技术领域
[0001] 本
发明涉及一种基于紫蜂(Zigbee)的多功能睡眠护理和监测装置，可以针对不同年龄和状况的使用者，方便地扩展和配置功能。
背景技术
[0002] 随着生活节奏的加快，越来越多的人在睡眠中可能表现出一些威胁生命的症状，如睡眠呼吸暂停综合症、急性心衰等。尤其是老人和婴儿等人群，由于生理老化或未发育成熟，其在睡眠中猝死的比例都比较高。为此，有必要对具有睡眠病症特征的人进行监护。但是，常规的睡眠监测或监护仪器由于造价高以及操作复杂，一般只能在医院配备，由专业的医护人员负责监护和使用。对绝大多数人来说，长期在医院进行睡眠监护不太现实。因此，对家用睡眠监测仪器的需求在不断扩大。
[0003] 但是，现有的家用睡眠监测设备，其功能比较单一，缺乏可扩展性，不能满足不同年龄层和病患状况的需求；不能同时支持家庭护理和远程护理。
发明内容
[0004] 本发明的目的是公开一种基于紫蜂(Zigbee)的多功能睡眠护理和监测装置，具有可扩展性，可以针对不同年龄和状况的使用者，同时支持家庭护理和远程护理，且使用方便，操作简单，尤其适合家庭使用。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
[0006] 一种基于紫蜂的多功能睡眠护理和监测装置，包括支持紫蜂协议的PDA或手机和睡眠监测
节点，能对睡眠者的多种生理参数进行监测；其中，
[0007] PDA或手机，支持USB
接口和SD/CF接口，至少包括LCD
液晶显示器、微
控制器单元(MCU)/数字
信号处理(DSP)、
电池、图像
传感器、声音传感器、紫蜂(Zigbee)模
块、GPRS/CDMA/3G模块、Flash/RAM、SD/CF存储卡、AD/DA模块、天线和输入设备，其中，
微控制器单元(MCU)/
数字信号处理(DSP)分别与紫蜂(Zigbee)模块、GPRS/CDMA/3G模块、Flash/RAM、SD/CF存储卡、AD/DA模块、输入设备电连接，紫蜂(Zigbee)模块、GPRS/CDMA/3G模块分别与天线电连接，AD/DA模块分别与图像传感器、声音传感器电连接，电池为各部件供电；
[0008] 睡眠监测节点，至少包括一个
数据处理单元、一个传感器，该数据处理单元与传感器之间电连接；
[0009] 睡眠监测节点与PDA或手机组成紫蜂(Zigbee)网络，PDA或手机负责建立和维护该网络；睡眠监测节点负责采集生理参数数据，并将数据通过紫蜂(Zigbee)网络传输给PDA或手机，用户通过PDA或手机的LCD液晶显示器进行监视。
[0010] 所述的睡眠护理和监测装置，其所述微控制器单元(MCU)/数字
信号处理(DSP)是指MCU和DSP处理器，两者为各自独立的芯片或集成在一个芯片内；紫蜂(Zigbee)模块是符合802.15.4/Zigbee协议标准的RFTransceiver芯片或SOC(System-On-Chip)；GPRS/CDMA/3G模块是支持GPRS、CDMA或3G的基带芯片和SIM卡；Flash/RAM是Flash和RAM芯片；天线是支持GPRS/CDMA/3G和紫蜂(Zigbee)的天线装置；AD/DA模块是
数模转换模块；睡眠监测节点的传感器是心电、血
氧、
脉搏、血压、体温传感器其中之一或组合。
[0011] 所述的睡眠护理和监测装置，其所述数据处理单元，包括微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)、输入设备、LED显示屏、Flash/RAM、紫蜂(Zigbee)模块、AD/DA模块、时钟和电源，及各
电极和
探头接口
电路、放大电路、滤波电路、电极脱落检测电路。
[0012] 所述的睡眠护理和监测装置，其包括多个PDA或手机，提供额外或远程监测画面；在家庭监护模式下，睡眠监测节点的监测数据通过紫蜂(Zigbee)网络，同时传输给多个PDA或手机，用户通过其中任何一个PDA或手机的LCD液晶显示器进行监护；或其中一个PDA或手机收到监测信息后，将其经过压缩，通过电信传输网络转发到另一个PDA或手机中解压显示，其中监测信息是否需要转发以及何时转发，根据生理参数变化或预先条件设置进行确定。
[0013] 所述的睡眠护理和监测装置，其还包括电视机，其作用是：在家庭监护模式下，电视机通过PDA或手机上的USB接口与其电连接，睡眠监测节点的监测数据和图像画面经USB接口转换到电视上进行显示。
