一种以无线方式监测病人起居的装置

1.一种以无线方式监测病人起居的装置，包含本体，其特征在于，一压力传感器嵌入本体的一端，一包含若干电路及模块的控制电路板设于本体内部距离所述压力传感器的最远端，所述控制电路板上设有数据处理电路，所述压力传感器感测到的数据经数据处理电路处理后传送至数据处理模块；所述控制电路板上的数据处理模块，包含MCU以及存储器，负责将压力传感模块传来的数据处理后传送到无线通信网络模块并负责储存数据；所述控制电路板上的无线网络通信模块，包含基于Zigbee协议的射频收发电路以及天线，负责将数据处理模块传送来的数据通过无线网络发送到监控中心；所述控制电路板上的通信模块，包含串口电路，所述通信模块与数据处理模块相连，该装置可利用通信模块与外界相连以便调试所述的装置；所述控制电路板上的电源模块，包含直流供电电路和/或交流供电电路，负责给所述的装置供电。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的压力传感器的受力面位于本体的表面，所述的受力面上方设有一圈套筒。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的天线设于本体的最远离所述压力传感器的一端。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述以无线方式监测病人起居的装置进一步包含警报模块，该模块与数据处理模块相连并包含发光电路和/或发声电路。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述以无线方式监测病人起居的装置进一步包含复位模块，该模块与数据处理模块相连并包含复位按钮和复位电路。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的压力传感器是金属压力形变电阻传感器，所述的压力传感模块内的数据处理电路包括桥式信号采集电路、运放电路、滤波电路、温度补偿电路、A/D转换电路及线性修正电路。
7.一种无线监护网络，其特征在于，由若干个作为节点的如权利要求3所述的以无线方式监测病人起居的装置以及一作为控制中心的监控中心组成。
8.如权利要求7所述的无线监护网络，其特征在于，为了提高无线监护网络更高的可靠性，可以根据实际情况在网络盲点处加入中继路由器以便于数据可以更加畅通的传输。

技术领域\n本实用新型涉及嵌入式无线实时监控系统，尤其涉及一种基于Zigbee无线智能网络协议下的嵌入式无线智能离床感应设备和压力传感器结合而成的装置。\n背景技术\n在医院、社会福利院、精神病院或者家庭等护理机构中，需要对一些智障、残疾或无自理能力的病人进行监护，这类人群具有一定特殊性，即他们丧失了部分或全部的行为识别能力或行动能力，针对他们上述机构无法采用常规的护理方法进行监护，即常用的呼叫方式如手动呼叫、拨打救助电话、启动救助灯等无法有效的应用在他们身上，特别是在夜间起居护理时，护理人员一般不会长时间呆在病人的房间，但又必须对他们进行全天候的护理，这一矛盾困扰了护理机构。\n目前部分护理机构采用的病床护理方法，主要包括手动按钮呼叫、拨号救助、启动救助等有线手动呼叫，这些方法均基于有线网络，然而正如前述所说，这些方法对于普通的病人管理可以适用，但对于精神病人、智障老人、丧失手臂的残疾人等特殊人群则无法适用。\n针对精神病人、智障老人、丧失手臂的残疾人这一特殊人群，当前的离床感应系统主要基于有线网络架构，并在这一架构上设置压力传感模块，利用压力传感模块对监控对象进行全被动监控管理。