CN117617919A - 无线健康监测装置、检测系统和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线健康监测装置、检测系统和检测方法，所述无线健康监测装置包括多个传感器模组和至少一个放置在被监测空间内的边缘数据处理器，在每个传感器模组内均设有一PCB板和与PCB板相接的超高频RF射频天线，在每个传感器模组的PCB板上均设有低功耗射频MCU芯片、RF‑DC电能转换模块、电能储能模块以及多个传感器；所述边缘数据处理器内置通讯模块、电池和数据处理模块，所述通讯模块包括超高频RF射频平板天线和无线通信模组；监测系统包括传感器模组、边缘数据处理器和医疗监测管理平台，所述医疗监测管理平台用于对供管理人员设置各个被监护者基础数据、每个被监护者所佩戴的各个传感器模组设置，并与边缘数据处理器同步数据。

Description

无线健康监测装置、检测系统和检测方法

技术领域

本发明涉及健康监测设备领域，具体涉及一种无线健康监测装置、检测系统和检测方法。

背景技术

当前应用于医疗健康监测的各种传感器设备和产品，主要有基于有线连接的方式，数据采集传感器与数据处理器，通过各种规格、接口的线缆进行连接，还有一些带电池的传感器设备，通过蓝牙等方式进行无线连接。如申请号为201621304088.7的中国专利公开了一种健康监测手环包括手环本体、主控设备，所述主控设备与所述手环本体可拆卸连接，所述主控设备包括信号采集装置、微型控制器、电源模块，所述信号采集装置包括光电传感器和六轴传感器，所述信号采集装置与所述微型控制器耦合，所述电源模块分别与所述信号采集装置、所述微型控制器耦合；通过主控设备采集佩戴者的脉搏信号以及运动姿态信号，并对脉搏信号和运动姿态信号通过微型控制器进行处理后，佩戴者可通过智能手持设备对自身的健康进行实时监测。

上述检测设备采的电源模块为锂电池，采用充电的方式为传感器和其他部件供电。虽然为无线的设备，但内置锂电池，采用锂电池会增加穿戴设备的体积和重量，同时，需要定时频繁充电，不够便利。除此之外，对于有些监测项较多的情况下，需要采用体积较大的且有线传输和供电的监测设备，这种检测设备对受监护者的活动有限制，多个传感器设备同时进行监测时，受监护者周边布满杂乱的线缆，无意中可能会扯掉、扯断线缆，使用自带电池的传感器设备，设备体积及重量较大，且需要定时频繁的充电，限制了使用便利性。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种无线健康监测装置、检测系统和检测方法，解决现有的健康检测设备充电和使用不便，且体积较大，穿戴在监测人员身上不够舒适的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种无线健康监测装置，包括多个能够穿戴在被监护者身上的传感器模组和至少一个放置在被监测空间内的边缘数据处理器，在每个传感器模组内均设有一PCB板和与PCB板相接的超高频RF射频天线，在每个传感器模组的PCB板上均设有低功耗射频MCU芯片、RF-DC电能转换模块、电能储能模块以及多个传感器；每个传感器模组内各个传感器通过接口与低功耗射频MCU芯片相接，所述电能储能模块与各个传感器和低功耗射频MCU芯片电连接；所述边缘数据处理器内置通讯模块、电池和数据处理模块，所述通讯模块包括超高频RF射频平板天线和无线通信模组；所述电池用于为通讯模块和数据处理模块供电；

所述传感器用于采集被监护者的温度、湿度、心率、心电、脑电、脉搏、血氧、运动、振动、汗水分泌中的一种或多种数据，并将采集数据传送给低功耗射频MCU芯片；所述RF-DC电能转换模块用于将所接收的RF射频能量转换为直流电后，为电能储能模块充电；所述低功耗射频MCU芯片用于存储并接收对应传感器模组所发送的采集数据，并在超高频RF射频天线与超高频RF射频平板天线建立通讯连接后，将采集数据发送给数据处理模块；同时，低功耗射频MCU芯片还用于监测电能储能模块的电量，并在电能储能模块的电量电压不足时，通过超高频RF射频天线向边缘数据处理器的超高频RF射频平板天线发送电量电能不足的充电指示数据；

所述边缘数据处理器通过超高频RF射频平板天线接收各个传感器模组中所发出的充电指示数据和传感器采集数据，并将所接收的数据传送给数据处理模块；所述数据处理模块用于接收各个RF传感器模组上传的多个传感器模组采集数据，对所接收的传感器模组采集数据进行原始数值转换、解析，得到各项监测参数数据，并对监测参数数据特征提取和数据模型学习训练；同时，数据处理模块还能够在接收到充电指示数据后，通过超高频RF射频平板天线向对应的传感器模组发射空载波，与该传感器模组的超高频RF射频天线建立射频信号后，产生感应电压，并经倍压整流电路进行升压整流后对该传感器模组的电能储能模块充电。