[0014] 所述的睡眠护理和监测装置，其与远程监护中心联网，远程监护中心至少包括一个PDA或手机、一个计算机、一台电视机，配备数名专业人员，通过远程监护中心实现对多人的远程睡眠监护；远程监护中心的PDA、手机或计算机通过紫蜂(Zigbee)协议与多个睡眠护理和监测装置建立网络，实现对多人的远程睡眠监护；而睡眠护理和监测装置中的PDA或手机根据远程监护中心的设置，将
指定的监测数据按照指定的发送
频率，通过GPRS/CDMA/3G电信网络传送给远程监护中心的PDA、手机或计算机接收设备。
[0015] 所述的睡眠护理和监测装置，其所述远程睡眠监护方式包括：通过远程监护中心的PDA或手机的LCD液晶显示器进行监护；或通过计算机的屏幕进行监护；或通过PDA或手机提供的USB接口用电视机进行监护；或由当班的专业人员根据监测数据或图像进行处理。
[0016] 所述的睡眠护理和监测装置，其所述PDA或手机接收睡眠监测节点传来的生理参数数据，并对数据进行初步分析，当数据达到报警
阈值则通过PDA或手机发出报警声响，同时通知远程监护中心，等待进一步处理。
[0017] 所述的睡眠护理和监测装置，其所述睡眠监测节点的至少一个传感器，根据使用场景和使用者类型，分为三种配置和集成方式：
[0018] 1.婴儿或儿童类型：将各种传感器集中放置在使用者的左脚进行测量，将包裹式血氧探头置于左脚拇指部位，将无
袖带式血压传感器置于左脚食指部位，将体温传感器置于脚心部位，此时将III
导联心电电极分别置于使用者左脚脚踝和左手
手腕位置；所有探头和电极均通过
导线连接到相应测量模块，再连接到数据处理单元，而数据处理单元对获得的原始数据进行相应处理形成有意义的数据后，按照紫蜂(Zigbee)协议发送给PDA或手机；
[0019] 2.一般
睡眠障碍者类型：将各种传感器集中放置在使用者的手部进行测量，将包裹式血氧探头置于左手拇指部位，无袖带式血压传感器置于左手食指部位，体温传感器置于手心部位，此时I导联心电电极分别置于使用者左手手腕和右手手腕位置；所有探头和电极均通过导线连接到相应测量模块上，再连接到数据处理单元，而数据处理单元对获得的原始数据进行相应处理形成有意义的数据后，按照紫蜂(Zigbee)协议发送给PDA或手机；
[0020] 3.病患者类型：该类型装置包含两个睡眠监测节点，分别置于胸部和手部；在胸部的睡眠监测节点与心电12导联电极和导线相连，各传感器或测量模块与置于胸部的睡眠监测节点的数据处理单元相连；在手部的睡眠监测节点，其传感器或测量模块的位置与2中一般睡眠障碍者类型中的相应传感器或测量模块位置相同；这两个睡眠监测节点和PDA或手机共同组成紫蜂(Zigbee)网络，按照紫蜂(Zigbee)协议传输数据。
[0021] 所述的睡眠护理和监测装置，其所述睡眠监测节点，根据实际需求添加或删减部分监测内容，方法是：如果需要增加某一测量内容，只需在紫蜂(Zigbee)网络中加入由测量该生理参数的传感器和相应数据处理单元
硬件构成的监测节点；如果需要减少测量内容，只需拔下相应电极或探头。
[0022] 所述的睡眠护理和监测装置，其将现成的生理参数监测设备方便地增加到系统中，其方法是：将现成的生理参数监测设备和一个紫蜂(Zigbee)通讯适配器相连即可；紫蜂(Zigbee)通讯适配器包括微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)、电源、Flash/RAM、A/D模块、紫蜂(Zigbee)模块。
[0023] 所述的睡眠护理和监测装置，其所述远程监护中心实现对多人的远程睡眠监护，是根据需要加入多个睡眠监测节点后为多个人提供监护和监测服务，由支持紫蜂(Zigbee)的PDA或手机，允许经过验证的采集设备加入所建立的紫蜂(Zigbee)网络，即实现监测多人睡眠生理参数的功能。
[0024] 本发明可适合不同年龄层次和健康状况的监测对象，进行有针对性的配置，并可对多种人体生理参数进行全天候的监测；提供灵活多样的报警服务和报警条件设置功能，便于监护人员使用；造价低、操作简便，既适用于非专业医护人员进行家庭监护，又适于作为远程监护的家庭终端设备。本发明硬件结合
软件，其中分析生理参数的软件可以通过实时升级更新，进一步方便用户的使用。
附图说明
[0025] 图1.本发明的基于紫蜂(Zigbee)的多功能睡眠护理和监测装置(不带远程监护中心)的系统示意图；
[0026] 图2.本发明的基于紫蜂(Zigbee)的多功能睡眠护理和监测装置(带远程监护中心)的系统示意图；
[0027] 图3.本发明装置中的PDA或手机构成图；
[0028] 图4.本发明装置中的数据处理单元构成图；
[0029] 图5.本发明装置对婴儿或儿童类型监测配置图；
[0030] 图6.本发明装置对一般睡眠障碍者类型监测配置图；
