，同 時(shí)監(jiān)控中心每十分鐘輪詢一次本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)及時(shí)回復(fù)和報(bào)告監(jiān)控中心的相關(guān)輪 詢要求輪詢模式不僅極大減小離床感應(yīng)設(shè)備的功耗，同時(shí)也降低了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸量，減 少數(shù)據(jù)丟包率，提高網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量。所述裝置感受到壓力變化從而發(fā)出警報(bào)的流程圖請見圖3所示，請見步驟101，所述裝置接通電源后進(jìn)入初始化狀態(tài)；請見步驟102，首先由所述的壓力傳感器2采集來自床腳6的壓力數(shù)據(jù)；步驟103，壓力數(shù)據(jù)采集到后送到數(shù)據(jù)處理電路41經(jīng)過放大、濾波、線性修正、AD轉(zhuǎn)換等處理后送至數(shù)據(jù)處理模塊42 ；步驟104，數(shù)據(jù)處理模塊42內(nèi)的MCU將接收到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理模塊42內(nèi)的存儲 器儲存的壓力變化范圍進(jìn)行對比；步驟105，譬如根據(jù)病人及病床的整體質(zhì)量IlOkg將壓力范圍設(shè)置為100_120kg， 若病人從床上拋出一個(gè)重5kg的物品，則數(shù)據(jù)處理模塊42認(rèn)為感測到的壓力數(shù)值105kg安 全，指令裝置返回初始狀態(tài)；步驟106，若50kg重量的病人下床，則數(shù)據(jù)處理模塊42認(rèn)為感測到的壓力數(shù)值 60kg不安全，立即指示裝置發(fā)出中斷報(bào)警信號，并指示LED光與聲音報(bào)警器8發(fā)出閃爍的亮 光并發(fā)出報(bào)警的聲音；步驟107，在數(shù)據(jù)處理模塊42指示裝置報(bào)警的同時(shí)，同時(shí)向無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊43 發(fā)出無線通信請求；步驟108，數(shù)據(jù)處理模塊42尋找與它處于同一個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)或者路由器， 發(fā)出通信握手請求；步驟109，若步驟108的通信握手請求得不到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的回應(yīng)，則數(shù)據(jù)處理模塊 42將數(shù)據(jù)儲存于存儲器內(nèi)并轉(zhuǎn)至步驟107重新發(fā)送無線通信請求；步驟110，若步驟108的通信握手請求得到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的回應(yīng)，則兩個(gè)節(jié)點(diǎn)成功握 手，準(zhǔn)備通信；步驟111，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)握手成功后，開始向握手成功的節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，傳送完畢后 返回裝置的初始狀態(tài)，等待下一次傳感數(shù)據(jù)的采集以及傳輸指令，接獲數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)向監(jiān)控 中心發(fā)出無線通信請求，監(jiān)控中心同意握手請求后接收來自節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并作下一步的處理。所述的裝置收到警報(bào)后的處理流程請見圖4所示，步驟201，本裝置處于偵聽本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)各裝置的狀態(tài)；步驟202，當(dāng)裝置的復(fù)位按鈕7按下后產(chǎn)生了復(fù)位中斷請求，表明裝置被人為操 作，產(chǎn)生了硬件要求的高級中斷；步驟203，所述的數(shù)據(jù)處理模塊42立即響應(yīng)硬件的中斷請求，并初始化本裝置，清 空存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)；步驟204，數(shù)據(jù)處理模塊42隨即關(guān)閉LED光與聲音報(bào)警器8 ；
步驟210，若裝置未檢測到按鈕硬件復(fù)位中斷請求時(shí)，則判斷能否接收無線網(wǎng)絡(luò)通 信數(shù)據(jù)，若不能接收，則返回步驟201繼續(xù)偵聽本地網(wǎng)絡(luò)各裝置的狀態(tài)，若可以接收，則轉(zhuǎn) 到下一步驟；
步驟211，若可以接收本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，則判斷對方發(fā)出的通信握手請求是 否是本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，如果不是，則返回步驟201繼續(xù)偵聽本地網(wǎng)絡(luò)各裝置的狀態(tài)，如果是， 則轉(zhuǎn)到下一步驟；步驟212，若該裝置判斷對方發(fā)出的通信握手請求是本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的裝置發(fā)出的， 則與對方建立握手；如果此時(shí)握手不成功，則裝置儲存數(shù)據(jù)于存儲器內(nèi)并繼續(xù)等待對方發(fā) 出通信握手請求；若握手成功，則轉(zhuǎn)到下一步；步驟213，若該裝置與對方建立握手成功，則接收來自對方的數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)完畢 后，初始化本裝置，清空存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理模塊42隨即關(guān)閉LED光與聲音報(bào)警器8， 返回繼續(xù)偵聽。