一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统，包括：感知层，由多个可穿戴生理信号检测设备组成，用于采集生理信号；认知层，与感知层的多个可穿戴生理信号检测设备连接，用于接收生理信号并基于生理信号分析得到健康等级；控制层，一端与认知层连接，另一端与各智能家居设备连接，用于接收认知层得到的健康等级，并根据健康等级控制各智能家居设备响应。与现有技术相比，本发明专利技术分为三层，基于心电、血压、血氧、体温等可穿戴传感器感知人的健康状况，可以获得更为准确的数据来源并易于维护升级。

An Automatic Health Monitoring System Based on Wearable Sensors and Smart Home

The invention relates to an automatic health monitoring system based on wearable sensors and smart home, which includes: a perception layer consisting of a plurality of wearable physiological signal detection devices for collecting physiological signals; a cognitive layer connected with a plurality of wearable physiological signal detection devices of the perception layer for receiving physiological signals and obtaining health levels based on physiological signal analysis; and a control layer. One end is connected with the cognitive layer and the other end is connected with the smart home devices. It receives the health level from the cognitive layer and controls the response of the smart home devices according to the health level. Compared with the prior art, the present invention is divided into three layers. Based on wearable sensors such as ECG, blood pressure, blood oxygen, body temperature and so on, the wearable sensor can sense human health status, obtain more accurate data sources and is easy to maintain and upgrade.