这样，检测装置中包含多个传感器模组和边缘数据处理器，两者之间基于超高频RF射频（915MHz）进行RF射频供电及RF射频通讯，传感器模组接收到的射频信号有两种，一种是空载波（不含通讯信息），一种是调制波（包含通讯信息），若所接收到的射频信号为空载波信号，则传感器模组将上述所接收的视频能够用于充电，通过传感器模组内置的RF-DC电能转换模块将空间射频能够转换为直流电，为传电能储能模块供电，最后，通过电能储能模块为各个传感器和低功耗射频MCU芯片供电。上述充电和通讯都直接在一个监测空间内完成，充电和通讯都无需设置之间直接接触，充电和使用都较为方便，无需被监测者充电。传感器模组的低功耗射频MCU芯片功耗低，无需数据处理，且还能对电能储能模块的电量电压实时监测，在电能储能模块电量不足的情况下，发出供电需要求，使边缘数据处理器发出空载波后，由电能转换模块转换为直流电后，为电能储能模块供电，无需被监测人员关注电量，使用便捷。同时，所采用的传感器模组不直接参与数据处理，无内置电池，整体重量小，体积也较小，且无外置通讯线或电线，穿戴后不会对被检测者活动造成影响，可实现无感穿戴。每个传感器模组内置多个传感器，传感器可用于监测多种身体数据，适用不同监测需求，被监测者可根据监测项所需穿戴的监测位置，穿戴在不同位置，一个被检测者可同时穿戴多个传感器模组。所采用的边缘数据处理器能够接收并处理与之建立连接的传感器模组的数据，并通过特征提取、特征训练后得到相应的特征模型，输出相应的监测结果。数据采集和数据处理采用不同装置来实现，能够实现设备小型化，传感器模组在应用中所需耗电也更小。

进一步的，所述传感器模组上连接有用于与被监测者身体相连接的连接件，所述连接件为腕带或绑带或粘胶。这样，传感器模组上所设置的连接件可供穿戴者将其穿戴在人体上，采用腕带式，这可佩戴在手腕处，采用绑带式，可设置在头部等位置，采用粘胶的方式则可适用于多个身体部位，且不会影响行动。

进一步的，在连接件上嵌设有至少一个柔性太阳能电池板，所述柔性太阳能电池板能够在有光照的环境下提供电能，为电能储能模块充电。这样，在连接件上设置柔性太阳能电池板后，除了射频充电的方式外，传感器模组还能够通过柔性太阳能电池板在光照环境下蓄能，然后为电能储能模块充电，为传感器模组供电的目的。

进一步的，所述传感器模具上的传感器包括体温传感器、湿度传感器、PPG传感器、ECG传感器、GSR皮电传感器、骨振动传感器、运动传感器。这样，体温传感器、湿度传感器可设置在不同位置，测量人体多出部位的局部温度、湿度变化，使得检测更精确。将湿度传感器设置在人体周边物品，可监测环境湿度变化。（如设置在被单上，可监测卧床患者是否失禁，或者异常出汗）。PPG（光电容积脉搏波描记法）传感器：测量心率、血氧。可设置在手腕、胸口等多处，采集同一类型数据，进行数据融合处理，可提高数据的准确性。 ECG（脑电）传感器：可设置在额头、胸部多处位置，构成多导联数据采集，提高数据采集准确性。GSR皮电传感器：人体受到感官刺激或者情绪产生变化时，皮肤内的血管会产生收缩和舒张，人体汗腺被激活而发生变化，进而分泌水分，通过毛孔进入皮肤表面，在分泌液中的离子改变电流正负平衡，通过测量皮肤的这种电导率变化，结合数据处理算法模型，可推断和预测受监护者的情绪状态。振动、运动传感器：采集人体多处位置的运动、振动数据，推测、判定受监护者当前或一个监测时间周期内的活动状态。

进一步的，所述边缘数据处理器的背面设有电源输入接口，所述超高频RF射频平板天线置于边缘数据处理器的正面；在边缘数据处理器的背面设有一安装支架，所述安装支架为悬挂架或立架。这样，边缘数据处理器可直接通过外接电源线为其内置电池进行充电，边缘数据处理器的使用位置为固定的，采用这种方式供电方便、快捷。边缘数据处理器在安装时，可直接通过立架放置在地面上，也可通过悬挂架悬吊在墙面上。

进一步的，在边缘数据处理器内还设有扬声器和麦克风，数据处理模块为内置边缘AI/ML处理单元的高性能物联网边缘计算SOC芯片；所述扬声器由数据处理模块通过音频输出接口进行驱动；所述麦克风通过IIC接口与数据处理模块连接，采集监测现场的声音；所述无线通信模组包括WIFI通讯模块、4G/5G通讯模块、RF通讯模块、RJ45有线网络接口，其中，RF通讯模块为无线收发芯片nRF905 ，通过SPI接口与数据处理模块连接，WIFI通讯模块通过USB接口与数据处理模块连接，4G/5G通讯模块通过Mini-PCIe接口与数据处理模块连接。这样，麦克风设置在边缘数据处理器端，用于采集现场音频，辅助判断受监护者状态（如咳嗽、打呼噜等）。而扬声器则能够在运动特征模型监测出突发情况后，直接发出蜂鸣或警示语警告。边缘数据处理器内的无线通信模组则能够将竖立处理模块的处理结果通过多种通讯方式发送给用户或后台监测人员。这种多方式通讯的方式，能够在其中一路通讯线路不通时，直接启动另一通讯线路发送数据，可有效确保通讯线路无遗漏和故障。