所述無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)監(jiān)控中心查詢各裝置響應(yīng)的處理流程圖請見圖5所示，步驟301，裝置處于偵聽本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)各裝置的狀態(tài)；步驟302，裝置收到無線網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，譬如網(wǎng)絡(luò)管理信號或者狀態(tài)輪詢請求，如 果未收到，返回繼續(xù)偵聽；步驟303，裝置判斷該無線網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)是否為本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的，如果非本 地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的，返回繼續(xù)偵聽；步驟304，如果裝置判斷該無線網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)來自于本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控中心，則 建立通信握手，通信握手未建立，則存儲數(shù)據(jù)繼續(xù)并繼續(xù)偵聽；步驟305，裝置建立通信握手成功后，接收來自監(jiān)控中心發(fā)來的數(shù)據(jù)；步驟306，裝置接收數(shù)據(jù)不成功，則存儲數(shù)據(jù)并繼續(xù)偵聽，若接收數(shù)據(jù)成功則進(jìn)入 下一步；步驟307，裝置接收數(shù)據(jù)完畢后，根據(jù)監(jiān)控中心發(fā)來的指令要求，相應(yīng)該請求，該請 求包括裝置目前的狀態(tài)、裝置感測到的壓力范圍是否正常、裝置是否可以與其它裝置建立 握手；步驟308，裝置相應(yīng)請求完畢后，根據(jù)裝置自身的狀態(tài)，將處理結(jié)果發(fā)送回去；步驟309，裝置發(fā)送完畢后，返回偵聽。以上的描述和附圖表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例?？梢岳斫?，在不背離由所附權(quán)利 要求所定義的本發(fā)明的原理的精神和范圍的條件下，各種增加、變形和替換都應(yīng)被包含在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置，由下述模塊組成壓力傳感模塊，包含壓力傳感器以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理電路，負(fù)責(zé)感應(yīng)壓力的變化并將收集到的傳感數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理電路處理后傳送至數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊，包含MCU以及存儲器，負(fù)責(zé)將壓力傳感模塊傳來的數(shù)據(jù)處理后傳送到無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊并負(fù)責(zé)儲存數(shù)據(jù)；無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，包含基于Zigbee協(xié)議的射頻收發(fā)電路以及天線，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)處理模塊傳送來的信號通過無線智能網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心；通信模塊，包含串口電路，所述通信模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連，該裝置可利用通信模塊與外界相連以便調(diào)試所述的裝置；電源模塊，包含直流供電電路和/或交流供電電路，負(fù)責(zé)給所述的裝置供電。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置進(jìn)一 步包含警報(bào)模塊，該模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連并包含發(fā)光電路和/或發(fā)聲電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置進(jìn) 一步包含復(fù)位模塊，該模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連并包含復(fù)位按鈕和復(fù)位電路。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的壓力傳感器是金屬壓力形變電阻傳 感器，所述的壓力傳感模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)處理電路包括橋式信號采集電路、運(yùn)放電路、濾波電 路、溫度補(bǔ)償電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及線性修正電路。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，由若干個(gè)所述的裝置作為節(jié)點(diǎn)以及一監(jiān)控 中心作為控制中心，上述裝置可以組成一個(gè)無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的工作頻段為2. 4GHz，共 16個(gè)傳輸頻道，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸率低于250Kbps，無障礙點(diǎn)對點(diǎn)傳輸距離為350米，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù) 據(jù)的傳輸采用128位AES加密技術(shù)；該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)包大小為8字節(jié)，數(shù)據(jù)包的格式包括前導(dǎo) 碼、地址、數(shù)據(jù)類型、有效數(shù)據(jù)載荷、校驗(yàn)碼五個(gè)部分；該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用的無線射頻接入模塊 通信協(xié)議棧包括兼容Zigbee協(xié)議的物理層協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層媒體接入控制層協(xié)議、路由協(xié) 議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茀f(xié)議、傳輸層協(xié)議和應(yīng)用層協(xié)議，對應(yīng)0SI網(wǎng)絡(luò)模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路 層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層，其中，物理層采用DSSS直接序列擴(kuò)頻調(diào)制技 術(shù)，MAC層采用CSMA協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制算法采用低功耗自適應(yīng)分簇算法，路由協(xié)議采 用基于信源樹的廣播方式。