一种可防窒息的监护方法及装置与流程

1.本发明涉及婴儿监护技术领域，具体涉及一种可防窒息的监护方法及装置。


背景技术：

2.婴儿监视器，也叫婴儿监护器或婴儿监视器，属于无线家庭安全防护系统，这种产品利用监护端对婴儿的一举一动一言一行提供实时的监视，监视的结果可通过wifi信号发送到后台，后台再根据绑定的手机，将监视的结果转发到监护人手上的手机app上，并还原成视频或者音频。通过使用婴儿监视器，父母或者监护人不再需要寸步不离地守候在婴儿或小孩的身旁，即可了解到他们的行为，也避免了频繁查看影响婴儿休息，并在异常情况出现的同时立即可以察觉并进行处理。
3.婴儿监护器确实解放了父母，无需父母时时刻刻待在婴儿身边寸步不离。随着智能技术的发展，监护器可以通过视频采集到的婴儿动作和麦克风采集到的婴儿哭声，来实时提醒父母，婴儿是否醒来，让父母在照看婴儿的同时，有了一定的自由，同时也在一定程度上保障了婴儿的安全。
4.但是，由于新生儿的胃呈水平位，容量小，连接食管处的贲门较宽，关闭作用差，连接小肠处的幽门较紧，而新生儿吃奶时又常常吸入空气，奶液容易倒流入口腔，引起吐奶。吐奶又非常容易引起婴儿窒息，窒息会造成婴儿大脑暂时性缺氧，很容易形成小儿脑瘫，若不及时解救甚至会造成婴儿身亡。传统的监护器通过视频和声音，不能发现婴儿窒息，无法对父母进行窒息提醒。父母也难以做到时时刻刻守在婴儿身边，特别是夜晚休息时，父母入睡，往往不能及时发现婴儿窒息，容易造成难以挽回的悲剧。亟需一种能够防窒息的婴儿监护技术方案。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种可防窒息的监护方法及装置，可主动判断婴儿是否窒息，解决现有婴儿监护器不能主动发现婴儿窒息的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可防窒息的监护方法，包括以下步骤：
7.将毫米波雷达的发射波和回波进行iq正交混频，输出i、q两路正交的中频信息，对i、q通道分别进行adc采样，得到离散复数信息；
8.对所述中频信息进行数字采样并进行fft变换，将数字时域信号转换为频域信号进行分析，输出目标距离、速度、方向和相位信息；
9.通过对应频点的模值和呼吸震动引起的幅值变换进行相关性分析，选出监护对象的最佳生命体征点；
10.计算所述最佳生命体征点的相位，根据相邻两帧的相位差，对当前生命体征点的相位进行展开，根据展开的相位计算相邻两帧的相位差；
11.对所述相位差信息进行滤波，滤波后得到呼吸对应频率范围内的相位差信息和心
跳对应频率范围内的相位差信息；
12.分别对滤波后的所述呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息进行fft变换，将时域信号变换到频域进行分析；
13.在相应范围分别选取最佳频率分量，根据频率的模值，选取最大模值的频率分别作为当前呼吸和心跳的频率；
14.呼吸心跳综合评判，分析当前呼吸和心跳的频率是否处于预设的正常范围内，若不在正常范围，分析持续的时间以及变大或变小的趋势量；
15.根据综合评判的数据，若呼吸不在正常范围的持续时间超出预设时间值，同时心跳超出正常范围，判定为发生窒息状况，将判定结果上报进行本地和远程告警。
16.作为可防窒息的监护方法优选方案，所述毫米波雷达集成有波形发生器、发射天线和接收天线，所述波形发生器用于进行毫米波波段雷达波的生成，所述发射天线用于向外界发射毫米雷达波，所述接收天线用于接收毫米雷达波的回波。
17.作为可防窒息的监护方法优选方案，通过iq正交混频器对毫米波雷达的发射波和回波进行iq正交混频；
18.通过低通滤波器滤除所述混频器产生的高频信息；
19.通过模拟数字转换器对所述中频信息进行数字采样。
20.作为可防窒息的监护方法优选方案，通过iir数字滤波器对所述相位差信息进行滤波，滤波后得到呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息。
21.作为可防窒息的监护方法优选方案，相位展开过程中，若相位差大于π，当前相位
‑
2π；若相位差小于
‑
π，当前相位 2π；若相位差在
‑
π和π之间，当前相位不变。
22.作为可防窒息的监护方法优选方案，所述呼吸心跳综合评判之前还包括：