进一步的，在边缘数据处理器旁还连接有一个数据显示屏，所述数据显示屏用于显示数据处理模块的处理数据。这样，边缘数据处理器旁的所连接的数据显示屏，可用于显示处理结果，供被监测人员自行查看。

一种无线健康监测系统，包括如上所述的多个传感器模组和至少一个边缘数据处理器，以及医疗监测管理平台，所述医疗监测管理平台与边缘数据处理器通过无线通讯连接，供后台管理人员或医疗监测人员设置各个被监护者基础数据、每个被监护者所佩戴的各个传感器模组中传感器采集数据的频次、传感器模组与对应边缘数据处理器之间的RF射频通讯协议、设定用户监测项，并将设置的数据无线传送给边缘数据处理器后，存储在边缘数据处理器，在边缘数据处理器与传感器模组建立通讯连接后，对传感器模组进行设备绑定、用户身份绑定、设备增加或删减；所述传感器模组在设定完成后，即通过绑定在同一被监测用户上的传感器模组按设定模式进行数据采集；所述边缘数据处理器的数据处理模块实时接收绑定在同一被监测用户上的传感器模组所传送的采集数据，按设定时长对被监测用户所采集数据进行数据特征提取、数据特征模型训练后，得到被监测用户的运动数据特征模型，最后建立被监测用户的用户数据库，并将用户数据库通过无线通讯方式发送到医疗监测管理平台，供后台管理人员或医疗监测人员查看后，由后套管理人员或医疗监测人员后续进行检测指令传达。这样，监测系统通过管理平台实现对传感器模组以及边缘数据处理器的连接设定，使同一监测者内的一个或多个监测用户均与该监测空间内的边缘数据处理器绑定并对应，设定同一被监测者的各个传感器模组所要启动的传感器，使得监测更加明确，能减少后续数据处理的负担。除此之外，监测系统还能够与边缘数据处理器对应，实时接收各个被监测者的运动数据特征模型，通过该运动数据特征模型所输出的结果获知监测结果。监测系统中的传感器模组和边缘数据处理器，通过射频充电和射频通讯，两者之间无需任何数据连接，不会对被监测者有束缚，应用方便。

进一步的，数据特征模型训练时，需结合受监护者个人基础数据和各类疾病对应的体征数据演变进行数据特征模型训练；所述运动数据特征模型包括个人单项指标短长期数据演变模型、个人综合指标数据演变模型、慢性疾病演变风险预测模型、危急情况演变风险预测模型、情绪检测模型。这样，模型训练中，结合了个人的基础数据和疾病，从而使得模型训练后所形成的运动数据特征模型更加精准。

一种无线健康监测检测方法，包括如下步骤：S1，在待监测空间的每个房间内安装至少一个边缘数据处理器，并根据被监测人员的监测需求，为被监测人员佩戴至少一个传感器模组；所述传感器模组和边缘数据处理器如上所述；S2，监测人员或管理人员通过医疗监测管理平台设置各个被监护者基础数据、每个被监护者所佩戴的各个传感器模组中传感器采集数据的频次、传感器模组与对应边缘数据处理器之间的RF射频通讯协议、用户监测项，并将设置的数据无线传送给边缘数据处理器后，由各个边缘数据处理器对所设置数据进行存储；S3，边缘数据处理器根据S2中的设置数据，与同一监测空间内的各个传感器模组建立通讯连接，对各个被监测者所佩戴的传感器模组进行设备绑定、用户身份绑定、设备增加或删减；S4，每个被检测者中所有传感器模组按S3所传送的传感器模设定模式进行数据采集，数据采集后按照设定频次向边缘数据处理器发出调制波，将采集数据传送给边缘数据处理器的数据处理模块，数据处理模块即对被监测用户所采集数据进行数据特征提取、数据特征模型训练后，得到被监测用户的运动数据特征模型，最后建立被监测用户的用户数据库，并将用户数据库通过无线通讯方式发送到医疗监测管理平台；S5，医疗监测管理平台在与边缘数据处理器建立通讯连接后，即可获取各个被监测者运动数据特征模型的相应数据，通过医疗监测管理平台进行相应的监测业务，得到检测结果。这样，对监测对象进行监测时，先根据监测对象个人情况明确需要监测的项目，从而对象穿戴好传感器模组，可便于监测平台的设置。先通过管理平台对传感器模组以及边缘数据处理器设置，使同一监测者内的一个或多个监测用户均与该监测空间内的边缘数据处理器绑定并对应，设定同一被监测者的各个传感器模组所要启动的传感器，使得监测更加明确，能减少后续数据处理的负担。设置过后，监测对象与传感器模组和边缘数据处理器都能够对应。

