精神病患者夜间监控报警系统及监控方法与流程

本发明属于监控技术领域，尤其适合精神病患者夜间监控领域，具体为精神病患者夜间监控报警系统及监控方法。

背景技术：

当前，随着社会经济的高速发展、工作竞争激烈、生活压力增加、不同阶层利益格局变化，精神疾病发病率呈上升趋势，也越来越受到社会的关注^[1]。精神病患者，由于思维紊乱、神志不清便会受其幻觉、幻听、幻视等症状的影响后，患者因丧失对疾病的自知力或对行为的控制力^[2]，有可能会出现离家出走、毁物、自伤、自残、攻击他人等情况，严重危害社会公共安全和他人(个人)的人身安全。另外精神病人常常还伴有一些内科及躯体疾病，或由于长期服用精神类药物，而增加诱发突发性心脏疾病的风险^[3]，如不能得到及时的处理，可能危及病人的生命安全。

研究证明了引起精神病患者发病的时间与其当时所处的环境有着密切的关系，尤其是夜间精神病患者发病的可能性高于白天^[4]。在夜间发病的精神病患者，因对其行为监控的局限性，所以患者发病后对社会、他人或自己的危害性极大。

如果医院或家庭能够安装一种操作方便、精度高、性能稳定的精神病患者夜间行为监控报警系统，可以及时有效的监控精神病患者夜间的行为状态。一则可以减轻医护人员的劳动强度和夜间监控的局限性，提高护理质量，二则能够及时监控和控制精神病患者的病情，避免或减轻其精神病患者发病时对他人或自己造成的伤害，三则能够提高精神病患者的治疗率、降低精神病患者的治疗周期和减少医院的医疗纠纷的风险。

技术实现要素：

本发明尝试另一种思路,采用微波探测技术，通过记录精神病患者在设定的时间内，行为运动的次数，对精神病患者进行行为监控。由于微波探测且具有检测速度快、灵敏度高、适应环境能力强及非接触测量及无损伤、连续、延时、远距离、无毒害、不污染环境、易于维护、成本较低等一系列优点。广泛应用于通信、传感、雷达、导弹制导、遥感、射电等方面。目前，国内外在医疗卫生方面，微波传感器还未得到广泛应用。本发明采用微波探测及传感器技术，设计一种精神病患者夜间行为监控报警系统，并进行了相应的实验，该系统能够及时有效的监控精神病患者夜间的行为状态，达到预期的设计目的。

微波是指波长在1mm～1000mm、频率在300mhz～3000ghz之间的电磁波，因为它的波长与长波、中波、短波相比要短许多，所以得名“微波”^[5]。它一般划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波三个主要波段。目前微波的工作频段不断向高频端扩展，微波元件及整机设备不断向小型化、宽频带发展，微波系统不断向自动化、智能化和多功能化方向发展。微波技术广泛应用到遥感、无线电、无损检测和能源等各个领域并相继形成微波波谱、微波生物、微波超导等交叉学科^[6]。

微波传感器利用微波特性来检测一些感应物体的存在、运动速度、距离、角度等信息，是继超声波、激光、红外等传感器之后的一种新型非接触传感器^[7]。如微波湿度传感器、微波测厚仪、微波辐射计、微波位移速度传感器等都是根据微波传感器的特性设计出来的，且具有检测速度快、灵敏度高、适应环境能力强及非接触测量等优点。

由于微波传感器具有不接触、无损伤、连续、延时、远距离、无毒害、不污染环境、易于维护、成本较低等一系列优点。

广泛应用于通信、传感、雷达、导弹制导、遥感、射电等方面^[8]。目前，国内外在医疗卫生方面，微波传感器还未得到广泛应用。本研究采用微波探测及传感器技术，设计一种精神病患者夜间行为监控报警系统，并进行了相应的实验，该系统能够及时有效的监控精神病患者夜间的行为状态，达到预期的设计目的。

本发明的具体内容如下：

精神病患者夜间监控报警系统，由时间编程控制器1、gh-719微波位移速度传感器2、计数器3、时间复位器4、无线信号发射器5、无线信号接收器6、床号显示屏7、报警喇叭8和稳压开关电源9组成；