[0031] 图7.本发明装置对病患者类型监测配置图；
[0032] 图8.本发明装置中的PDA或手机工作
流程图；
[0033] 图9.本发明装置中的数据处理单元工作流程图。
具体实施方式
[0034] 见图2，本发明的基于紫蜂(Zigbee)的多功能睡眠护理和监测装置，包括支持Zigbee协议的一个或多个PDA或手机，一个或多个睡眠监测节点；PDA或手机设备之间，及其它们与睡眠监测节点之间，通过Zigbee/802.15.4进行通信，有效通信范围100米左右。PDA或手机设备与远程监护中心之间，通过电信网络或互联网进行通信。
[0035] 任何支持Zigbee协议的现成监测设备，都可以方便地添加到多功能睡眠护理和监测装置组成的网络中。同时，各
测量电极及探头可以随时插拔使用，便于满足多种监测需求。根据不同使用目的，本发明可以进行适当的调整，具有一定灵活性。例如对婴儿监测时，传感器电极或探头可以集中放置在脚的部位；对于一般患者的监护，可以集中放置在手的部位；对长期患者或病重患者，则可以分别放置在胸部和手部。上述例子中的硬件配置基本相同，只是需要的心电导联线可能有所不同。
[0036] 根据睡眠者状况和监测目的不同，本发明装置将睡眠监测分为两种模式：一种是家庭监护模式，一种是远程监护模式。家庭模式主要适用于监测婴儿、儿童或一般使用者，监测数据和画面主要通过PDA或手机显示，远程监护模式主要针对病患者，该模式需要比较专业的观察，一般由医院的专业医护人员来执行。
[0037] 本发明对于监测或监护中可能出现的状况，提供提醒或报警服务。达到提醒或报警条件的阈值，可以通过软件进行设置。家庭监护模式下的报警方式有PDA或手机的声音报警、自动拨号报警和光闪烁报警等；远程监护模式下，除了提供如上方式外，还可以由远程监护中心决定更专业的报警方式，以便于及时处理。
[0038] 根据配备的传感器，本发明可以监测多种生理参数，例如如果配备了图像、声音、心电、血氧和脉搏、血压、体温等传感器，就可以监测心电、血压、脉搏、体温、血氧等参数，以及呼吸状态、鼾声和睡姿等内容。
[0039] 下面结合图8、9，描述本发明的数据获取和处理过程：
[0040] 1.首先支持Zigbee的PDA或手机100，以协调者身份建立Zigbee网络。同时，在已经确定的信道上监听是否有设备
请求加入网络。
[0041] 2.接着睡眠监测节点300加入由PDA或手机100建立的Zigbee网络。这个过程需要双方进行身份验证。以数据处理单元200为中心，从各传感器上获得
电信号，对其进行放大、增益和滤波处理，得到基本生理参数的数据。如果发生电极脱落监测电路的情况，该情况将会被监测到，且发出蜂鸣报警并将相关信息显示在LED显示屏230上。如果睡眠监测节点300成功加入Zigbee网络，则通知PDA或手机，等待进一步处理。如果睡眠监测节点300无法加入Zigbee网络，则发出蜂鸣，并将相关信息显示在LED显示屏230上。
[0042] 3.接下来睡眠监测节点300开始获取生理数据，把数据通过Zigbee协议发送给PDA或手机100。数据发送的内容、间隔，以及是否通过加密信道等设置，均由PDA或手机100根据Zigbee网络情况和监护要求来决定。远程监护模式下，医护人员可以方便地对这些设置进行
修改；家庭监护模式下，可以选择将视频数据传输到另一个PDA或手机上进行监护。
[0043] 4.PDA或手机100获得生理数据内容后，首先进行报警条件判断，如果符合报警条件则启动报警服务。家庭监护模式下提供的报警方式有声音、自动拨号和光闪烁等；远程监护模式下，则还可由专业医护人员补充其他报警方式以方便及时救助。接着，PDA或手机100将获得的数据首先压缩，然后包存到本地SD/CF存储卡120B上。如果是远程监护模式，则还可把数据通过GPRS/CDMA/3G电信网络发送到远程监护中心。
[0044] 如图1所示，基于紫蜂(Zigbee)的多功能睡眠护理和监测装置1000，旨在提供能够监测各个年龄段、不同睡眠状态下多种生理参数的功能。该装置由支持Zigbee协议的PDA或手机100和睡眠监测节点300组成Zigbee网络。其中，睡眠监测节点300涉及的传感器包括图像传感器190B，声音传感器190A，心电传感器300A，血氧和
脉搏传感器300B，血压传感器300C，体温传感器300D等。通过这样的装置，可以对睡眠者的呼吸状态、心电、血氧、脉搏、鼾声、睡姿、体温等各种参数进行监测，如果发生生理上的异常现象，可通过多种方式提供报警和提醒服务。所有的数据均可以通过GPRS/CDMA/3G传送到远程监护中心。该装置可以根据需求，灵活地增加或减少监护内容，尤其适合老人、小孩和各种病患使用。
