[發明專利]基于無線體域網的可穿戴式行走監測系統及其監測方法

在審

• 申請號: 201710208137.X
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106851548A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 吳建寧;凌雲;王佳境;伍濱;董鎧;徐海東
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H04W4/00
• 分類號: H04W4/00;H04L29/08
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司35211
• 代理人: 戴雨君

技術領域

本發明涉及移動通信和遠程醫療領域，尤其涉及基于無線體域網的可穿戴式行走監測系統及其監測方法。

背景技術

當前，有效預防老年人跌倒已成為全社會日益關注的焦點問題。準確監測老年人行走功能變化對于早期評價老年人跌倒風險，提高老年人日常生活質量具有重要意義。

近年來國內外相關研究主要依據人體運動結構特點，嘗試基于移動互聯網、無線通信、嵌入式系統、微型MEMS傳感器等先進技術，探尋具有網絡化、可穿戴、低功耗、低成本的遠程人體行走活動監測系統。采用基于可穿戴體域網構建遠程人體行走活動監測系統是目前研發的主要趨勢，多傳感器數據同步采集和低功耗設計時可穿戴體域網在實際應用中急需解決的難題。

然而，目前大部分研究解決方案較側重于多傳感器采集節點體系結構設計，嘗試利用低功耗功能芯片，降低采集節點功耗，未能把傳感器采集節點硬件設計與從數據傳輸過程中尋找有效降低低功耗的協議很好聯合起來。例如，中國公開專利號ZL201420515039.2公開了一種面向手機用戶的便攜式運動參數獲取裝置，僅考慮采用低功耗專用單片機的無線發送模塊來降低采集節點功耗。而在多傳感器采集數據同步方面，研究主要通過構建星型無線人體傳感網絡，搭建一種主控系統和多個采集子系統協同工作的體系結構，通過由主控系統同步控制多采集節點實現多傳感采集數據同步。例如，中國公開專利號CN103079289A公開了一種無線多人運動數據采集器及采集方法，并提出一種基于時隙分配關系來建立整個傳感數據采集系統的無線傳感網絡時間同步算法，然而，該方法的系統同步發起者為數據匯聚節點，事實上，各傳感器采集節點定時系統具有獨立性，難以形成統一的系統時鐘，受此影響，多傳感器采集節點難以實現同一時刻傳輸數據。總體而言，目前研究僅從多傳感數據采集層面尋找解決上述關鍵問題方法，未能從系統整體架構綜合考慮來尋找有效的技術解決方案。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供基于無線體域網的可穿戴式行走監測系統及其監測方法，著力從系統多層次架構上解決多傳感器數據采集、低功耗、同步傳輸等關鍵問題，獲取更加符合人體運動“動力鏈”的運動數據，為居家老年人行走活動遠程監測、鑒別提供可靠的技術平臺。

本發明采用的技術方案是：

基于無線體域網的可穿戴式行走監測系統，其包括多傳感器體域網采集器和位于遠端的運動數據分析中心；多傳感器體域網采集器上設有第一無線通信模塊，多傳感器體域網采集器用于獲取人體運動的動力鏈的運動數據并通過第一無線通信模塊將運動數據發送至運動數據分析中心，運動數據分析中心用于遠程監測和鑒別評估人體步態運動狀況。

進一步地，多傳感器體域網采集器包括兩個以上的傳感器采集節點和一個匯聚節點，兩個以上的傳感器采集節點分別設于人體運動的關鍵部位，傳感器采集節點用于采集人體各個運動關鍵部位的運動數據并將運動數據發送至匯聚節點，第一無線通信模塊集成于匯聚節點內，匯聚節點協調控制各傳感器采集節點同步采集數據并將運動數據整合后通過第一無線通信模塊發送至運動數據分析中心。

進一步地，所述傳感器采集節點包括運動參數傳感采集模塊、采集節點電源管理模塊，計算及控制模塊和第一節點無線通信模塊，計算及控制模塊采用總線形式分別與運動參數傳感采集模塊和第一節點無線通信模塊雙向連通，采集節點電源管理模塊用于傳感器采集節點的供電管理。

進一步地，所述匯聚節點包括基于高性能ARM微處理器的嵌入式控制模塊以及與嵌入式控制模塊連接的存儲模塊、顯示模塊、匯聚節點電源管理模塊、第二節點無線通信模塊、第一無線通信模塊和擴展通信接口模塊，第二節點無線通信模塊與第一節點無線通信模塊相互配套，第二節點無線通信模塊接收傳感器采集節點采集的運動數據；存儲模塊存儲接收的運動數據；嵌入式控制模塊協調控制各傳感器采集節點同步采集數據；擴展接口模塊用于外接報警功能模塊和定位功能模塊；顯示模塊實時顯示匯聚節點接收的運動數據；嵌入式控制模塊通過第一無線通信模塊發送運動數據至運動數據分析中心，匯聚節點電源管理模塊用于匯聚節點的供電管理。

進一步地，所述第一節點無線通信模塊和第二節點無線通信模塊均為Zigbee無線通信模塊。

進一步地，所述第一無線通信模塊為WIFI無線通信模塊。