23.对呼吸和心跳的频率进行平滑处理，去除干扰造成的呼吸和心跳突变的异常点。
24.本发明还提供一种可防窒息的监护装置，采用上述的可防窒息的监护方法，包括：
25.毫米波探测模块，用于将毫米波雷达的发射波和回波进行iq正交混频，输出i、q两路正交的中频信息，对i、q通道分别进行adc采样，得到离散复数信息；
26.第一fft变换模块，用于对所述中频信息进行数字采样并进行fft变换，将数字时域信号转换为频域信号进行分析，输出目标距离、速度、方向和相位信息；
27.生命体征点获取模块，用于通过对应频点的模值和呼吸震动引起的幅值变换进行相关性分析，选出监护对象的最佳生命体征点；
28.相位计算模块，用于计算所述最佳生命体征点的相位；
29.相位展开模块，用于根据相邻两帧的相位差，对当前生命体征点的相位进行展开；
30.相位差获取模块，用于根据展开的相位计算相邻两帧的相位差；
31.滤波模块，用于对所述相位差信息进行滤波，滤波后得到呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息；
32.第二fft变换模块，用于分别对滤波后的所述呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息进行fft变换，将时域信号变换到频域进行分析；
33.呼吸心跳处理模块，用于在相应范围分别选取最佳频率分量，根据频率的模值，选取最大模值的频率分别作为当前呼吸和心跳的频率；
34.呼吸心跳综合评判模块，用于呼吸心跳综合评判，当前呼吸和心跳的频率是否处于预设的正常范围内，若不在正常范围，分析持续的时间以及变大或变小的趋势量；
35.窒息判断模块，用于根据综合评判的数据，若呼吸不在正常范围的持续时间超出预设时间值，同时心跳超出正常范围，判定为发生窒息状况；
36.预警模块，用于将判定结果上报进行本地和远程告警。
37.作为可防窒息的监护装置的优选方案，所述毫米波雷达集成有波形发生器、发射天线和接收天线，所述波形发生器用于进行毫米波波段雷达波的生成，所述发射天线用于向外界发射毫米雷达波，所述接收天线用于接收毫米雷达波的回波；
38.通过iq正交混频器对毫米波雷达的发射波和回波进行iq正交混频；
39.通过低通滤波器滤除所述混频器产生的高频信息；
40.通过模拟数字转换器对所述中频信息进行数字采样；
41.通过iir数字滤波器对所述相位差信息进行滤波，滤波后得到呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息。
42.作为可防窒息的监护装置的优选方案，相位展开模块中，若相位差大于π，当前相位
‑
2π；若相位差小于
‑
π，当前相位 2π；若相位差在
‑
π和π之间，当前相位不变。
43.作为可防窒息的监护装置的优选方案，还包括异常处理模块，用于对呼吸和心跳的频率进行平滑处理，去除干扰造成的呼吸和心跳突变的异常点。
44.本发明具有如下优点：将毫米波雷达的发射波和回波进行iq正交混频，输出i、q两路正交的中频信息，对i、q通道分别进行adc采样，得到离散复数信息；对中频信息进行数字采样并进行fft变换，将数字时域信号转换为频域信号进行分析，输出目标距离、速度、方向和相位信息；通过对应频点的模值和呼吸震动引起的幅值变换进行相关性分析，选出监护对象的最佳生命体征点；计算最佳生命体征点的相位，根据相邻两帧的相位差，对当前生命体征点的相位进行展开，根据展开的相位计算相邻两帧的相位差；对相位差信息进行滤波，滤波后得到呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息；分别对滤波后的呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息进行fft变换，将时域信号变换到频域进行分析；在相应范围分别选取最佳频率分量，根据频率的模值，选取最大模值的频率分别作为当前呼吸和心跳的频率；呼吸心跳综合评判，分析当前呼吸和心跳的频率是否处于预设的正常范围内，若不在正常范围，分析持续的时间以及变大或变小的趋势量；根据综合评判的数据，若呼吸不在正常范围的持续时间超出预设时间值，同时心跳超出正常范围，判定为发生窒息状况，将判定结果上报进行本地和远程告警。本发明可及时主动发现婴儿窒息，可主动在本地和远程app端，对父母进行告警，降低婴儿风险；生命感知不受光线影响，不受婴儿衣服和毛毯等影响；可减轻父母照顾婴儿时的安全焦虑和疲惫；也可应用于老人室内的安全防护、车内安全防护、酒店内的生命安全防护，应用范围广，有效保障监护对象的生命安全。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图引伸获得其它的实施附图。