附图说明

图1为实施例中腕带式传感器模组的立体结构示意图；

图2为实施例中腕带式传感器模组腕带未折弯状态的立体结构示意图；

图3为实施例中传感器模组的内部结构示意图；

图4为实施例中边缘数据处理器的立体结构示意图；

图5为实施例中无线健康监测装置的应用示意图1；

图6为实施例中传感器模组的结构示意框图；

图7为实施例中边缘数据处理器的结构示意框图；

图8为实施例中无线健康监测系统的应用示意图；

图9为实施例中无线健康监测中传感器模组和边缘数据处理器的处理框图；

图10为实施例中无线健康监测系统的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-图7所示，本实施例提供了一种无线健康监测装置，包括多个能够穿戴在被监护者身上的传感器模组1和至少一个放置在被监测空间内的边缘数据处理器6，在每个传感器模组1内均设有一PCB板3和与PCB板3相接的超高频RF射频天线，在每个传感器模组1的PCB板3上均设有低功耗射频MCU芯片31、RF-DC电能转换模块、电能储能模块33以及多个传感器；每个传感器模组1内各个传感器通过接口与低功耗射频MCU芯片31相接，所述电能储能模块33与各个传感器和低功耗射频MCU芯片31电连接；所述边缘数据处理器6内置通讯模块、电池和数据处理模块62，所述通讯模块包括超高频RF射频平板天线61和无线通信模组；所述电池用于为通讯模块和数据处理模块62供电；

所述传感器用于采集被监护者的温度、湿度、心率、心电、脑电、脉搏、血氧、运动、振动、汗水分泌中的一种或多种数据，并将采集数据传送给低功耗射频MCU芯片31；所述RF-DC电能转换模块用于将所接收的RF射频能量转换为直流电后，为电能储能模块33充电；所述低功耗射频MCU芯片31用于存储并接收对应传感器模组1所发送的采集数据，并在超高频RF射频天线与超高频RF射频平板天线61建立通讯连接后，将采集数据发送给数据处理模块62（即SOC芯片i.MX 8ULP）；同时，低功耗射频MCU芯片31还用于监测电能储能模块33的电量，并在电能储能模块33的电量电压不足时，通过超高频RF射频天线向边缘数据处理器6的超高频RF射频平板天线61发送电量电能不足的充电指示数据；

所述边缘数据处理器6通过超高频RF射频平板天线61接收各个传感器模组1中所发出的充电指示数据和传感器采集数据，并将所接收的数据传送给数据处理模块62；所述数据处理模块62用于接收各个RF传感器模组1上传的多个传感器模组1采集数据，对所接收的传感器模组1采集数据进行原始数值转换、解析，得到各项监测参数数据，并对监测参数数据数据特征提取和数据模型学习训练；同时，数据处理模块62还能够在接收到充电指示数据后，通过超高频RF射频平板天线61向对应的传感器模组1发射空载波，与该传感器模组1的超高频RF射频天线建立射频信号后，产生感应电压，并经倍压整流电路进行升压整流后对该传感器模组1的电能储能模块33充电。

这样，检测装置中包含多个传感器模组1和边缘数据处理器6，两者之间基于超高频RF射频（915MHz）进行RF射频供电及RF射频通讯，传感器模组1接收到的射频信号有两种，一种是空载波（不含通讯信息），一种是调制波（包含通讯信息），若所接收到的射频信号为空载波信号，则传感器模组1将上述所接收的视频能够用于充电，通过传感器模组1内置的RF-DC电能转换模块将空间射频能够转换为直流电，为传电能储能模块33供电，最后，通过电能储能模块33为各个传感器和低功耗射频MCU芯片31供电。上述充电和通讯都直接在一个监测空间内完成，充电和通讯都无需设置之间直接接触，充电和使用都较为方便，无需被监测者充电。传感器模组1的低功耗射频MCU芯片31功耗低，无需数据处理，且还能对电能储能模块33的电量电压实时监测，在电能储能模块33电量不足的情况下，发出供电需要求，使边缘数据处理器6发出空载波后，由电能转换模块转换为直流电后，为电能储能模块33供电，无需被监测人员关注电量，使用便捷。同时，所采用的传感器模组1不直接参与数据处理，无内置电池，整体重量小，体积也较小，且无外置通讯线或电线，穿戴后不会对被检测者活动造成影响，可实现无感穿戴。每个传感器模组1内置多个传感器，传感器可用于监测多种身体数据，适用不同监测需求，被监测者可根据监测项所需穿戴的监测位置，穿戴在不同位置，一个被检测者可同时穿戴多个传感器模组1。所采用的边缘数据处理器6能够接收并处理与之建立连接的传感器模组1的数据，并通过特征提取、特征训练后得到相应的特征模型，输出相应的监测结果。数据采集和数据处理采用不同装置来实现，能够实现设备小型化，传感器模组1在应用中所需耗电也更小。

本实施例中传感器模组1的RF-DC（射频-直流）转换模块由LC谐振电路和倍压整流电路构成，RF天线接收到射频信号后， LC谐振电路产生谐振，产生感应电压，该感应电压只有mV级别，需经倍压整流电路进行升压整流后对电能储能模块33（储能电容阵列）进行充电。传感器模组1中的低功耗射频MCU芯片31、传感器等只需2-3V低电压电压即可可靠工作，电能储能模块33充满电后可满足传感器模组1发射数据十次以上的电能功率需求。如此多个传感器模组1进行错位充电，系统通讯和充电交替进行。

