一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法，它包括根据呼吸温度数组的平均呼吸温度大小判断发热情况，根据呼吸温度数组的波峰大小比较判断咳嗽情况，根据呼吸温度数组一定时间内的连续温度平均比较判断呼吸骤停情况，根据呼吸温度数组的波峰和波谷数据间的差值大小判断呼吸衰竭情况，根据FFT算法计算得到呼吸频率数据与基准值判断呼吸急促情况。本发明专利技术通过测温RFID标签采集人员初始呼吸温度数据，结合射频读写器装置及应用软件实时动态呼吸波形的显示，给出用户的平均呼吸温度、频率等参数，通过算法处理提取的呼吸特征数据进行处理比较以判断是否存在呼吸异常状况，实现对个人及群体的呼吸状况实时监测与显示，及时通过呼吸数据了解健康状况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法
本专利技术涉及呼吸监测
，尤其涉及一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法。
技术介绍
在新冠病毒肺炎等高传染性呼吸疾病的防控中，不管是病人还是健康人群，如何对各类人员的体温、呼吸等健康状况进行实时的检验和监测是疫情防控中面临的难题。疫情期间，对流动人员最常使用的测温的方式主要为红外测温仪，主要测量人体体表温度，效率低且易受环境温度、测温距离的影响导致可靠性低。另外，在重大呼吸性高传染疫情前，小区人员、企业复工复产员工、学校学生或个人的呼吸健康管控和记录极其消耗人力物力。近年来，随着物联网技术的快速发展，一些设备和方法已被提出用于个人的呼吸健康监测。现有的无线呼吸温度检测方法主要有使用温度传感器和使用NFC近场通信，其中：NFC近场通信距离往往在30厘米内才能读取，无法做到人员在正常活动时的呼吸状况实时监测，也无法对多个人员同时进行监测。并且，现有NFC进场通信的方法仅记录短时间呼吸的温度，未对呼吸频率、咳嗽、呼吸骤停、呼吸衰竭等呼吸特征进行提取分析，不具备异常提醒功能，主要为对现有测温仪测温方式的替代方案。另外，基于温度传感器有源电路的监测呼吸的方法，需要将可充电的供电电源、微处理电路、数据通讯电路等集成在一起，增加了人员佩戴负担。并且现有有源温度传感器呼吸监测方法采用对呼吸温度的峰值与谷值计数计算，当采集的温度数据因为设备精度等问题出现小范围波动时会造成较大的计算误差，得出错误的呼吸频率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法，少环境温度的影响、并且是无线实时、适用于个人和群体人员的呼吸健康监测和管理，通过感知口鼻呼气吸气引起的温度变化来测量出平均呼吸温度、呼吸频率、吸气时长、呼气时长等呼吸参数，以及是否存在呼吸急促、呼吸温度过高、呼吸衰竭、呼吸骤停等呼吸异常情况。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法，其通过在人体口鼻呼吸交汇处固定测温RFID标签以采集人体呼吸温度数据(所述测温RFID标签采用柔性材料，可贴附于包括并不限于头盔、口罩等物体表面)。通过超高频射频读写装置发送的射频信号及测温指令返回温度数据，并在应用系统部分进行算法设计，实时显示呼吸波形，并对初始呼吸数据进行特征提取；其包括如下步骤：应用系统软件发送开始测温指令通过RS232串口线或网口方式传输到射频读写器装置，循环读取间隔取0.5S(可根据精度需求调整)。射频读写器装置获取到测温指令后，通过高增益圆极化读写器天线发射带有测温指令的射频信号到所述测温RFID标签。测温RFID标签可使用无源及半无源两种模式：无源模式下，测温RFID标签处于有效读取范围内时，读写器发射的射频电磁波在测温RFID标签上产生的能量即可驱动芯片完成解码、解析、读取温度电路数据、编码及反向调制等功能，无需电池，距离常为5米左右；半无源模式下，测温RFID标签仍使用反射调制方式应答，但采用了1.6V薄膜电池供接收或温度传感电路工作，因此读取距离比无源模式远，距离为35米左右。RFID温度标签为被动式标签，由射频读写器触发工作，测温RFID标签与射频读写器的通信协议可使用ISO/IEC18000-6(860MHz-960MH)，ISO/IEC18000-4(2.45GHz/5.8GHz)，ISO/IEC18000-7(433MHz)，EPCClass1Gen2及其他RFID通信协议标准。所述测温芯片位于所述RFID温度标签上，所述芯片具有唯一的电子编码，通过射频读写器的询问指令可读取和写入人员身份识别信息。射频读写器装置每一定间隔(可根据实际应用需求设置循环读取间隔时间)发射温度及标签号读取指令，所述测温RFID标签收到指令后立即读取当前呼吸温度和标签号返回至射频读写器装置，常以0.5S以内的间隔获取。应用系统以设置的间隔(常使用t＝0.5s间隔)循环接收到属于相应测温RFID标签的传回的温度数据，数据与标签号一一对应。获取温度数据后，应用系统可绘制实时呼吸温度曲线，横坐标为0.5秒间隔递增，纵坐标为温度数值，单位为℃。且同时获取多测温RFID标签数据时，根据不同标签号，分别绘制实时呼吸温度曲线，不同测温RFID标签读取的温度数据互不影响。绘制实时呼吸波形的同时，应用系统软件将呼吸温度存入数组，采样频率为射频读写装置测温间隔的倒数，即f即为采样频率,采样间隔为0.5s时，采样频率即为2Hz，而人体在呼吸频率为0.2～0.5次/秒，即0.2Hz～0.5Hz，具体采样间隔和频率根据具体应用需要可调整。根据精度需要，可对任意时间长度，如10秒、30秒、60秒的呼吸数据使用快速傅里叶变换算法(FastFourierTransform，FFT)，离散傅里叶变换(DiscreteFourierTransform，DFT)计算量较大，N点DFT变换需要N2次计算，时间抽取基2FFT算法仅需减少了计算量，并且排除了测量等误差带来的高次谐波的影响，从而快速、准确得出相应时间频段内的呼吸频率数据。计算呼吸频率的同时，通过对采集的温度数据进行平均计算，即温度同时，算法设置温度最大值及最小值限定(30℃-37℃)，滤除传输误码、采集误码造成的异常温度数据。绘制呼吸波形时，收集相应咳嗽、呼吸急促、呼吸骤停、呼吸衰竭的呼吸图形及数据，提取相应呼吸特征，例如，咳嗽的呼吸温度数据会出现短暂升高然后下降，可设置短时间如1秒内最高温度阈值，例如对0.5秒间隔存储的呼吸温度数据进行判断：数组temperature[t1，t2，…，tn],遍历计算1秒内的平均数据如(t1+t2)/2，(t2+t3)/2，…，(tn-1+tn)/2，若大于平均呼吸温度0.3°以上，则判断疑似咳嗽1次；呼吸骤停情况时呼吸温度会连续下降，遍历计算3秒内平均温度如(t1+t2+t3+t4+t5+t6)/6，(t4+t5+t6+t7+t8+t9)/6，…，(tn-5+tn-4+tn-3+tn-2+tn-1+tn)/6，存在若小于一分钟前呼吸温度1.5°以上，则判断疑似出现呼吸骤停情况或测温RFID标签未放置于口鼻呼吸交汇处；呼吸出现衰竭情况时呼吸波峰和波谷数据差相较于正常情况小，例如，先提取波峰数据，如果(tm-1<tm，tm>tm+1){tp[i]＝tm}，tp数组即为波峰数据，其中i从0开始为数组的编号，m为大于1小于n的数；如果(tm-1>tm<tm+1){tv[i]＝tm}，tv数组即为波谷数据。若tp[i]和tv[i]的差值小于预设基准波峰与波谷差值0.5倍以上时，判断疑似呼吸衰竭；呼吸特征数据如平均呼吸温度、呼吸频率、吸气时长、呼气时长等呼吸参数，以及是否存在呼吸急促、呼吸温度过高、呼吸衰竭、呼吸骤停等呼吸异常情况可保存在本地系统中或上传至云服务器，以实现个人或群体人员的呼吸健康可视化管理。本专利技术的有益效果为：通过以一定间隔(0.1s-0.5s)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法，其特征在于：所述呼吸监测方法包括提取呼吸温度数组中的呼吸特征数据并根据计算呼吸温度数组的平均呼吸温度大小判断是否出现发热情况，根据呼吸温度数组的波峰大小比较判断是否出现咳嗽的情况，根据呼吸温度数组一定时间内的连续温度平均比较判断是否出现呼吸骤停的情况，根据计算呼吸温度数组的波峰和波谷数据之间的差值大小判断是否出现呼吸衰竭的情况，以及根据FFT算法计算得到呼吸频率数据与基准值判断是否出现呼吸急促的情况。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法，其特征在于：所述呼吸监测方法包括提取呼吸温度数组中的呼吸特征数据并根据计算呼吸温度数组的平均呼吸温度大小判断是否出现发热情况，根据呼吸温度数组的波峰大小比较判断是否出现咳嗽的情况，根据呼吸温度数组一定时间内的连续温度平均比较判断是否出现呼吸骤停的情况，根据计算呼吸温度数组的波峰和波谷数据之间的差值大小判断是否出现呼吸衰竭的情况，以及根据FFT算法计算得到呼吸频率数据与基准值判断是否出现呼吸急促的情况。