46.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
47.图1为本发明实施例中提供的可防窒息的监护方法流程示意图；
48.图2为本发明实施例中提供的可防窒息的监护方法技术架构示意图；
49.图3为本发明实施例中提供的可防窒息的监护装置架构示意图；
50.图4为本发明实施例中提供的可防窒息的监护装置布置示意图。
具体实施方式
51.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
52.参见图1和图2，提供一种可防窒息的监护方法，包括以下步骤：
53.s1、将毫米波雷达的发射波和回波进行iq正交混频，输出i、q两路正交的中频信息，对i、q通道分别进行adc采样，得到离散复数信息；
54.s2、对所述中频信息进行数字采样并进行fft变换，将数字时域信号转换为频域信号进行分析，输出目标距离、速度、方向和相位信息；
55.s3、通过对应频点的模值和呼吸震动引起的幅值变换进行相关性分析，选出监护对象的最佳生命体征点；
56.s4、计算所述最佳生命体征点的相位，根据相邻两帧的相位差，对当前生命体征点的相位进行展开，根据展开的相位计算相邻两帧的相位差；
57.s5、对所述相位差信息进行滤波，滤波后得到呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息；
58.s6、分别对滤波后的所述呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息进行fft变换，将时域信号变换到频域进行分析；
59.s7、在相应范围分别选取最佳频率分量，根据频率的模值，选取最大模值的频率分别作为当前呼吸和心跳的频率；
60.s8、呼吸心跳综合评判，分析当前呼吸和心跳的频率是否处于预设的正常范围内，若不在正常范围，分析持续的时间以及变大或变小的趋势量；
61.s9、根据综合评判的数据，若呼吸不在正常范围的持续时间超出预设时间值，同时心跳超出正常范围，判定为发生窒息状况，将判定结果上报进行本地和远程告警。
62.本实施例中，所述毫米波雷达集成有波形发生器、发射天线和接收天线，所述波形发生器用于进行毫米波波段雷达波的生成，所述发射天线用于向外界发射毫米雷达波，所述接收天线用于接收毫米雷达波的回波。
63.具体的，毫米波雷达采用60ghz毫米波雷达，60ghz毫米波雷达是工作在60
‑
64ghz频段上的fmcw探测雷达，其波长为毫米波级，与红外、激光等光学感知相比，毫米波穿透雾、
烟、灰尘的能力强，不受光线影响，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点，可分辨识别很小的目标。
64.具体的，60ghz毫米波雷达根据反射回波的相位变化，可分辨起伏在0.01mm以上的微动。同时由于婴儿呼吸和心跳，会引起胸腔0.01到1mm的周期性起伏，婴儿正常的呼吸频率在0.6～0.75hz(36
‑
45次/分钟)，心跳的正常频率在2～2.33hz(120
‑
140次/分钟)。毫米波雷达通过1s发射20帧的无线电波，根据各帧回波的相位变化，通过滤波和fft处理，可解析出婴儿的呼吸和心跳频率。
65.当婴儿窒息时，毫米波雷达解析的呼吸频率会急速下降、心跳频率急剧变化，根据此规律主处理器通过判断呼吸和心跳的频率变化，即可判断婴儿是否窒息。若发生窒息，可通过指示灯和喇叭进行本地警示，同时将预警的结果通过wifi网络到后台，后台将该预警结果推送给父母手机上的相应app，通过多种手段实时提醒父母，预防婴儿窒息，保护婴儿的生命安全。
66.本实施例中，通过iq正交混频器对毫米波雷达的发射波和回波进行iq正交混频；
67.通过低通滤波器滤除所述混频器产生的高频信息；
68.通过模拟数字转换器对所述中频信息进行数字采样。