[0045] 如图3所示，本发明装置中的PDA或手机100，至少包括LCD液晶显示器130B、微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)110、电池140、图像传感器190B、Zigbee模块150、GPRS/CDMA/3G模块160、Flash/RAM120A、SD/CF存储卡120B、声音传感器190A、AD/DA模块170、天线180和输入设备130A等；数据处理单元200由微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)210、输入设备220、LED显示屏230、Flash/RAM240、Zigbee模块250、AD/DA模块
270、时钟和电源280等组成。心电传感器300A、血氧和脉搏传感器300B、血压传感器300C和体温传感器300D与数据处理单元200共同组成一个睡眠监测节点300。
[0046] 在PDA或手机100中，LCD液晶显示器130B模块和微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)110的输出端口之间，通过3/4线串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)或8线并行外围接口(ParallelPeripheral Interface，PPI)连接和传输数据；图像传感器190B
和声音传感器190A通过AD/DA模块170与微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)110相连接；Zigbee模块150与GPRS/CDMA/3G模块160通过相应的控制线和数据线与微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)110的输入/出端口相连接；Flash/RAM120A和SD/CF存储卡120B分别通过各自的
地址总线、控制总线和
数据总线直接或间接与微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)110的输入/出端口相连接；天线180分别与Zigbee模块150和GPRS/CDMA/3G模块160的相应引
角相连接；输入设备130A通过输入端口接入微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)110。PDA或手机100的具体工作流程如图8所示。
[0047] 如图4所示，在数据处理单元200中，微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)210通过AD/DA模块270分别与心电传感器300A、血氧和脉搏传感器300B、血压传感器300C、体温传感器300D等相连接；Flash/RAM240通过地址总线、控制总线和数据总线与微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)210相连接；时钟和电源280与微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)的相应时钟和电源接口或引脚连接；而各个传感器电极和探头通过各自导线与传感器模块或AD/DA模块270相连接。数据处理单元200的具体工作流程如图9所示。
[0048] 本发明装置中的睡眠监测节点的至少一个传感器，根据使用场景和使用者类型，分为三种配置和集成方式：
[0049] 1.婴儿或儿童类型：如图5所示的400，将各种传感器集中放置在使用者的左脚410进行测量，将包裹式血氧探头430置于左脚拇指部位，将无袖带式血压传感器440置于左脚食指部位，将体温传感器450置于脚心部位，此时将III导联心电电极460分别置于使用者左脚脚踝410和左手手腕位置420；所有探头和电极均通过导线连接到相应测量模块，再连接到数据处理单元200，而数据处理单元对获得的原始数据进行相应处理形成有意义的数据后，按照紫蜂(Zigbee)协议发送给PDA或手机；
[0050] 2.一般睡眠障碍者类型：如图6所示的500，将各种传感器集中放置在使用者的手部进行测量510，将包裹式血氧探头530置于左手拇指部位，无袖带式血压传感器540置于左手食指部位，体温传感器550置于手心部位，此时I导联心电电极560分别置于使用者左手手腕510和右手手腕位置520；所有探头和电极均通过导线连接到相应测量模块上，再连接到数据处理单元200，而数据处理单元对获得的原始数据进行相应处理形成有意义的数据后，按照紫蜂(Zigbee)协议发送给PDA或手机；