2.根据权利要求1所述的一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法，其特征在于：所述根据呼吸温度数组的波峰大小比较判断是否出现咳嗽的情况包括：对呼吸温度数组初步处理提取波峰存入新数组，并遍历计算每个新数组元素与其前一位、后一位以及后两位的差值，如果某个元素的温度与其前一位、后一位以及后两位的差值大于第一预设温度范围时，则判断为咳嗽。


3.根据权利要求1所述的一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法，其特征在于：所述根据计算呼吸温度数组的平均呼吸温度大小判断是否出现呼吸发热的情况包括：对呼吸温度数组进行均值计算，如果平均呼吸温度大于第二预设温度范围，则判断为呼吸发热。


4.根据权利要求1所述的一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法，其特征在于：所述根据计算呼吸温度数组判断是否出现呼吸骤停的情况包括：对呼吸温度数组以第一固定时间间隔划分为多个子数组，并遍历计算每个子数组的平均呼吸温度，如果某个子数组的平均呼吸温度小于其前一个时间间隔的呼吸温度的第二预设温度范围，则判断为呼吸骤停。


5.根据权利要求1所述的一种基于RFID的无线实时呼吸监测方法，其特征在于：所述根据计算呼吸温度数组的波峰和波谷数据之间的差值大小判断是否出现呼吸衰竭的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宗良，吴旭，尹平，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51