[0001] 本发明涉及一种用于远程人体状态监测技术，尤其涉及一种基于ZigBee技术的身体活动状态的监测终端、监测系统及监测方法。

[0002] 随着生活水平的不断提高以及城市老龄化比例的提高，人们越来越关注健康问题，医疗检测设备的家庭化逐渐成为了趋势。在中国，60岁以上的老年人及不能独立生活的人口占全国总人口的10％。这些老年人和残障人士需要大量的看护服务。从某种意义上讲，如何对老年人和残障人士进行全方位的服务是社会进步和文明的表现，是摆在当今人们面前的一个重要课题。

[0003] 目前，国内在独居老年人远程监护方面的研究还不多，首都医科大学生物医学工程系完成的独居老年人行动分析及异常报警系统利用检测到的信号，能够主动判断检测对象(如老年人)的状况，对实现独居老年人的照顾进行了一种尝试。但是由于上述系统在进行所述行动分析时采用单片机进行计算，只能进行比较简单的算法，因此系统的智能性较低。另外，上海交通大学图像分析与机器智能实验室提出并实现的家庭远程医疗监护报警和咨询智能系统，运用数据融合、数据挖掘、小波分析、模式识别、人工智能等方法对通过摄像头获取的现场信息进行分析，具有一定的智能性，但由于采用了家庭医疗监护仪、可控万向云台等设备，其成本较高，主要适用于针对患者进行监护。另外一些大学研制的老年人监护系统对监护信息的传送进行了探索。

[0004] 在西方发达国家，特别是美国、日本，近些年，有许多大学、公司和研究机构也在开展这一课题的研究工作。美国维吉尼亚大学的医疗设备自动化研究中心设计的智能居所监护系统采用低成本的传感器获取老年人活动，通过数据挖掘技术建立老年人的活动规律。能够实现针对不同老年人的实时监护，只是需要布置大量的传感器，对老年人的生活带来了极大的不便。日本国立长寿研究所老年学部也提出了一种针对老年人的无监督的健康监护的实现方法。另外，法国的系统结构分析实验室也正在进行针对独居老年人的多感应器的远程监护系统。

[0005] 综上，现有技术的远程人体状态监测方法，不能兼顾监测效果、产品成本以及使用上的便利性。因此，需要开发一种监测效果好、成本低且使用便利的老年人检测装置与方法。

[0035] 体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的保护范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

[0036] 本发明实施例的身体活动状态监测系统，通过本发明实施例的身体活动状态监测方法实现被监测对象的状态监测。本发明实施例的身体活动状态监测系统，具有本发明实施例的身体活动状态监测终端。本发明实施例的身体活动状态监测方法，也需要借助于佩戴于被监测对象身体某个部位的本发明实施例的身体活动状态监测终端实现。

[0037] 如图1所示，本发明实施例的身体活动状态监测系统，主要由以下几部分组成：监控中心、ZigBee协调器基站(以下简称为协调器基站)和监测终端。

[0038] 从总的工作原理来讲，佩戴于被监测对象身上的监测终端用于感知被监测对象身体活动状态的变化(例如：站、卧、跌倒等)，从而实现被监测对象的身体活动状态监测；而监测终端所得到的所述表示身体活动状态变化的监测数据要借助于所述协调器基站传送给所述监控中心进行处理，监控中心的处理方式包括进行报警、进行状态数据的分析等。而从通信方式的角度讲，监控中心与协调器基站之间是有线连接，通过有线通信方式(例如串行或并行通信)进行信息或数据传递；而监测终端与协调器基站之间，是无线连接，通过无线通信方式进行信息或数据传递。下面分别介绍本发明优选实施例的身体活动状态监测系统的各部分的功能、工作原理和相互间的连接关系及数据传送。

[0039] 首先介绍监测终端。本发明优选实施例的身体活动状态监测系统，可以同时支持多个监测终端的工作。而对每一个被监测对象而言，其只需佩戴一个即可。其所适用的被监测对象不限于老年人，也适用于需要进行身体活动监测的孩童、患者、残障人士等。而所述监测终端的操作者，并不局限于被监测对象，也可以包括被监测对象的监护人及其他可操作监测终端的相关人员。