其中，微波位移速度传感器2分别与时间编程控制器1、计数器3、时间复位器4有线连接；

时间复位器4与计数器3有线连接；

计数器3与无线信号发射器5有线连接；

无线信号发射器5与无线信号接收器6无线连接；

无线信号接收器6分别与床号显示屏7、报警喇叭8有线连接稳压开关电源9。

采用本发明所述的精神病患者夜间监控报警系统的监控方法，按如下步骤进行：

步骤1：人工设定时间编程控制器1的启动时间和停止时间；

当系统处于工作状态时，微波传感器以30次/s的频率对特定周围内的运动物体进行探测，当探测到有移动的物体时，就输出信号同时给计数器和时间复位器，计数器对信号进行准确的计数，当计数值在时间复位器设定的复位触发时间内与计数器设定的预定值相同时，计数器将输出信号给无线信号发射器(当计数值在时间复位器设定的复位触发时间内小于计数器设定的预定时，计数器将被复位，重新开始计数)，无线信号发射器把计数器送来的信号进行编码后，以315mhz的频率将信号发出，无线信号接收器在一定的距离内接收到信号，立即对信号进行解码处理，并被床号显示器准确的显示出对应床号和时间，报警喇叭同时发出声音，警告医护人员该病患需要立即处置。

有益的技术效果

本发明所研究设计的夜间行为监控报警系统，是利用微波传感器不接触、无损伤地对精神病患者夜间的行为状态进行监控，反应速度快，监控效果可靠。大大减轻了医护人员的劳动强度，提高护理了质量，同时能够及时控制精神病患者的病情及避免或减轻其发病时对他人或自己的伤害，提高了精神病患者的治疗率、降低精神病患者的治疗周期，减少医院的医疗纠纷。

本设计安装操作十分简单，且成本较低，能为医院带来良好的经济效益和社会效益，因此未来可大规模用于精神科专科医院，前景十分广阔。

附图说明

图1为本发明中微波传感器的工作原理图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明的逻辑控制方框图。

具体实施方式

现结合附图详细说明本发明的技术细节。

参见图2，精神病患者夜间监控报警系统，其特征在于：由时间编程控制器1、gh-719微波位移速度传感器2、计数器3、时间复位器4、无线信号发射器5、无线信号接收器6、床号显示屏7和报警喇叭8组成；

其中，微波位移速度传感器2分别与时间编程控制器1、计数器3、时间复位器4有线连接；

时间复位器4与计数器3有线连接；

计数器3与无线信号发射器5有线连接；

无线信号发射器5与无线信号接收器6无线连接；

无线信号接收器6分别与床号显示屏7、报警喇叭8有线连接稳压开关电源9。

进一步说，时间编程控制器1具有循环计时功能，时间编程控制器1具有任意设定自动开或关时间，从而控制微波传感器2和整个系统的工作状态。

进一步说，微波传感器2采用非接触传感器；优选的，微波传感器2的型号为gh-719型；微波传感器2的探测范围在0.5-10米之间可调。微波传感器2的工作原理详见图1。

进一步说，计数器3采用2位计数，计数器3的计数值在1-99之间，且可自由设置计数值并有复位功能。

进一步说，时间复位器4的最小时间设置单位为1秒；时间复位器4能够为计数器3提供复位触发信号；由时间复位器4提供的复位触发信号/延时信号可调，且该可调的复位触发信号/延时信号在1-999秒之间触发；

时间复位器4在延时时间内再次给/收到信号，触发无效；延时完成后，再给信号，触发有效；时间复位器4应具有断电后自动保存原有设置，重新给电无需再次设置。

进一步说，无线信号发射器5的发射频率为315mhz，，以前查过符合国家标准，可否去掉发射频率为315mhz，改为发射距离＜100m，该发射距离符合国家使用频率管制要求，无线信号发射器5具备1-99号自由编码发射的信号的功能。进一步说，无线信号接收器6和无线信号发射器5采用同一频率段，具有自动解码功能，及时的把无线信号发射器5的数据进行解码，并将信息传送出去；床号显示屏7，能够显示床位、时间等信息；报警喇叭8能够用声音提示医护人员有病患需要处置。无线信号发射器把计数器送来的信号进行1-99编码后，将信号发出，无线信号接收器在一定的距离内接收到信号，立即对接受信号进行1-99解码处理，对应接通床号显示器触发显示出对应的床号和时间，并同时触发接通报警喇叭的电源控制器，使报警喇叭发出声音，警告医护人员该病患需要立即处置。