【技术实现步骤摘要】
一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统
本专利技术涉及一种健康监护系统，尤其是涉及一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统。
技术介绍
目前我国人口老龄化趋势却日渐严重。据统计，2015年60岁及以上人口达到2.22亿，预计到2025年，六十岁以上人口将达到3亿，成为超老年型国家。而当前我国已确诊的慢性病患者高达2.6亿人，慢性病导致的死亡已经占总死亡的85％，由慢性病导致的疾病负担已占疾病治疗总负担的70％。此外，随着生活节奏加快，人们工作生活压力增大，2017年9月统计数据显示，中国每年猝死人数达55万，而大部分猝死的诱因是冠心病，这种疾病常常发病突然，当事人不可预料。然而，另一方面我国医院情况却是人满为患，常常出现床位、检测护理设备、房间紧张，医生、护士超负荷工作，医疗质量难以保证。而冠心病等慢性病长期护理费用高，耗人又耗时间，心肌梗死等突发性疾病则因发现不及时而失去治疗最佳时机。尽管国家的新医改政策也力求解决这些问题，但是由于我国人口基数庞大，老龄化人数逐年增长，短时间内很难解决医疗需求与医疗资源不足的矛盾。近些年，随着传感器技术和互联网技术的迅速发展，各种能够检测生命体征参数的可穿戴设备层出不穷。这些设备能够实时检测出身体的心电、心率、血氧等生理信号，有的设备还有各种能够以软件支持或是云端交互、数据交换等信息技术为人们生活带来便利。但是，由于可穿戴设备技术和物联网技术发展不成熟，无论是医用的还是民用娱乐的，都存在数据用户解释性差的缺点。没有帮助用户认知自身健康状态，更没有实现与家居设备的交互和控制。并且将可穿戴设备检测信息直接上传云端处理，不仅存在数据安全和准确性问题，而且还涉及到个人隐私问题，而我国目前尚未有权威的互联网医疗健康数据隐私保护的健全法律制度，这些瓶颈问题使得这类可穿戴设备目前多以娱乐为主，没有完全实现对人体健康状况的监护。此外，随着智能化的不断发展和应用，市场上出现了各种智能家居系统，包括智能家居安防系统、灯光控制系统、家庭门禁系统、暖风空调系统、家庭影音系统等。这些智能家居系统更突出的优点是实现了无线自动控制，多数系统可以用手机无线控制。尽管通过安装这些智能家居设备生活更加方便了，但是除了没有统一标准、价格昂贵的不足外，目前这些智能家居系统很少有与居住者健康状况直接联系起来的家居设备自动控制，都属于人主动发出命令实现的调控，没有实现人的健康状态自动感知和与家居的自动交互，也无法对人进行健康状态的识别和监护。因此，根据现今实际情况，人们迫切需要能够实时监护自身健康的系统，在人忙碌没有健康意识的情况下自动检测人体健康信号，给人以健康状态异常实时提示，以便对心血管等疾病进行早预防早治疗，同时能够使家居环境跟随人体健康状态变化，变得更加舒适、智能，更有利于个人健康生活，减少生病的概率和医护费用，实现居家养老。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统，包括：感知层，由多个可穿戴生理信号检测设备组成，用于采集生理信号；认知层，与感知层的多个可穿戴生理信号检测设备连接，用于接收生理信号并基于生理信号分析得到健康等级；控制层，一端与认知层连接，另一端与各智能家居设备连接，用于接收认知层得到的健康等级，并根据健康等级控制各智能家居设备响应。所述感知层的可穿戴生理信号检测设备所采集的生理信号的种类包括心电信号、血压信号、血氧信号和体温信号。所述可穿戴生理信号检测设备均内设有与用于采集原始生理数据的传感器连接的数据预处理模块，该数据预处理模块包括：滤波电路，与传感器连接，用于对传感器采集的原始信号进行滤波；存储器，与滤波电路连接，用于将进过滤波的信号进行存储；无线数据收发器，与存储器连接，用于对外发送数据。所述无线数据收发器采用的通信方式为蓝牙4.0及以上版本。所述认知层分析得到健康等级的过程包括：步骤S101：基于心电信号提取R波波峰、RR间期、QRS间期、ST段位移、P波波峰和心率；步骤S102：针对R波波峰、RR间期、QRS间期、ST段位移、P波波峰和心率，以及血压、血氧和体温共9个生理特征分别判断各类生理特征是否异常，并记录异常次数；步骤S103：判断9个生理特征中是否存在至少一个生理特征出现异常，若为否，则认定健康状态为正常，如为是，则执行步骤S104；步骤S104：判断异常的生理特征数目是否达到2个或以上，若为是，则执行步骤S105，若为否，则执行步骤S106；步骤S105：判断是否存在单个生理特征的异常次数大于或等于2次，若为是，则认定健康状态为异常三级，若为否，则认定健康状态为异常二级；步骤S106：判断该异常的生理特征的异常次数是否超过1次，若为否，则认定健康状态为异常一级，若为是，则执行步骤S107；步骤S107：判断该异常的生理特征的异常次数是否超过5次，若为是，则认定健康状态为异常三级，若为否，则认定健康状态为异常二级。所述步骤S102中针对单个生理特征的异常判断过程包括：步骤S121：判断幅值是否在正常范围，若为是，是认定该生理特征正常，若为否，则执行步骤S122；步骤S122：判断连续超出正常范围的次数是否超过设定次数，若为是，则认定该生理特征异常，若为否，则执行步骤S123；步骤S123：判断上一次是否超出正常范围，若为是，则连续超出正常范围的次数加1，若为否，则认定该生理特征正常。所述智能家居设备包括灯具、音箱、空调、温湿度计、加湿器和除湿器。所述控制层的工作过程具体包括：步骤S201：连续读取健康状态等级，并载入房屋内温度和湿度，以及时间信息；步骤S202：根据健康状态等级、房屋内温度和湿度，以及时间信息控制各智能家居设备。所述步骤S202具体为：当健康状态为异常一级时，执行一下步骤：若在夜晚，开启灯具，启动音响，播放语音提示，告知异常生理特征；当健康状态为异常二级时，执行一下步骤：若在夜晚，开启灯光；启动音响，播放语音提示，告知异常生理特征并提示吃药；检查室内温度，启动或调节空调，使室温冬天温度为18摄氏度至25摄氏度，夏天温度为23摄氏度至28摄氏度，检查室内湿度，启动或调节加湿器或除湿器，使室内湿度冬天为30％至80％，夏天湿度为30％至60％；若健康状态为异常三级时，执行一下步骤：若在夜晚，开启灯光；启动音响，播放语音提示，告知异常生理特征并提示联系家人和医院；检查室内温度，启动或调节空调，使室温冬天温度为18摄氏度至25摄氏度，夏天温度为23摄氏度至28摄氏度。检查室内湿度，启动或调节加湿器或除湿器，使室内湿度冬天为30％至80％，夏天湿度为30％至60％；控制灯具闪烁。所述控制层通过KNX总线连接智能家居设备。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)分为三层，基于心电、血压、血氧、体温等可穿戴传感器感知人的健康状况，可以获得更为准确的数据来源并易于维护升级。2)家居控制基于心电数据而非心率数据，可以认知得到更多的信息，从而判断更加准确。3)基于心电信号得到6个生理特征，增加对于心脏健康状态的监控，提高安全监护效果。4)健康监护采用三级家居控制，不同级别对应不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统，其特征在于，包括：感知层，由多个可穿戴生理信号检测设备组成，用于采集生理信号；认知层，与感知层的多个可穿戴生理信号检测设备连接，用于接收生理信号并基于生理信号分析得到健康等级；控制层，一端与认知层连接，另一端与各智能家居设备连接，用于接收认知层得到的健康等级，并根据健康等级控制各智能家居设备响应。