这一系统主要存在以下几个缺点：一是布线任务繁重，施工成本高，所有信号线和电源线都需要一次性排布完毕，在确定好施工图纸后，必须一步到位；二是设备全固定，使用不灵活，在布线施工完成后，设备的安装方位也就固定了，而且床位的方位也随之固定，如果需要移动床位或变更设备，则需要全部重新翻修布线；三是无法随意增加或减少监控床位和设备，如果在病房内需要增加新的监控床位和设备，则需要重新布线和安装；四是系统维护成本高，系统维护存在重新布线和安装等问题，因此维护成本相对而言更高；五是整个系统基于有线网络导致病人的房间遍布线路，若线路老化或者被人为破坏，则系统丧失监护功能导致发生监护事故。\n实用新型内容\n本实用新型的目的在于提供一种以无线方式监测病人起居的装置，它针对智障、精神病、四肢不全等无自理能力的特殊病人的全程护理监护需求，以基于Zigbee协议下的无线智能传感通信网络为基础，将压力传感模块、数据处理模块与无线网络通信模块结合为一体，并结合病床设计其外形构造，可满足不同病床结构和承重的实际情况需求，它是一种可全被动实时监控病人离床信息，并满足病人夜间起居监护，同时保护被监护人员个人隐私的实时离床感应装置，该装置可确保传感和数据处理的有效性和可靠性，并可实现夜间离床报警、监控时间选择、报警范围设置、报警信息查询、信息网络化管理、可任意增减监控设备和网络节点等功能。本实用新型采用的技术方案如下所述。\n一种以无线方式监测病人起居的装置，由下述模块组成：\n压力传感模块，包含压力传感器以及相应的数据处理电路，负责感应压力的变化并将收集到的传感数据经数据处理电路处理后传送至数据处理模块；\n数据处理模块，包含MCU以及存储器，负责将压力传感模块传来的数据处理后传送到无线通信网络模块并负责储存数据；\n无线网络通信模块，包含基于Zigbee协议的射频收发电路以及天线，负责将数据处理模块传送来的信号通过无线网络发送到监控中心；\n通信模块，包含串口电路，所述通信模块与数据处理模块相连，该装置可利用通信模块与外界相连以便调试所述的装置；\n电源模块，包含直流供电电路和/或交流供电电路，负责给所述的装置供电。\n在一个优选的实施方式中，所述以无线方式监测病人起居的装置进一步包含警报模块，该模块与数据处理模块相连并包含发光电路和/或发声电路，以便于监护人员迅速找到安装该装置的地点。\n在一个优选的实施方式中，所述以无线方式监测病人起居的装置进一步包含复位模块，该模块与数据处理模块相连并包含复位按钮和复位电路，以便于监护人员将该装置设置于初始状态。\n其中，所述的压力传感器是金属压力形变电阻传感器，所述的压力传感模块内的数据处理电路包括桥式信号采集电路、运放电路、滤波电路、温度补偿电路、A/D转换电路及线性修正电路。\n由所述的装置作为节点，并将若干个节点以及监控中心组成的无线监护网络可以实现下述功能：所述的装置安装在病床的一个或多个床脚下，病人躺在床上时重力产生的压力平均分布在各个床脚上，而当病人离开床时，床脚上的压力将变小，通过检测和比较置于床脚的压力传感器压力变化值，来确定所述的压力变化值是否超过设定的范围，并根据判断结果确定病人是否离开床铺，若离开则装置通过发光发声的形式报警，同时判断结果将相关信息通过基于Zigbee通信协议的无线传感网络发送到监控中心，位于监控中心的监护人员可根据传来的信息及时赶到正确的位置并做处理，该处理包括通过装置上的复位按钮使装置回复初始工作状态。\n由若干个所述的装置作为节点以及一监控中心作为控制中心，上述装置可以组成一个无线监护网络，该网络的工作频段为2.4GHz，共16个传输频道，网络数据传输率低于250Kbps，无障碍点对点传输距离为350米，网络内数据的传输采用128位AES加密技术。该网络内数据包大小为8字节，数据包的格式包括前导码、地址、数据类型、有效数据载荷、校验码五个部分。