参见图2和3，采用本发明所述的精神病患者夜间监控报警系统的监控方法，按如下步骤进行：

人工设定时间编程控制器1的启动时间和停止时间；

当系统处于工作状态时，微波传感器以30次/s的频率对特定周围内的运动物体进行探测，当探测到有移动的物体时，就输出信号同时给计数器和时间复位器，计数器对信号进行准确的计数，当计数值在时间复位器设定的复位触发时间内与计数器设定的预定值相同时，计数器将输出信号给无线信号发射器(当计数值在时间复位器设定的复位触发时间内小于计数器设定的预定时，计数器将被复位，重新开始计数)，无线信号发射器把计数器送来的信号进行编码后，以315mhz的频率将信号发出，无线信号接收器在一定的距离内接收到信号，立即对信号进行解码处理，并被床号显示器准确的显示出对应床号和时间，报警喇叭同时发出声音，警告医护人员该病患需要立即处置。

为了更好的解释本发明，现对本发明中的设备、工作原理做另一角度的阐述：

微波传感器的原理是由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使功率发生变化^[9]。若利用接收天线通过被测物或由被测物反射回来的微波，并将它转换成电信号，再由测量电路处理后，即显示出被测量，就实现了微波检测。根据微波传感器的原理，微波传感器可以分为反射式和遮断式两类^[10]。反射式微波传感器是通过检测被测物反射回来的微波功率或经过的时间间隔来测量被测量的。通常它可以测量物体的位置、位移、速度等参数。遮断式微波传感器是通过检测接收天线收到的微波功率大小来判断发射天线与接收天线之间有无被测物体或被测物体的厚度、含水量等参数。

微波传感器通常由微波发射器即微波振荡器、微波天线及微波检测器三部分组成^[11]。微波振荡器是产生微波的装置。构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管或某些固体元件。由微波振荡器产生的振荡信号需用波导管传输，并通过天线发射出去。为了使发射的微波具有一致的方向性，天线应具有特殊的构造和形状^[12]。由于微波波长很短，即频率很高(300mhz～300ghz)，要求振荡回路中具有非常微小的电感与电容，因此不能用普通的电子管与晶体管构成微波振荡器。构成微波振荡器的器件有调速管、磁控管或某些固态器件，小型微波振荡器也可以采用体效应管。微波传感器工作原理图详见图1。

本发明着重于低成本、易维护的角度设计，材料准备如下：时间编程控制器一个，微波位移速度传感器(gh-719)一个，计数器一个，时间复位器一个，无线信号发射器一个，无线信号接收器一个，床号显示屏一个，报警喇叭一个，导线若干。当系统处于工作状态时，微波传感器以30次/s的频率对特定周围内的运动物体进行探测，当探测到有移动的物体时，就输出信号同时给计数器和时间复位器，计数器对信号进行准确的计数，当计数值在时间复位器设定的复位触发时间内与计数器设定的预定值相同时，计数器将输出信号给无线信号发射器(当计数值在时间复位器设定的复位触发时间内小于计数器设定的预定时，计数器将被复位，重新开始计数)，无线信号发射器把计数器送来的信号进行编码后，以315mhz的频率将信号发出，无线信号接收器在一定的距离内接收到信号，立即对信号进行解码处理，并被床号显示器准确的显示出对应床号和时间，报警喇叭同时发出声音，警告医护人员该病患需要立即处置。

图2即为精神病患者夜间监控报警系统方框图，图中1时间编程控制器、2为微波传感器、3为计数器、4为时间复位器、5为无线信号发射器、6为无线信号接收器、7为床号显示屏、8为报警喇叭。精神病患者夜间行为监控报警系统的使用方法(结合图2和3)：本设计主要是对夜间精神病患者的行为活动进行监控，给系统提供12v直流电源后，首先对时间编程控制器进行夜间时间监控范围的设定，范围1分钟-24小时，无限循环，在此范围内可任意设定时间编程控制器的工作时间即整个系统的工作时间。然后设定时间复位器的触发计数器复位时间，设定范围1秒-999秒，最后设定计数器预置计数值。以上设置在断电后仍可保存设置不便^[15]。