[0040] 所述监测终端，用于检测和传送被监测对象的身体活动状态信息；所述监测终端，佩戴于被监测对象的身体的某个部位，优选的，佩戴于被监测对象的腰部，因为针对身体的不同的活动状态，均与腰部的动作有关，且佩戴于腰部，也会给被监测对象最大的佩戴舒适感，也不会影响被监测对象的身体活动。

[0041] 下面再介绍所述监测终端的软硬件配置。

[0042] 从硬件配置上讲，监测终端包括一外壳，传感器模块、微处理器、电源稳压模块等被封装在所述外壳内，所述外壳上可设置有天线、各种按键、显示屏等。

[0043] 如图2所示，被监测对象所佩戴的监测终端的内部模块连接关系为：CC2430微处理器分别与变压器(天线)、电源与稳压模块、OLED显示模块、按键以及作为传感器的加速度传感器MMA7260QT相连接。CC2430微处理器每隔一定时间对加速度传感器三个方向上的加速度检测的输出值进行AD转换，而后进一步进行状态的判定。

[0044] 其中的显示屏例如为一块1英寸的OLED显示屏，所述显示屏幕与OLED显示模块相连接以用于显示监测系统工作状态或监测数据等信息，例如相关监测数据、系统工作是否正常，网络连接是否正常等；还可以显示电池电量是否充足、时间等信息。所述按键的按键可以分为几种，包括开关按键、报警按键、选择按键等。开关按键用于控制监测开关的“开”与“关”的操作；报警按键用于被监测对象发生异常情况(例如跌倒、眩晕等)需要帮助时使用；而选择按键包括例如为“上”，“下”，“取消”，“确定”等的菜单功能按键，用于操作屏幕显示的菜单；为了便于被监测对象携带和使用，监测终端可使用两节7号电池作为供电电源，电源与所述监测终端的供电电路之间还连接有稳压模块。而所述天线则用于所述监测终端与所述协调器基站之间的通信，所述天线还与非平衡变压器连接，连接所述非平衡变压器可是所述天线性能更好。

[0045] 本发明实施例的所述监测终端内部，用于检测被监测对象身体活动状态的传感器优选的为飞思卡尔(Freescale)公司的三轴向加速度传感器(以下简称MMA7260QT)，MMA7260QT具有三轴向的感应功能，工作时电流消耗仅为500μA，在休眠模式状态下电流消耗3μA，并能够在2.2至3.6V的低电压下运行。

[0046] 如图3所示，所述监测终端的工作流程的如下：所述监测终端初始化后，扫描信道，并加入到所述协调器基站建立的ZigBee无线网络中，获得16位网络地址，所述监测终端的所述显示屏上会显示菜单，点击“连接网络”后，所述监测终端与所述协调器基站建立绑定关系，点击“发送数据”后，监测终端开始进行身体状态的检测，每隔一定的间隔(例如0.5秒)读取加速度传感器MMA7260QT的三轴加速度数据，并进行AD转换，通过分类器的判断得到被监测对象的身体状态，并判断是否与前一次的状态相同，若相同则继续监测，并不向协调器基站发送数据，这是一种节电的模式，因为通过天线发送检测数据也需要消耗所述监测终端中电池的电能。若不相同则将数据打包后发送给所述协调器基站，然后继续进行监测；若点击菜单上的“紧急求救”或者按下报警按键后，监测终端向协调器基站发送紧急报警信息。

[0047] 本发明实施例的监测终端的传感器，以设定的时间间隔检测被监测对象的身体活动状态的改变，例如设定0.1秒至1秒钟、0.1秒至10秒钟或者更大的时间间隔。也可以给不同的时段设置不同的时间间隔，例如早晨，被监测对象的活动变化较频繁，且对老年人来说，也是一天中风险较大的时段，因此可以设置相对较小的时间间隔；再例如中午，被监测对象的活动变化相对较少，可以设置相对较大的时间间隔。