进一步的，所述传感器模组1上连接有用于与被监测者身体相连接的连接件，所述连接件为腕带2，在腕带2上嵌设有至少一个柔性太阳能电池板5，所述柔性太阳能电池板5能够在有光照的环境下提供电能，为电能储能模块33充电。在具体实施时，连接件还可以为绑带或粘胶。这样，传感器模组1上所设置的连接件可供穿戴者将其穿戴在人体上，采用腕带2式，这可佩戴在手腕处，采用绑带式，可设置在头部等位置，采用粘胶的方式则可适用于多个身体部位，且不会影响行动。在连接件上设置柔性太阳能电池板5后，除了射频充电的方式外，传感器模组1还能够通过柔性太阳能电池板5在光照环境下蓄能，然后为电能储能模块33充电，为传感器模组1供电的目的。

进一步的，所述传感器模具上的传感器包括体温传感器、湿度传感器、PPG传感器、ECG传感器、GSR皮电传感器、骨振动传感器、运动传感器。体温传感器、湿度传感器可设置在不同位置，测量人体多出部位的局部温度、湿度变化，使得检测更精确。将湿度传感器设置在人体周边物品，可监测环境湿度变化。（如设置在被单上，可监测卧床患者是否失禁，或者异常出汗）。PPG（光电容积脉搏波描记法）传感器：测量心率、血氧。可设置在手腕、胸口等多处，采集同一类型数据，进行数据融合处理，可提高数据的准确性。 ECG（脑电）传感器：可设置在额头、胸部多处位置，构成多导联数据采集，提高数据采集准确性。GSR皮电传感器：人体受到感官刺激或者情绪产生变化时，皮肤内的血管会产生收缩和舒张，人体汗腺被激活而发生变化，进而分泌水分，通过毛孔进入皮肤表面，在分泌液中的离子改变电流正负平衡，通过测量皮肤的这种电导率变化，结合数据处理算法模型，可推断和预测受监护者的情绪状态。振动、运动传感器：采集人体多处位置的运动、振动数据，推测、判定受监护者当前或一个监测时间周期内的活动状态。

进一步的，所述边缘数据处理器6的背面设有电源输入接口，所述超高频RF射频平板天线61置于边缘数据处理器6的正面；在边缘数据处理器6的背面设有一安装支架，所述安装支架为悬挂架或立架。悬吊架包括一安装座和U形支架，在安装座上设有一转轴，所述U形支架的两端与转轴固定连接，在U形支架上间隔设有多个固定螺孔。这样，边缘数据处理器6可直接通过外接电源线为其内置电池进行充电，边缘数据处理器6的使用位置为固定的，采用这种方式供电方便、快捷。边缘数据处理器6在安装时，可直接通过立架放置在地面上，也可通过悬挂架悬吊在墙面上，悬吊架上的U形支架可转动，从而调整角度，具体实施时，可设置定位机构，在角度调整到位后，固定在当前状态，使得边缘数据处理器6能更好地覆盖较大面积。

进一步的，在边缘数据处理器6内还设有扬声器和麦克风，数据处理模块62为内置边缘AI/ML处理单元的高性能物联网边缘计算SOC芯片；所述扬声器由数据处理模块62通过音频输出接口进行驱动；所述麦克风通过IIC接口与数据处理模块62连接，采集监测现场的声音；所述无线通信模组包括WIFI通讯模块、4G/5G通讯模块、RF通讯模块、RJ45有线网络接口，其中，RF通讯模块为无线收发芯片nRF905 ，通过SPI接口与数据处理模块62连接，WIFI通讯模块通过USB接口与数据处理模块62连接，4G/5G通讯模块通过Mini-PCIe接口与数据处理模块62连接。这样，麦克风设置在边缘数据处理器6端，用于采集现场音频，辅助判断受监护者状态（如咳嗽、打呼噜等）。而扬声器则能够在运动特征模型监测出突发情况后，直接发出蜂鸣或警示语警告。边缘数据处理器6内的无线通信模组则能够将竖立处理模块的处理结果通过多种通讯方式发送给用户或后台监测人员。这种多方式通讯的方式，能够在其中一路通讯线路不通时，直接启动另一通讯线路发送数据，可有效确保通讯线路无遗漏和故障。

进一步的，在边缘数据处理器6旁还连接有一个数据显示屏，所述数据显示屏用于显示数据处理模块62的处理数据。这样，边缘数据处理器6旁的所连接的数据显示屏，可用于显示处理结果，供被监测人员自行查看。