该网络节点采用的无线射频接入模块通信协议栈包括兼容Zigbee协议的物理层(PHY)协议、数据链路层媒体接入控制(MAC)层协议、路由协议、网络拓扑控制协议、传输层协议和应用层协议，对应OSI网络模型的物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。其中，物理层(PHY)采用DSSS直接序列扩频调制技术，MAC层采用CSMA协议，网络拓扑结构控制算法采用低功耗自适应分簇算法(LEACH)，路由协议采用基于信源树的广播方式。所述的无线监护网络设置为可自适应无线组网，数据通信设置为采用点对点或点对多点方式，每个节点均具有网络路由功能，故该网络可以自由增减节点设备。\n为了提高无线监护网络更高的可靠性，可以根据实际情况在网络盲点处加入中继路由器以便于数据可以更加畅通的传输.\n为了降低无线监护网络数据通信的丢包率，节点传输数据采用搜寻最近中继路由方式传输，并且当传输失败时，将存储数据等待10秒后，再次请求发送，直到通信成功为止。\n更具体的，每个装置都可以设定压力变化报警范围、灵敏区间、报警方式和工作时间，譬如利用后台软件设置压力报警时间为夜间至早晨；各节点采用IP地址进行地址分配管理，每个节点拥有唯一的IP地址；所述的装置可通过RS232串口与外界通信，该串口除可以进行系统调试和程序设置，譬如通过RS232串口设置压力变化报警范围和设备工作时间等。\n更具体地，所述的无线监护网络管理采用轮询与实时中断报警相结合方式，通过轮询方式进行节点的维护和管理，而当某一节点出现报警时，将通过中断方式实时提供报警信息，同时报警信息存储在存储器内以及后台网络管理软件中，以便于查询。\n更具体地，所述的装置中的压力传感器的采集频率为每分钟一次，如果出现报警信息，则及时向上报告，如果没有出现报警信息，设备不发送任何信息，并处于休眠状态，同时监控中心每十分钟轮询一次本地网络内的节点，节点及时回复和报告监控中心的相关轮询要求轮询模式不仅极大减小离床感应设备的功耗，同时也降低了网络数据的传输量，减少数据丢包率，提高网络的通信质量。\n一种以无线方式监测病人起居的装置，包含本体，其中，一压力传感器嵌入本体的一端，一包含若干电路及模块的控制电路板设于本体内部距离所述压力传感器的最远端，所述控制电路板上设有数据处理电路，所述压力传感器感测到的数据经数据处理电路处理后传送至数据处理模块；所述控制电路板上的数据处理模块，包含MCU以及存储器，负责将压力传感模块传来的数据处理后传送到无线通信网络模块并负责储存数据；所述控制电路板上的无线网络通信模块，包含基于Zigbee协议的射频收发电路以及天线，负责将数据处理模块传送来的数据通过无线网络发送到监控中心；所述控制电路板上的通信模块，包含串口电路，所述通信模块与数据处理模块相连，该装置可利用通信模块与外界相连以便调试所述的装置；所述控制电路板上的电源模块，包含直流供电电路和/或交流供电电路，负责给所述的装置供电。\n其中，所述的压力传感器的受力面位于本体的表面，所述的受力面上方设有一圈套筒。\n其中，所述的天线设于本体的最远离所述压力传感器的一端。\n以上仅对本实用新型的技术方案做了概括性的描述，本实用新型所述的技术方案中的技术特征请见下述的实施例中的描述。\n附图说明\n图1是本实用新型中一种以无线方式监测病人起居的装置的外部结构示意图；\n图2是本实用新型中一种以无线方式监测病人起居的装置的内部电路原理框图；\n图3是本实用新型中一种以无线方式监测病人起居的装置的报警信号处理流程图；\n图4是本实用新型中一种以无线方式监测病人起居的装置的报警清除处理流程图；\n图5是本实用新型中一种以无线方式监测病人起居的装置的监控中心管理装置的流程图；\n主要符号含义：\n1、本体                2、压力传感器\n3、套筒                4、控制电路板\n5、天线                6、床脚\n7、复位按钮            8、LED光与声音报警器\n11、上表面             21、受力面\n41、数据处理电路       42、数据处理模块\n43、无线通信网络模块   44、通信模块\n45、电源模块           46、复位电路\n具体实施方式\n现依据附图，对本实用新型做进一步的描述。