时间编程控制器1在工作状态时，微波传感器2随之进入工作状态，微波传感器2以30次/s的频率对特定周围内的运动物体进行探测，当探测到有移动的物体时，及时输出信号给计数器3和时间复位器4(计数器3和时间复位器4可以同时得到微波传感器2发出的信号)，计数器3对信号进行准确的计数，当计数值在时间复位器4设定的复位触发时间内与计数器设定的预定值相同时，计数器将输出信号给无线信号发射器5,(当计数值在时间复位器4设定的复位触发时间内小于计数器3设定的预定值时，计数器3将被复位，重新开始计数)，无线信号发射器5把计数器3送来的信号进行编码后，以315mhz的频率将信号发出，无线信号接收器6在一定的距离内接收到信号，立即对信号进行解码处理，并被床号显示器7准确的显示出对应床号和时间，报警喇叭同时发出声音，警告医护人员该病患需要立即处置。

实施例1

精神病患者夜间行为监控报警系统由1时间编程控制器、2为微波传感器、3为计数器、4为时间复位器、5为无线信号发射器、6为无线信号接收器、7为床号显示屏、8为报警喇叭组成^[13]。其中1、时间编程控制器具有无限循环功能，可以任意设定自动开或关时间，从而控制微波传感器和整个系统的工作状态，节能环保。2、微波传感器采用(gh-719)型非接触传感器，这种传感器的探测方式有如下的优点：不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线等影响，适合恶劣环境；抗射频干扰能力强；输出功率小，对人体构不成危害；探测范围0.5-10米可调。3、计数器采用2位计数，可以自由设置1-99计数值并有复位功能。4、时间复位器最小设置单位为1秒，能够为计数器提供复位触发，其特点在于给信号可延时1-999秒可调触发，在延时时间内再次给信号触发无效，延时完成后，再给信号触发，无限重复，断电后自动保存原有设置，重新给电无需再次设置。5、无线信号发射器的发射频率为315mhz，符合国家使用频率管制要求并可以做到1-99号自由编码发射^[14]。6、无线信号接收器和无线信号发射器采用同一频率段，具有自动解码功能，及时的吧发射器的数据进行解码，并将信息传送出去。7、床号显示屏，显示床位、时间等信息。8、报警喇叭，用声音提示医护人员有病患需要处置。

将该系统内置安装在测试患者的床头设备带中。接通系统电源后，首先通过时间编程控制器将系统的自动开启及关闭时间，调整为夜间监控时间范围，设定为每日20点自动开启，次日6点自动关闭。每日无限循环，用以在每日夜间在指定时间内对患者进行不间断动态断监护。然后将时间复位器的循环复位时间设置为3秒，工作3秒后自动复位，从0-3秒重复计时，对计数器的计数进行清零复位。设置计数器接收微波传感器探测患者运动发出信号3次，计数值为3.在时间复位器工作3秒内，接收微波传感器探测发出信号，并进行计数达到3次或以上时，触发无线报警发射器，无线接收器接收报警信号后立即解码，及时在显示器上显示患者的显准确床号和时间，同时报警喇叭发出报警声音，警告医护人员对该床位患者需要立即处置。医护人员可以手动消除报警，同时计数器复位，重新开始计数。若计数器在时间复位器工作3秒内计数少于3次，计数器将被自动复位，按照设计重复工作^[16]。我们模拟患者突发心脏疾病的发病特征、出走、毁物、自伤、自残、攻击他人等情况，该系统能够及时报警，达到了我们设计要求。

综上所述，本发明所研究设计的夜间行为监控报警系统，是利用微波传感器不接触、无损伤地对精神病患者夜间的行为状态进行监控，反应速度快，监控效果可靠。大大减轻了医护人员的劳动强度，提高护理了质量，同时能够及时控制精神病患者的病情及避免或减轻其发病时对他人或自己的伤害，提高了精神病患者的治疗率、降低精神病患者的治疗周期，减少医院的医疗纠纷。