实施例2

如图1-图9所示，本实施例提供了一种无线健康监测系统，包括如上所述的多个传感器模组1和至少一个边缘数据处理器6，以及医疗监测管理平台（可以为手机端APP或电脑APP），所述医疗监测管理平台与边缘数据处理器6通过无线通讯连接，供后台管理人员或医疗监测人员设置各个被监护者基础数据、每个被监护者所佩戴的各个传感器模组1中传感器采集数据的频次、传感器模组1与对应边缘数据处理器6之间的RF射频通讯协议、设定用户监测项，并将设置的数据无线传送给边缘数据处理器6后，存储在边缘数据处理器6，在边缘数据处理器6与传感器模组1建立通讯连接后，对传感器模组1进行设备绑定、用户身份绑定、设备增加或删减；所述传感器模组1在设定完成后，即通过绑定在同一被监测用户上的传感器模组1按设定模式进行数据采集；所述边缘数据处理器6的数据处理模块62实时接收绑定在同一被监测用户上的传感器模组1所传送的采集数据，按设定时长对被监测用户所采集数据（包括传感器采集数据和边缘数据处理器所采集的麦克风语音数据）进行数据特征提取、数据特征模型训练后，得到被监测用户的运动数据特征模型，最后建立被监测用户的用户数据库，并将用户数据库通过无线通讯方式发送到医疗监测管理平台，供后台管理人员或医疗监测人员查看后，由后套管理人员或医疗监测人员后续进行检测指令传达。这样，监测系统通过管理平台实现对传感器模组1以及边缘数据处理器6的连接设定，使同一监测者内的一个或多个监测用户均与该监测空间内的边缘数据处理器6绑定并对应，设定同一被监测者的各个传感器模组1所要启动的传感器，使得监测更加明确，能减少后续数据处理的负担。除此之外，监测系统还能够与边缘数据处理器6对应，实时接收各个被监测者的运动数据特征模型，通过该运动数据特征模型所输出的结果获知监测结果。监测系统中的传感器模组1和边缘数据处理器6，通过射频充电和射频通讯，两者之间无需任何数据连接，不会对被监测者有束缚，应用方便。

进一步的，数据特征模型训练时，需结合受监护者个人基础数据和各类疾病对应的体征数据演变进行数据特征模型训练；所述运动数据特征模型包括个人单项指标短长期数据演变模型、个人综合指标数据演变模型、慢性疾病演变风险预测模型、危急情况演变风险预测模型、情绪检测模型。这样，模型训练中，结合了个人的基础数据和疾病，从而使得模型训练后所形成的运动数据特征模型更加精准。

传感器模组1采集数据的频次依各种指标参数采集时间间隔要求差异较大，变化缓慢的参数（如温度、湿度）采集间隔十秒至数十秒，变化稍快的参数（如血氧）采集间隔数秒，需要快速采集（实时监测）的参数（如心率、心电、运动、振动）采集间隔在秒级。传感器模组1每次工作只将原始采集数据上传，数据量非常低，每次只占用很短信道时隙（迸发式），系统可以很方便扩充RF传感器模组1的数量（几十至上百数量级）。

系统基于人工智能深度学习算法，结合被监护者基础数据（年龄、性别、身高、体重、体质特点、基础疾病等），对采集数据进行特征提取，建立各种指标参数模型（如个人单项指标短期、长期数据演变模型，个人综合指标数据演变模型，慢性疾病演变风险预测模型，危急情况演变风险预测模型等），实现各种健康数据监测功能。同时根据需要，监测数据可通过外接显示屏实时显示在本地。

传感器模组1为无源、无线形式，设置有面积较大的超高频RF射频天线，进行RF射频通讯和能量获取。传感器模组1有两种供电途径，一种是将RF射频能量转换为直流电（由RF-DC电能转换模块完成），一种是在传感器模组1佩戴腕带2上设置柔性太阳能电池板5（在有光照的环境下提供电能）。传感器模组1通讯时由射频MCU先检测储能模块的电量电压，满足正常运行条件时（数据采集及射频信号发射所需能耗），则进行数据采集并上传给边缘数据处理器6，若不满足，则待机或向边缘数据处理器6发送一个简短的电能不足充电指示数据，边缘数据处理器6可根据实际情况（如同时有几个传感器模组1正在通讯时），延长RF射频信号的发射时间或提高RF射频信号的发射功率，加快传感器模组1获取RF电能的速度。传感器模组1按设定的模式进行数据采集，如按一定时间间隔自主采集数据上传，或在边缘数据处理器6指令控制下，按指令请求进行采集上传。多个传感器模组1在自定义的防碰撞协议、算法控制下进行空中RF射频通讯，如模组通讯前先侦测工作信道内载波，在信道空闲时才进行通讯，或将模组分配在不同的信道上，或将模组按时间间隙进行排序通讯。多个RF传感器模组1放置在被监护者的不同身体部位，采集多种指标参数（如温度、湿度、心率、血氧、呼吸率、皮电、心电、振动、运动等）。传感器模组1采集原始数据，然后上传给边缘数据处理器6，自身不对采集数据进行解析和处理，以实现超低功耗运行。

边缘数据处理器6的超高频RF射频（915MHz）平板天线，覆盖被监护者所处区域，与被监护者佩戴的多个传感器模组1通过RF射频进行通讯。通过内置的 WIFI / 4G / 5G 通信模组、RJ45有线网络接口等多种方式，与云管理平台进行通讯（实现固件升级、数据上传下载、数据库同步及管理、与其他远程管理终端对接等）。边缘数据处理器6统一控制所有RF传感器模组1，为传感器模组1RF射频供电及进行RF射频通讯（通过自定义的供电协议和数据通讯协议进行）。对于多用户场景，通过系统管理软件（PC客户端、手机APP），将边缘数据处理器6与对应的多个传感器模组1进行绑定（设备ID、名称等），再与用户进行身份绑定，需要增加、删减设备或更换用户时，只需设置一下设备关联即可。