[0048] 所述处理器是所述监测终端的核心，其将所述传感器传来的检测信号数据，经判断得出所述被监测对象的身体状态变化信息后，通过所述天线，经所述协调器基站，传送给所述监控中心。

[0049] 为了能够对被监测对象的身体活动状态进行准确的判断，我们根据需求对被监测对象(优选的是老年人)的身体状态划分为八种，分别为站立、躺下、左侧卧倒、右侧卧倒、倒立、俯卧、慢跑和跌倒。相对于身体状态的变化，加速度传感器每一轴上的电压值是和这一轴的受力情况相关的。按照所述监测终端的正常佩戴方式，X轴为前后方向，Y轴为左右方向，Z轴为上下方向。当三个方向均不受力时，三个方向上的电压值分布在1.2伏到2.1伏之间。当仅有一个方向受力时，这种情况为站立、躺下、左侧卧倒、右侧卧倒、倒立(紧急情况)、俯卧，此时该方向仅受重力作用。以站立为例，Y、X轴不受任何力的作用，所以仍在1.2伏到1.7伏之间，而Z轴受到重力的作用，且其方向与Z轴的正方向相同，电压值会有所增大，其值合理范围在2.2伏到2.7伏之间。当处于倒立(紧急情况)状态时，同样Y、X轴不受任何力的作用，仍在1.2伏到1.7伏之间，而Z轴受到重力的作用，且其方向与Z轴的负方向相同，电压值会有所减少，其值合理范围在0.6伏到1.1伏之间。其他的仅有一个方向受重力作用的情况与上述情况类似。当被监测对象处于慢跑状态时，经过测试，X，Y轴上由于几乎不受力的作用所以电压变化的范围不大，在1.2伏到1.7伏之间，而Z轴主要在
1.2伏到1.7伏区间内变化。当被监测对象摔倒(前向摔倒)时，会产生前向速度的很大变化，反映在加速度传感器上就是X轴电压值的激增和锐减，即小于0.7，或者大于2.6伏。
其他不在上述八种情况范围的状态，可认为是一种“未知状态”。按照我们认可的被监测对象的身体活动状态，经过实际测试可知上述分析是正确合理的，以右侧卧倒为例，X轴电压分布在大于1.2伏，小于1.7伏内，Y轴电压分布在大于0.6伏，小于1.1伏区间内，Z轴电压分布在大于1.2伏，小于1.7伏区间内。

[0050] 本发明的实施例的所述监测终端，根据需求对被监测对象的身体活动状态进行分类，分类的情况有多种；例如：分类1、划分为八种，分别为站立、躺下、左侧卧倒、右侧卧倒、倒立、俯卧、慢跑和跌倒。分类2、划分为立(包含站立和倒立)、躺、卧(左侧卧和右侧卧)、俯卧、跑、跌倒等六种；分类3、也可简单的划分为两种：即正常活动状态(除跌倒之外的其他状态)和异常状态(跌倒)。

[0051] 对于分类1，各个活动状态相对应的电压值进行分类，发现对应每种状态，其电压值有如表1分布。利用表1中的结果电压分布，通过对所述传感器所采集的三轴电压值的判断，即可完成对被监测对象的身体活动状态的判断。具体可由分类器实现。

[0052] 表1

[0053]

[0054]

[0055] 而对于分类2，则通过表2所实现的分类器判断被监测对象的身体活动状态即可。可对于所述分类3，则只需判断X轴电压是否小于0.7或者是大于2.6即可。或者说，对于所述分类3，相当于通过表3所实现的分类器判断被监测对象的身体活动状态。

[0056] 表2

[0057]

[0058] 表3

[0059]身体状态 X轴电压(V)
跌倒 X＜0.7或X＞2.6
正常状态 0.6＜X＜2.7

[0060] 若经过判断被监测对象处于跌倒状态，该状态信号向监控中心传送，由监控中心的报警模块做相应的处理后，按其指定的方式和指定的号码报警。由被监测对象通过报警按键或者菜单选项触发的报警，也通过所述协调器基站向所述监控中心传送，由监控中心的报警模块做相应的处理后，按其指定的方式及指定的号码报警。