[0051] 3.病患者类型：如图7所示的600，该类型装置包含两个睡眠监测节点，分别置于胸部600和手部；在胸部的睡眠监测节点610与心电12导联电极660和导线相连，各传感器或测量模块630、640、650与置于胸部的睡眠监测节点的数据处理单元200相连；在手部的睡眠监测节点，其传感器或测量模块的位置与2中一般睡眠障碍者类型中的相应传感器或测量模块位置相同；这两个睡眠监测节点和PDA或手机共同组成紫蜂(Zigbee)网络，按照紫蜂(Zigbee)协议传输数据。
[0052] 下面以一具体
实施例说明本发明的实现方式：
[0053] 一、硬件部分；
[0054] 1.本发明的Zigbee模块可以选择TI公司的CC2430。 因为CC2430是SOC(System-On-Chip)，内含一个8051的
内核，可以用以处理由Zigbee RF收发的各种数据，有效地提高了设备的并发性，降低了(MCU)处理时间。
[0055] 2.本发明的LCD液晶显示器130B和输入设备可以选择SAMSUMG公司的支持256K
颜色，带
触摸屏功能的CT35T TFT LCD。
[0056] 3.本发明的微控制器单元(MCU)/数字信号处理(DSP)可以选择Intel PXA270。其优点是内置了Intel的无线MMX技术和SpeedStep技术，可根据需要动态调节微控制器单元的性能，从而降低电
力消耗；且集成有无线可信平台WTP(Wireless Trusted Platform)，提供对个人隐私信息以及密码等敏感数据的安全存储。
[0057] 4.本发明的RAM可以选择64MB SDRAM2片16位SDRAM
芯片组成32位接口和32MB NOR Flash(2片Intel E28F128组成32位接口)分别用于程序运行和存储。
[0058] 5.本发明的图像传感器190B可以选择OV7660，声音传感器190A可以选择普通的PDA话筒。
[0059] 6.本发明的心电传感器300A可以使用现有的模块，也可以自行设计以减小电路
板面积；血氧和脉搏传感器300B可以选择TS-200或BCute模块；血压传感器300C可以选择无袖带式血压传感器；体温传感器300D可以选择集成
温度传感器，如DS18B20、TC1047A等。
[0060] 7.本发明的GPRS/CDMA/3G模块可以选择SIEMENS的MC35i。该模块可以提供数据、语音、短信等多种功能，广泛用于遥测记录传输、远程信息处理和电话。
[0061] 8.本发明的SD/CF存储卡可以根据不同应用要求选择不同容量的卡型。
[0062] 9.其他模块，如天线、AD/DA模块、时钟和电池等，可根据实际设计要求来确定。
[0063] 二、软件部分，包括如下几个模块：
[0064] 1.Zigbee协议栈：安装在支持Zigbee的PDA或手机100和睡眠监测节点300中。该协议栈负责Zigbee网络的建立和维护，路由的产生、发现和更新，数据打包和解包等服务。
[0065] 2.数据处理和管理：负责对生理数据和命令进行解析和初步分析。同时，负责在SD/CF卡上保存各种数据，提供对数据读写的
访问控制。
[0066] 3.远程数据传输：按照设定模式，对部分或全部生理参数数据进行压缩或重
采样，通过GPRS/CDMA/3G电信网络传输到远程监护中心。并且接收远程监护中心关于传输数据内容的各种命令和报警条件的设定。
[0067] 4.生理数据分析：对各种生理数据进行报警条件分析、时域和
空域相关分析、生理状态分析睡眠阶段分析、
健康状态分析、鼾声和呼吸分析、睡姿分析等。根据数据分析结果，通过报警服务提醒使用者或监护者相关处理方式。如果是远程监护模式，则可由监护人员根据初步分析结果，进行相关判断。
[0068] 5.设备状态监测：对传感器与人身体的
接触状态、电源使用状态、设备使用状态、无线通讯状态、远程连接状态等参数进行实时监测。如果发生各种问题，及时提醒使用者或监护者。
[0069] 6.安全管理：使用适当加密
算法对数据进行加密，同时，利用Zigbee信任中心Trust Center结构对新加入网络节点进行身份验证和信任授权等。
[0070] 7.电源管理：设计原则是高效率、高吞吐量和低消耗。
[0071] 8.应用程序：根据Zigbee的Profile的服务规范定义设备运行的应用程序，其中对应用程序数据的读写操作，由数据处理和管理模块进行控制。