实施例3

如图1-图10所示，本实施例提供了一种无线健康监测检测方法，包括如下步骤：S1，在待监测空间的每个房间内安装至少一个边缘数据处理器6，并根据被监测人员的监测需求，为被监测人员佩戴至少一个传感器模组1；所述传感器模组1和边缘数据处理器6如上所述；S2，监测人员或管理人员通过医疗监测管理平台设置各个被监护者基础数据、每个被监护者所佩戴的各个传感器模组1中传感器采集数据的频次、传感器模组1与对应边缘数据处理器6之间的RF射频通讯协议、用户监测项，并将设置的数据无线传送给边缘数据处理器6后，由各个边缘数据处理器6对所设置数据进行存储；S3，边缘数据处理器6根据S2中的设置数据，与同一监测空间内的各个传感器模组1建立通讯连接，对各个被监测者所佩戴的传感器模组1进行设备绑定、用户身份绑定、设备增加或删减；S4，每个被检测者中所有传感器模组1按S3所传送的传感器模设定模式进行数据采集，数据采集后按照设定频次向边缘数据处理器6发出调制波，将采集数据传送给边缘数据处理器6的数据处理模块62，数据处理模块62即对被监测用户所采集数据进行数据特征提取、数据特征模型训练后，得到被监测用户的运动数据特征模型，最后建立被监测用户的用户数据库，并将用户数据库通过无线通讯方式发送到医疗监测管理平台；S5，医疗监测管理平台在与边缘数据处理器6建立通讯连接后，即可获取各个被监测者运动数据特征模型的相应数据，通过医疗监测管理平台进行相应的监测业务，得到检测结果。这样，对监测对象进行监测时，先根据监测对象个人情况明确需要监测的项目，从而对象穿戴好传感器模组1，可便于监测平台的设置。先通过管理平台对传感器模组1以及边缘数据处理器6设置，使同一监测者内的一个或多个监测用户均与该监测空间内的边缘数据处理器6绑定并对应，设定同一被监测者的各个传感器模组1所要启动的传感器，使得监测更加明确，能减少后续数据处理的负担。设置过后，监测对象与传感器模组1和边缘数据处理器6都能够对应。

PC客户端、手机APP），将边缘数据处理器6与对应的多个传感器模组1进行绑定（设备ID、名称等），再与用户进行身份绑定，需要增加、删减设备或更换用户时，只需设置一下设备关联即可。云端平台基于边缘数据处理器6进行系统化管理，结合手机端APP，提供多场景、差异化、个性化的监测服务。

边缘数据处理器6设置较大面积的超高频RF射频平板天线61，覆盖被监护者所处区域，统一控制所有RF传感器模组1，为传感器模组1RF射频供电及进行RF射频通讯（通过自定义的供电协议和数据通讯协议进行）。边缘数据处理器6接收多个RF传感器模组1上传的原始生理指标参数数值、活动行为数值，进行原始数值转换、解析，得到各项监测参数数据，存储到用户原始数据库。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种无线健康监测装置，其特征在于，包括多个能够穿戴在被监护者身上的传感器模组和至少一个放置在被监测空间内的边缘数据处理器，在每个传感器模组内均设有一PCB板和与PCB板相接的超高频RF射频天线，在每个传感器模组的PCB板上均设有低功耗射频MCU芯片、RF-DC电能转换模块、电能储能模块以及多个传感器；每个传感器模组内各个传感器通过接口与低功耗射频MCU芯片相接，所述电能储能模块与各个传感器和低功耗射频MCU芯片电连接；所述边缘数据处理器内置通讯模块、电池和数据处理模块，所述通讯模块包括超高频RF射频平板天线和无线通信模组；所述电池用于为通讯模块和数据处理模块供电；

所述传感器用于采集被监护者的温度、湿度、心率、心电、脑电、脉搏、血氧、运动、振动、汗水分泌中的一种或多种数据，并将采集数据传送给低功耗射频MCU芯片；所述RF-DC电能转换模块用于将所接收的RF射频能量转换为直流电后，为电能储能模块充电；所述低功耗射频MCU芯片用于存储并接收对应传感器模组所发送的采集数据，并在超高频RF射频天线与超高频RF射频平板天线建立通讯连接后，将采集数据发送给数据处理模块；同时，低功耗射频MCU芯片还用于监测电能储能模块的电量，并在电能储能模块的电量电压不足时，通过超高频RF射频天线向边缘数据处理器的超高频RF射频平板天线发送电量电能不足的充电指示数据；

所述边缘数据处理器通过超高频RF射频平板天线接收各个传感器模组中所发出的充电指示数据和传感器采集数据，并将所接收的数据传送给数据处理模块；所述数据处理模块用于接收各个RF传感器模组上传的多个传感器模组采集数据，对所接收的传感器模组采集数据进行原始数值转换、解析，得到各项监测参数数据，并对监测参数数据特征提取和数据模型学习训练；同时，数据处理模块还能够在接收到充电指示数据后，通过超高频RF射频平板天线向对应的传感器模组发射空载波，与该传感器模组的超高频RF射频天线建立射频信号后，产生感应电压，并经倍压整流电路进行升压整流后对该传感器模组的电能储能模块充电。