本设计安装操作十分简单，且成本较低，能为医院带来良好的经济效益和社会效益，因此未来可大规模用于精神科专科医院，前景十分广阔。

为了更好地监控并记录患者的夜间活动情况，在前述结构的基础上，采用树莓派这种卡片式电脑，并配以传感器，进行综合监控和录像。具体结构如下：

所述时间编程控制器1、gh-719微波位移速度传感器2、计数器3、时间复位器4和无线信号发射器5构成一个现场监控端，现场监控端按病床量进行设置，数量在1至99个之间；无线信号接收器6、床号显示屏7和报警喇叭8构成一个中央监控端。

每1到6个现场监控端均配有rpi(树莓派，raspi/rpi)；现场监控端的信号输出端与该病房的rpi信号接收端相连接；rpi采用“linux+python”的系统+软件结构；

现场监控端的rpi与一个摄像头、光感传感器、红外传感器相连接；其中摄像头朝向病房门，光感传感器设置在卫生间内，红外传感器设置在病床下方；

在现场监控端与中央监控端之间设有多个无线中继器；在中央监控端配有一个rpi；现场监控端的rpi与中央监控端的rpi之间通过无线中继器中转信号；

无线信号接收器6、床号显示屏7和报警喇叭8均与rpi相连接；

rpi均配有32g以上的存储卡；现场监控端的rpi，通过摄像头实施录制视频信号，并覆盖存入与之匹配的存储卡中；

光感传感器、红外传感器、摄像头获取的信号经现场监控端的rpi的内置无线端口、无线中继器/无线ap传递至中央监控端的rpi；

树莓派(raspberrypi)的中文名为“树莓派”,简写为rpi，(或者raspi/rpi)；现场监控端的rpi版本为zero或3；中央监控端的rpi的版本为3或4；前述各版本rpi内置或外接有兼容的无线收发设备。

需要指明的是，本发明虽然采用的是rpi/树莓派的卡片电脑，但依旧可以改成其它配置的微型电脑、卡片电脑或工控机。采用rpi，主要考虑其结构紧凑、功耗低、结构多、传感器丰富、linux系统并可采用python编程，工作强度小。

采用上述设备后的精神病患者夜间监控报警系统的监控方法，其特征在于：采用rpi进行辅助的报警分析，具体如下：

本系统启动后，现场监控端的rpi驱动与之相连的摄像头即实时采集视频信号，并循环录制，并监控与之相连的传感器；当传感器产生信号后，做如下操作：

1.当微波位移速度传感器2采集到信号或/和红外传感器采集到信号时，则由现场监控端的rpi控制摄像头将此时的视频数据在本地保存，并传递至中央监控端的rpi；

2.当微波位移速度传感器2或/和红外传感器被激活后，如果光感传感器在人工设定的时间被激活，则由中央监控端的rpi记录激发警报的综合资料，所述激发警报的综合资料包括视频、各传感器的工作起止点；该步骤排除患者夜间的正常活动，入起床喝水、如厕等。

3.当微波位移速度传感器2或/和红外传感器被激活后，如果光感传感器在人工设定的时间未被激活，则在中央监控端的rpi记录前述激发警报的综合资料的同时，通过与之相联的报警喇叭8提示护士站的医护人员关注这一异常，人工判断是否需要干预。

由微波位移速度传感器2传递的报警信号以及由rpi监控的报警信号构成两条监控途径；一则可以避免单一途径的漏报、误报，二则能够截取并留存报警时的影像，为后续改进或优化本设备、记录并分析患者夜间活动习惯做数据储备。此外，我们依据不同的患者护理等级，调整整套系统的启动、使用方法，例如对于重点检测患者，可以仅无rpi辅助的系统，一有情况立即报警，重点关注；对于自伤风险小的，可采用rpi辅助，记录完整的夜间活动信息。

由于本系统的存储单元是单独插拔的，可依据实际需要采用大储量的记忆卡，通过rpi及开源软件，可以储存1整晚上的视频信息，不但能避免医患矛盾，还有较好的病例研究价值。

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