69.具体的，混频器得输出信号频率等于两输入信号频率之和、差或为两者其他组合的电路。混频器通常由非线性元件和选频回路构成。两个不同频率的高频电压作用于非线性器件时，经非线性变换，电流中包含直流分量、基波、谐波、和频及差频分量等。其中差频分量就是混频所需要的中频成分，通过中频带通滤波器把其它不需要的频率分量滤掉，取出差频分量完成混频。
70.具体的，低通滤波器是利用电容通高频阻低频、电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频，利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过；对于需要放行的低频，利用电容高阻、电感低阻的特点让它通过。
71.具体的，模拟数字转换器又称a/d转换器，或简称adc，是一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小，而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
72.本实施例中，fft变换，即快速傅里叶变换，即利用计算机计算离散傅里叶变换(dft)的高效、快速计算方法的统称，傅里叶变换是时域至频域变换分析中最基本的方法之一。
73.快速傅里叶变换是1965年由j.w.库利和t.w.图基提出的，采用这种算法能使计算机计算离散傅里叶变换所需要的乘法次数大为减少，特别是被变换的抽样点数n越多，fft算法计算量的节省就越显著。
74.本实施例中，通过iir数字滤波器对所述相位差信息进行滤波，滤波后得到呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息。
75.具体的，iir数字滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路，运算结构由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，具有反馈回路。
76.本实施例中，相位展开过程中，若相位差大于π，当前相位为
‑
2π；若相位差小于
‑
π，当前相位为 2π；若相位差在
‑
π和π之间，当前相位不变。
77.本实施例中，所述呼吸心跳综合评判之前还包括：
78.对呼吸和心跳的频率进行平滑处理，去除干扰造成的呼吸和心跳突变的异常点。
79.具体的，由于人的呼吸和心跳属于连续变化，根据此特点，去除干扰造成的呼吸和心跳突变的异常点。然后分析当前呼吸、心跳的频率是否属于正常范围，若不在正常范围，分析持续的时间以及变大或变小的趋势量。
80.本实施例中，根据综合评判的数据，若呼吸不在正常范围，持续时间超过10s，并且结果低于正常值15及以下，同时心跳超出正常范围，属于窒息，将该结果上报，进行本地和远程告警。
81.综上所述，本发明将毫米波雷达的发射波和回波进行iq正交混频，输出i、q两路正交的中频信息，对i、q通道分别进行adc采样，得到离散复数信息；对中频信息进行数字采样并进行fft变换，将数字时域信号转换为频域信号进行分析，输出目标距离、速度、方向和相位信息；通过对应频点的模值和呼吸震动引起的幅值变换进行相关性分析，选出监护对象的最佳生命体征点；计算最佳生命体征点的相位，根据相邻两帧的相位差，对当前生命体征点的相位进行展开，根据展开的相位计算相邻两帧的相位差；对相位差信息进行滤波，滤波后得到呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息；分别对滤波后的呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息进行fft变换，将时域信号变换到频域进行分析；在相应范围分别选取最佳频率分量，根据频率的模值，选取最大模值的频率分别作为当前呼吸和心跳的频率；呼吸心跳综合评判，分析当前呼吸和心跳的频率是否处于预设的正常范围内，若不在正常范围，分析持续的时间以及变大或变小的趋势量；根据综合评判的数据，若呼吸不在正常范围的持续时间超出预设时间值，同时心跳超出正常范围，判定为发生窒息状况，将判定结果上报进行本地和远程告警。本发明可及时主动发现婴儿窒息，可主动在本地和远程app端，对父母进行告警，降低婴儿风险；生命感知不受光线影响，不受婴儿衣服和毛毯等影响；可减轻父母照顾婴儿时的安全焦虑和疲惫；也可应用于老人室内的安全防护、车内安全防护、酒店内的生命安全防护，应用范围广，有效保障监护对象的生命安全。