[0061] 介绍了监测终端之后，再介绍协调器基站。

[0062] 本发明实施例的身体活动状态监测系统，其中的所述协调器基站，用于初始化并维护ZigBee无线网络和是所述监测终端与所述监控中心之间进行信息传递的纽带；目前，ZigBee技术主要应用的领域包括工业自动化、智能楼宇，消费和家用自动化以及医用设备控制和农业自动化等方面。虽然应用范围较广，但将ZigBee技术用于被监测对象的身体监测的研究和实现尚未见报道。

[0063] 本发明的身体活动状态监测系统，可以称之为是一种基于ZigBee技术的身体活动状态监测系统，协调器基站和监测终端之间的ZigBee无线通信平台使用德州仪器(TI)公司的CC2430作为微处理器。协调器基站的内部模块连接关系为：CC2430微处理器分别与RS232收发器、电源稳压模块、OLED显示模块、按键相连接。CC2430内部集成了一个高性能和低功耗的8051微控制器核以及符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机，可无需外接收发模块而直接通过变压器与天线相连。ZigBee协调器基站在上电后，建立个人局域网(Personal Area Network，PAN)，允许被监测对象的监测终端加入到ZigBee无线网络中，实现数据(也包括指令传递)的发送与接收。为保证ZigBee无线网络的稳定性，协调器基站使用交流转+5伏直流的电源供电。在接收和发射模式下，CC2430的电流损耗分别低于27mA或25mA。

[0064] 从硬件配置上讲，协调器基站也包括一外壳，处理器模块和电源模块等被封装在所述外壳内，所述外壳上可设置有OLED显示屏、多个按键、用于与所述监测终端通信的天线和用于与监控中心通信的串口等。

[0065] 本发明实施例的身体活动状态监测系统，其协调器基站中使用一个非平衡天线，连接非平衡变压器可使天线性能更好。

[0066] 本发明实施例的身体活动状态监测系统与监测方法中，所述协调器基站的主要功能有两个，一是初始化和维护一个有所述监测终端加入的ZigBee无线网络，二是作为所述监测终端与所述监控中心之间数据通信的中转站，如图6所示，所述协调器基站的一侧通过所述ZigBee无线网络与所述监测终端之间通信，所述协调器基站的另一侧通过串口与所述监控中心通信。如图4所示，所述协调器基站是无线监控网络的发起创建者，在软硬件初始化后开始建立新的网络，对各信道进行能量扫描，选择一个空闲信道，找到合适的通道后，为新网络选择一个网络标识符，从而建立新的ZigBee无线网络，并允许所述监测终端加入，等待与所述监测终端(一个或多个被监测对象的所述监测终端)的绑定，完成绑定后，不断监测是否有数据从所述监测终端传来，并将传来的所述数据通过串口收发子程序发送到PC机，同时所述协调器基站检测串口是否有从PC机传来的数据，如有则进入到无线收发子程序发送给所述监测终端。

[0067] 所述协调器基站开机后，所述监测终端会自动加入协调器基站建立的ZigBee无线网络，所述监测终端的操作者可通过选择监测终端的菜单上的选项，启动所述监测终端与所述协调器基站的无线数据通信。本发明实施例的身体活动状态监测系统，多个所述监测终端能够同时加入到协调器基站所维护的ZigBee无线网络中，形成星状的网络拓扑结构，并对各所述监测终端同时处于监测状态，当所述监测终端暂时与ZigBee无线网络断开网络连接时，所述监测终端自动监测ZigBee无线网络的存在与否，并会自动重新加入到所述协调器基站所维护的ZigBee无线网络中，以维持所述监测终端与所述协调器基站之间的正常数据收发。