\n实施例\n本实用新型所提供的一种以无线方式监测病人起居的装置请见图1及图2所示.为了便于理解，在图1中仅展示了所述装置的一部分组件，所述的以无线方式监测病人起居的装置包含本体1、压力传感器2、套筒3、控制电路板4以及天线5.其中本体1是一种金属制成的硬质容器，压力传感器2以嵌入的方式安装于本体1的上表面，压力传感器2的受力面21与所述的本体1的上表面11持平，在本体1的上表面11的上方围绕所述的受力面21设有一圈套筒3，控制电路板4容置于本体1的内部，且控制电路板4设置于距离压力传感器2尽可能远的一端，天线4设于本体1的上表面11上方且远离所述的压力传感器2，其中，所述的压力传感器与所述的控制电路板4之间通过线路连接，所述的天谴5与所述的控制电路板4之间通过线路连接.下面请参见图2，该图主要展示了部分图1中未出现的组件以及控制电路板上的电路以及模块，所述的控制电路板4上设有数据处理电路41，它与所述的压力传感器2相连将压力传感器2收集到的传感数据进行一定的处理后传送至数据处理模块42；所述控制电路板4上的数据处理模块42，主要包含MCU以及存储器，它负责将数据处理电路传来的数据处理后传送到无线通信网络模块43并负责储存数据，本实施例中采用的MCU采用16位MSP430F133处理器，并包含64k的Flash存储器和8k的Ram；所述控制电路板4上的无线网络通信模块43是基于Zigbee协议的射频收发芯片以及周边电路，它负责将数据处理模块42传送来的数据通过无线网络发送到监控中心，本实施例采用的基于Zigbee协议的射频收发芯片是CC2430；所述控制电路板4上的通信模块44，包含串RS-232串口以及周边电路，所述通信模块44与数据处理模块42相连，该装置可利用RS232串口与外界相连以便调试所述的装置；所述控制电路板4上的电源模块45，包含直流供电电路，由9-30V的直流电源给所述的装置供电；所述的控制电路板4上还设有复位电路46，所述的复位电路46与所述的数据处理模块42相连，与复位电路46相连的还有一复位按钮7，所述的复位按钮7设于本体1的表面一不易被触碰到的位置；所述的本体1上还设有LED光与声音报警器8，它与数据处理模块42相连，以便接收来自数据处理模块42的指令发出相应的报警.所述的天线5与无线网络通信模块43相连.\n其中，所述的数据处理电路包括桥式信号采集电路、运放电路、滤波电路、温度补偿电路、A/D转换电路及线性修正电路，它们可以对接收到的数据做相应的处理以便将数据送至数据处理模块42处理。\n由所述的装置作为节点，并将若干个节点以及监控中心组成的无线监护网络可以实现下述功能：所述的装置安装在病床的一个或多个床脚6下，所述的压力传感器2的受力面21与所述的床脚6的底面均匀接触，故病人躺在床上时重力产生的压力平均分布在各个床脚6上，床脚6的压力通过压力传感器2可以感测得到一个精确的数值，而当病人离开床时，床脚6上的压力将变小，通过检测和比较置于床脚6的压力传感器2的压力变化值，来确定所述的压力变化值是否超过一设定的范围，并根据判断结果确定病人是否离开床铺，若离开则装置通过发光发声的形式报警，同时判断结果将相关信息通过基于Zigbee通信协议的无线传感网络发送到监控中心，位于监控中心的监护人员可根据传来的信息及时赶到正确的位置并做处理，该处理包括通过按下装置上的复位按钮7使装置回复初始工作状态。