82.参见图3，本发明还提供一种可防窒息的监护装置，采用上述的可防窒息的监护方法，包括：
83.毫米波探测模块1，用于将毫米波雷达的发射波和回波进行iq正交混频，输出i、q两路正交的中频信息，对i、q通道分别进行adc采样，得到离散复数信息；
84.第一fft变换模块2，用于对所述中频信息进行数字采样并进行fft变换，将数字时域信号转换为频域信号进行分析，输出目标距离、速度、方向和相位信息；
85.生命体征点获取模块3，用于通过对应频点的模值和呼吸震动引起的幅值变换进行相关性分析，选出监护对象的最佳生命体征点；
86.相位计算模块4，用于计算所述最佳生命体征点的相位；
87.相位展开模块5，用于根据相邻两帧的相位差，对当前生命体征点的相位进行展开；
88.相位差获取模块6，用于根据展开的相位计算相邻两帧的相位差；
89.滤波模块7，用于对所述相位差信息进行滤波，滤波后得到呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息；
90.第二fft变换模块8，用于分别对滤波后的所述呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息进行fft变换，将时域信号变换到频域进行分析；
91.呼吸心跳处理模块9，用于在相应范围分别选取最佳频率分量，根据频率的模值，选取最大模值的频率分别作为当前呼吸和心跳的频率；
92.呼吸心跳综合评判模块10，用于呼吸心跳综合评判，当前呼吸和心跳的频率是否处于预设的正常范围内，若不在正常范围，分析持续的时间以及变大或变小的趋势量；
93.窒息判断模块11，用于根据综合评判的数据，若呼吸不在正常范围的持续时间超出预设时间值，同时心跳超出正常范围，判定为发生窒息状况；
94.预警模块12，用于将判定结果上报进行本地和远程告警。
95.本实施中，所述毫米波雷达集成有波形发生器、发射天线和接收天线，所述波形发生器用于进行毫米波波段雷达波的生成，所述发射天线用于向外界发射毫米雷达波，所述接收天线用于接收毫米雷达波的回波；
96.通过iq正交混频器对毫米波雷达的发射波和回波进行iq正交混频；
97.通过低通滤波器滤除所述混频器产生的高频信息；
98.通过模拟数字转换器对所述中频信息进行数字采样；
99.通过iir数字滤波器对所述相位差信息进行滤波，滤波后得到呼吸对应频率范围内的相位差信息和心跳对应频率范围内的相位差信息。
100.本实施中，相位展开模块中，若相位差大于π，当前相位
‑
2π；若相位差小于
‑
π，当前相位 2π；若相位差在
‑
π和π之间，当前相位不变。
101.本实施中，还包括异常处理模块13，用于对呼吸和心跳的频率进行平滑处理，去除干扰造成的呼吸和心跳突变的异常点。
102.参见图4，本发明的可防窒息的监护装置硬件，可安装在婴儿床的床头或者通过支架安装在婴儿床的顶部，可防窒息的监护装置距离婴儿的直线距离保持在0.5～1米的范围。当婴儿窒息时，毫米波雷达解析的呼吸频率会急速下降、心跳频率急剧变化，根据此规律主处理器通过判断呼吸和心跳的频率变化，即可判断婴儿是否窒息。若发生窒息，可通过指示灯和喇叭进行本地警示，同时将预警的结果通过wifi网络到后台，后台将该预警结果推送给父母手机上的相应app，通过多种手段实时提醒父母，预防婴儿窒息，保护婴儿的生命安全。
103.需要说明的是，上述装置各模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本技术方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本技术方法实施例相同，具体内容可参见本技术前述所示的方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
104.显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
105.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。