【技术特征摘要】
1.一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统，其特征在于，包括：感知层，由多个可穿戴生理信号检测设备组成，用于采集生理信号；认知层，与感知层的多个可穿戴生理信号检测设备连接，用于接收生理信号并基于生理信号分析得到健康等级；控制层，一端与认知层连接，另一端与各智能家居设备连接，用于接收认知层得到的健康等级，并根据健康等级控制各智能家居设备响应。2.根据权利要求1所述的一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统，其特征在于，所述感知层的可穿戴生理信号检测设备所采集的生理信号的种类包括心电信号、血压信号、血氧信号和体温信号。3.根据权利要求1所述的一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统，其特征在于，所述可穿戴生理信号检测设备均内设有与用于采集原始生理数据的传感器连接的数据预处理模块，该数据预处理模块包括：滤波电路，与传感器连接，用于对传感器采集的原始信号进行滤波；存储器，与滤波电路连接，用于将进过滤波的信号进行存储；无线数据收发器，与存储器连接，用于对外发送数据。4.根据权利要求3所述的一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统，其特征在于，所述无线数据收发器采用的通信方式为蓝牙4.0及以上版本。5.根据权利要求2所述的一种基于可穿戴传感器和智能家居的自动健康监护系统，其特征在于，所述认知层分析得到健康等级的过程包括：步骤S101：基于心电信号提取R波波峰、RR间期、QRS间期、ST段位移、P波波峰和心率；步骤S102：针对R波波峰、RR间期、QRS间期、ST段位移、P波波峰和心率，以及血压、血氧和体温共9个生理特征分别判断各类生理特征是否异常，并记录异常次数；步骤S103：判断9个生理特征中是否存在至少一个生理特征出现异常，若为否，则认定健康状态为正常，如为是，则执行步骤S104；步骤S104：判断异常的生理特征数目是否达到2个或以上，若为是，则执行步骤S105，若为否，则执行步骤S106；步骤S105：判断是否存在单个生理特征的异常次数大于或等于2次，若为是，则认定健康状态为异常三级，若为否，则认定健康状态为异常二级；步骤S106：判断该异常的生理特征的异常次数是否超过1次，若为否，则认定健康状态为异常一级，若为是，则执行步骤S107；步骤S107：判断该异常的生理特征的异常次数是否超...

【专利技术属性】
技术研发人员：何宏，陈昉，赵文秀，彭飞虎，姚慧芳，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31