2.根据权利要求1所述的无线健康监测装置，其特征在于，所述传感器模组上连接有用于与被监测者身体相连接的连接件，所述连接件为腕带或绑带或粘胶。

3.根据权利要求2所述的无线健康监测装置，其特征在于，在连接件上嵌设有至少一个柔性太阳能电池板，所述柔性太阳能电池板能够在有光照的环境下提供电能，为电能储能模块充电。

4.根据权利要求1或2或3所述的无线健康监测装置，其特征在于，所述传感器模具上的传感器包括体温传感器、湿度传感器、PPG传感器、ECG传感器、GSR皮电传感器、骨振动传感器、运动传感器。

5.根据权利要求4所述的无线健康监测装置，其特征在于，所述边缘数据处理器的背面设有电源输入接口，所述超高频RF射频平板天线置于边缘数据处理器的正面；在边缘数据处理器的背面设有一安装支架，所述安装支架为悬挂架或立架。

6.根据权利要求5所述的无线健康监测装置，其特征在于，在边缘数据处理器内还设有扬声器和麦克风，数据处理模块为内置边缘AI/ML处理单元的高性能物联网边缘计算SOC芯片；所述扬声器由数据处理模块通过音频输出接口进行驱动；所述麦克风通过IIC接口与数据处理模块连接，采集监测现场的声音；所述无线通信模组包括WIFI通讯模块、4G/5G通讯模块、RF通讯模块、RJ45有线网络接口，其中，RF通讯模块为无线收发芯片nRF905 ，通过SPI接口与数据处理模块连接，WIFI通讯模块通过USB接口与数据处理模块连接，4G/5G通讯模块通过Mini-PCIe接口与数据处理模块连接。

7.根据权利要求6所述的无线健康监测装置，其特征在于，在边缘数据处理器旁还连接有一个数据显示屏，所述数据显示屏用于显示数据处理模块的处理数据。

8.一种无线健康监测系统，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的多个传感器模组和至少一个边缘数据处理器，以及医疗监测管理平台，所述医疗监测管理平台与边缘数据处理器通过无线通讯连接，供后台管理人员或医疗监测人员设置各个被监护者基础数据、每个被监护者所佩戴的各个传感器模组中传感器采集数据的频次、传感器模组与对应边缘数据处理器之间的RF射频通讯协议、设定用户监测项，并将设置的数据无线传送给边缘数据处理器后，存储在边缘数据处理器，在边缘数据处理器与传感器模组建立通讯连接后，对传感器模组进行设备绑定、用户身份绑定、设备增加或删减；所述传感器模组在设定完成后，即通过绑定在同一被监测用户上的传感器模组按设定模式进行数据采集；所述边缘数据处理器的数据处理模块实时接收绑定在同一被监测用户上的传感器模组所传送的采集数据，按设定时长对被监测用户所采集数据进行数据特征提取、数据特征模型训练后，得到被监测用户的运动数据特征模型，最后建立被监测用户的用户数据库，并将用户数据库通过无线通讯方式发送到医疗监测管理平台，供后台管理人员或医疗监测人员查看后，由后套管理人员或医疗监测人员后续进行检测指令传达。

9.根据权利要求8所述的无线健康监测系统，其特征在于，数据特征模型训练时，需结合受监护者个人基础数据和各类疾病对应的体征数据演变进行数据特征模型训练；所述运动数据特征模型包括个人单项指标短长期数据演变模型、个人综合指标数据演变模型、慢性疾病演变风险预测模型、危急情况演变风险预测模型、情绪检测模型。

10.一种无线健康监测检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，在待监测空间的每个房间内安装至少一个边缘数据处理器，并根据被监测人员的监测需求，为被监测人员佩戴至少一个传感器模组；所述传感器模组和边缘数据处理器如权利要求1-7任意一项所述；S2，监测人员或管理人员通过医疗监测管理平台设置各个被监护者基础数据、每个被监护者所佩戴的各个传感器模组中传感器采集数据的频次、传感器模组与对应边缘数据处理器之间的RF射频通讯协议、用户监测项，并将设置的数据无线传送给边缘数据处理器后，由各个边缘数据处理器对所设置数据进行存储；S3，边缘数据处理器根据S2中的设置数据，与同一监测空间内的各个传感器模组建立通讯连接，对各个被监测者所佩戴的传感器模组进行设备绑定、用户身份绑定、设备增加或删减；S4，每个被检测者中所有传感器模组按S3所传送的传感器模设定模式进行数据采集，数据采集后按照设定频次向边缘数据处理器发出调制波，将采集数据传送给边缘数据处理器的数据处理模块，数据处理模块即对被监测用户所采集数据进行数据特征提取、数据特征模型训练后，得到被监测用户的运动数据特征模型，最后建立被监测用户的用户数据库，并将用户数据库通过无线通讯方式发送到医疗监测管理平台；S5，医疗监测管理平台在与边缘数据处理器建立通讯连接后，即可获取各个被监测者运动数据特征模型的相应数据，通过医疗监测管理平台进行相应的监测业务，得到检测结果。