\n所述装置的结构特点在于本体1的上方设有不锈钢金属套筒3，床脚6完全套在套筒3内，由于有套筒3的固定，该装置不易从床脚6下脱离，保证了装置与床脚6的有效接触，而且，压力传感器2的受力面21完全处于床脚6的下方并与床脚6保持紧密均匀的接触从而使得所有来自床脚的压力均可传递于压力传感器2的受力面21之上，上述设计方法有效而巧妙的解决了装置的安装问题，另外控制电路板4与天线5安装于本体1距离压力传感器最远的一侧，这样控制电路板4上的模块和电路以及天线5基本不受到来自于压力传感器2的电磁干扰，使得装置更为稳定可靠、通信质量更高。\n由若干个所述的装置作为节点以及一监控中心作为控制中心，上述装置可以组成一个无线监护网络，该网络的工作频段为2.4GHz，共16个传输频道，网络数据传输率低于250Kbps，无障碍点对点传输距离为350米，网络内数据的传输采用128位AES加密技术。该网络内数据包大小为8字节，数据包的格式包括前导码、地址、数据类型、有效数据载荷、校验码五个部分。该网络节点采用的无线射频接入模块通信协议栈包括兼容Zigbee协议的物理层(PHY)协议、数据链路层媒体接入控制(MAC)层协议、路由协议、网络拓扑控制协议、传输层协议和应用层协议，对应OSI网络模型的物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。其中，物理层(PHY)采用DSSS直接序列扩频调制技术，MAC层采用CSMA协议，网络拓扑结构控制算法采用低功耗自适应分簇算法(LEACH)，路由协议采用基于信源树的广播方式。所述的无线监护网络设置为可自适应无线组网，数据通信设置为采用点对点或点对多点方式，每个节点均具有网络路由功能，故该网络可以自由增减节点设备。\n为了提高无线监护网络更高的可靠性，可以根据实际情况在网络盲点处加入中继路由器以便于数据可以更加畅通的传输.为了降低无线监护网络数据通信的丢包率，节点传输数据采用搜寻最近中继路由方式传输，并且当传输失败时，将存储数据等待10秒后，再次请求发送，直到通信成功为止.更具体的，每个装置都可以设定压力变化报警范围、灵敏区间、报警方式和工作时间，譬如利用后台软件设置压力报警时间为夜间至早晨；各节点采用IP地址进行地址分配管理，每个节点拥有唯一的IP地址；所述的装置可通过RS232串口与外界通信，该串口除可以进行系统调试和程序设置，譬如通过RS232串口设置压力变化报警范围和设备工作时间等.更具体地，所述的无线监护网络管理采用轮询与实时中断报警相结合方式，通过轮询方式进行节点的维护和管理，而当某一节点出现报警时，将通过中断方式实时提供报警信息，同时报警信息存储在存储器内以及后台网络管理软件中，以便于查询.更具体地，所述的装置中的压力传感器的采集频率为每分钟一次，如果出现报警信息，则及时向上报告，如果没有出现报警信息，设备不发送任何信息，并处于休眠状态，同时监控中心每十分钟轮询一次本地网络内的节点，节点及时回复和报告监控中心的相关轮询要求轮询模式不仅极大减小离床感应设备的功耗，同时也降低了网络数据的传输量，减少数据丢包率，提高网络的通信质量.