所述的無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為可自適應(yīng)無線組網(wǎng)，數(shù)據(jù)通信設(shè)置 為采用點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)方式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有網(wǎng)絡(luò)路由功能，故該無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)可以自 由增減節(jié)點(diǎn)設(shè)備。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，為了提高無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)更高的可靠性，可以 根據(jù)實(shí)際情況在網(wǎng)絡(luò)盲點(diǎn)處加入中繼路由器以便于數(shù)據(jù)可以更加暢通的傳輸。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，為了降低無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的丟包率， 節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)采用搜尋最近中繼路由方式傳輸，并且當(dāng)傳輸失敗時(shí)，將存儲數(shù)據(jù)等待十秒 后，再次請求發(fā)送，直到通信成功為止。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，每個(gè)裝置都可以設(shè)定壓力變化報(bào)警范圍、靈 敏區(qū)間、報(bào)警方式和工作時(shí)間；各節(jié)點(diǎn)采用IP地址進(jìn)行地址分配管理，每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有唯一 的IP地址；所述的裝置可通過串口與外界通信。
9.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述的無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)管理采用輪詢與實(shí)時(shí) 中斷報(bào)警相結(jié)合方式，通過輪詢方式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的維護(hù)和管理，而當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，將通過中斷方式實(shí)時(shí)提供報(bào)警信息，同時(shí)報(bào)警信息存儲在存儲器內(nèi)。
10.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述的裝置中的壓力傳感器的采集頻率為 每分鐘一次，如果出現(xiàn)報(bào)警信息，則及時(shí)向上報(bào)告，如果沒有出現(xiàn)報(bào)警信息，設(shè)備不發(fā)送任 何信息，并處于休眠狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)控中心每十分鐘輪詢一次本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求5所述裝置，其特征在于，所述裝置采用測量病床壓力變化來判斷病人 離床狀態(tài)，全被動地監(jiān)控病人的起居情況，并通過所述無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)將檢測信息實(shí)時(shí)發(fā)送 到監(jiān)控中心。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以無線方式監(jiān)測病人起居的裝置，它針對智障、精神病、四肢不全等無自理能力的特殊病人的全程護(hù)理監(jiān)護(hù)需求，以基于Zigbee協(xié)議下的無線智能傳感通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將壓力傳感模塊、數(shù)據(jù)處理模塊與無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊結(jié)合為一體，并結(jié)合病床設(shè)計(jì)其外形構(gòu)造，可滿足不同病床結(jié)構(gòu)和承重的實(shí)際情況需求，它是一種可全被動實(shí)時(shí)監(jiān)控病人離床信息，并滿足病人夜間起居監(jiān)護(hù)，同時(shí)保護(hù)被監(jiān)護(hù)人員個(gè)人隱私的實(shí)時(shí)離床感應(yīng)裝置，該裝置可確保傳感和數(shù)據(jù)處理的有效性和可靠性，并可實(shí)現(xiàn)夜間離床報(bào)警、監(jiān)控時(shí)間選擇、報(bào)警范圍設(shè)置、報(bào)警信息查詢、信息網(wǎng)絡(luò)化管理、可任意增減監(jiān)控設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等功能。
文檔編號G01L1/22GK101833849SQ200910047549
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者王小軍 申請人:上海研祥智能科技有限公司