[0068] 介绍完了监测终端与协调器基站，再介绍本发明实施例的身体活动状态监测系统的监控中心：

[0069] 本发明实施例的身体活动状态监测系统，监控中心包括控制模块、显示模块、查询模块、分析模块和通信模块等，各软件模块可由运行在PC机上的软件实现。

[0070] 所述监控中心能够显示多位被监测对象的身体活动状态信息，例如显示被监测对象的身体活动状态是站立、躺下、俯卧、左侧卧倒、右侧卧倒、慢跑、紧急情况(倒立)、摔倒这八种状态之一；同时，接收到被监测对象的身体活动状态数据后，通过存储模块对这些数据进行存储，以便查询模块的进行查询和处理模块中的分析单元进行分析。查询模块进行查询时，如图9所示，可通过显示模块进行查询结果的显示。

[0071] 所述监控中心的所述处理模块的所述分析单元，分析被监测对象保持同一种身体活动状态持续的时间与身体活动状态变化的周期、规律，来对被监测对象的身体健康状况进行分析。例如，如果被监测对象躺与卧的状态持续超过8-10小时，说明被监测对象可能因病处于卧床状态，可以发出相应的提醒，提醒被监测对象的家人或监护人关注被监测对象的实际健康状态。再例如，如果被监测对象日常除正常睡眠外，处于躺或卧状态的时间极小，而在某一日监测到其处于躺或卧状态的时间大大增加，也可以发出相应的提醒，提醒被监测对象的家人或监护人关注被监测对象的实际健康状态。

[0072] 所述监控中心的所述处理模块，接收到被监测对象身上佩戴的监测终端发来的求救信息、或通过分析得知被监测对象处于紧急情况或摔倒状态后，通过所述报警模块完成语音报警或短信报警，或者两种方式同时报警。如图7所示，接收该短信报警的短信接收者的手机号码能够通过软件来预先设定。短信报警的短信通过GSM模块发送给所述短信接收者。作为监控中心的PC机与GSM短信模块之间，通过串口线相连，通过串口收发子程序进行通信。

[0073] 以上描述了监控中心对监测终端所发来的数据进行的处理，同时，监控中心也会向监测终端发送信息，应用人工心理和人工情感的方法，提供个性化的服务模式，为老人提供心理寂慰，如图6所示，也是通过协调器基站向监测终端发送该信息。其所发送的信息，例如可包括针对每位被监测对象，向被监测对象身体状态监测终端发送提示信息，所述提示信息可以包括：“按时吃药”、“速回电话”、“添减衣物”以及“小心着凉”等。

[0074] 最后在简单介绍一下监控中心软件的功能与操作：打开EXE程序后，点击“通信设置”按钮后，弹出“通信设置”对话框，在对话框内，能够设置所述协调器基站和所述GSM短信模块的串口号，以及报警短信接收号码，同时能够设定是否在出现紧急状况时使用语音或者短信报警。在设置好通信串口以及协调器基站完成与监测终端的绑定后，在主窗口就能够监视被监测对象的身体活动状态了，每位被监测对象对应的状态包括站立，躺下，俯卧，左侧卧倒，右侧卧倒，慢跑，紧急情况(倒立)，摔倒这八种状态，以及紧急求救一种主动报警。当出现紧急情况，摔倒，紧急求救这三种情况时，可将被监测对象身体状态显示栏会变为红色，并按照用户设置的情况进行语音和短信报警，短信的内容例如为“紧急情况，速来救治”，用户能够通过设置主界面的事件提醒框的内容针对每位被监测对象进行事件提示，包括“按时吃药”，“速回电话”，“添减衣物”以及“小心着凉”等四种或多种提示内容，点击“发送”按钮后，提示内容会显示在对应被监测对象的身体监测终端的显示屏幕上；点击主界面的“查看记录”按钮，会弹出“查看记录”对话框，在对话框中，能够通过选择被监测对象的编号显示对应被监测对象的身体状态记录，其中包括每种状态发生的时间以及持续的时间。也可对每种状态发生的时间以及持续的时间进行统计分析并以图表显示。

[0075] 本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。