\n所述装置感受到压力变化从而发出警报的流程图请见图3所示，\n请见步骤101，所述装置接通电源后进入初始化状态；\n请见步骤102，首先由所述的压力传感器2采集来自床脚6的压力数据；\n步骤103，压力数据采集到后送到数据处理电路41经过放大、滤波、线性修正、AD转换等处理后送至数据处理模块42；\n步骤104，数据处理模块42内的MCU将接收到的数据与数据处理模块42内的存储器储存的压力变化范围进行对比；\n步骤105，譬如根据病人及病床的整体质量110kg将压力范围设置为100-120kg，若病人从床上抛出一个重5kg的物品，则数据处理模块42认为感测到的压力数值105kg安全，指令装置返回初始状态；\n步骤106，若50kg重量的病人下床，则数据处理模块42认为感测到的压力数值60kg不安全，立即指示装置发出中断报警信号，并指示LED光与声音报警器8发出闪烁的亮光并发出报警的声音；\n步骤107，在数据处理模块42指示装置报警的同时，同时向无线网络通信模块43发出无线通信请求；\n步骤108，数据处理模块42寻找与它处于同一个本地网络内的节点或者路由器，发出通信握手请求；\n步骤109，若步骤108的通信握手请求得不到另一个节点的回应，则数据处理模块42将数据储存于存储器内并转至步骤107重新发送无线通信请求；\n步骤110，若步骤108的通信握手请求得到另一个节点的回应，则两个节点成功握手，准备通信；\n步骤111，当两个节点握手成功后，开始向握手成功的节点传送数据，传送完毕后返回装置的初始状态，等待下一次传感数据的采集以及传输指令，接获数据的节点向监控中心发出无线通信请求，监控中心同意握手请求后接收来目节点的数据并作下一步的处理。\n所述的装置收到警报后的处理流程请见图4所示，\n步骤201，本装置处于侦听本地无线网络各装置的状态；\n步骤202，当装置的复位按钮7按下后产生了复位中断请求，表明装置被人为操作，产生了硬件要求的高级中断；\n步骤203，所述的数据处理模块42立即响应硬件的中断请求，并初始化本装置，清空存储器内的数据；\n步骤204，数据处理模块42随即关闭LED光与声音报警器8；\n步骤210，若装置未检测到按钮硬件复位中断请求时，则判断能否接收无线网络通信数据，若不能接收，则返回步骤201继续侦听本地网络各装置的状态，若可以接收，则转到下一步骤；\n步骤211，若可以接收本地无线网络通信数据，则判断对方发出的通信握手请求是否是本地无线网络，如果不是，则返回步骤201继续侦听本地网络各装置的状态，如果是，则转到下一步骤；\n步骤212，若该装置判断对方发出的通信握手请求是本地无线网络的装置发出的，则与对方建立握手；如果此时握手不成功，则装置储存数据于存储器内并继续等待对方发出通信握手请求；若握手成功，则转到下一步；\n步骤213，若该装置与对方建立握手成功，则接收来自对方的数据，接收数据完毕后，初始化本装置，清空存储器内的数据，数据处理模块42随即关闭LED光与声音报警器8，返回继续侦听。\n所述无线监控网络内监控中心查询各装置响应的处理流程图请见图5所示，\n步骤301，装置处于侦听本地无线网络各装置的状态；\n步骤302，装置收到无线网络通信数据，譬如网络管理信号或者状态轮询请求，如果未收到，返回继续侦听；\n步骤303，装置判断该无线网络通信数据是否为本地无线网络发送来的，如果非本地无线网络发来的，返回继续侦听；\n步骤304，如果装置判断该无线网络通信数据来自于本地无线网络的监控中心，则建立通信握手，通信握手未建立，则存储数据继续并继续侦听；\n步骤305，装置建立通信握手成功后，接收来自监控中心发来的数据；\n步骤306，装置接收数据不成功，则存储数据并继续侦听，若接收数据成功则进入下一步；\n步骤307，装置接收数据完毕后，根据监控中心发来的指令要求，相应该请求，该请求包括装置目前的状态、装置感测到的压力范围是否正常、装置是否可以与其它装置建立握手；\n步骤308，装置相应请求完毕后，根据装置自身的状态，将处理结果发送回去；\n步骤309，装置发送完毕后，返回侦听。\n以上的描述和附图表示了本实用新型的优选实施例。可以理解，在不背离由所附权利要求所定义的本实用新型的原理的精神和范围的条件下，各种增加、变形和替换都应被包含在本实用新型的保护范围之内。