CN118408626B - 一种动态人体体重检测装置以及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗监护技术领域，具体指一种动态人体体重检测装置，同时公开了一种动态人体体重检测装置的检测方法；包括称重模块和控制模块，所述称重模块包括称重支架和若干传感器，称重支架上设有至少三个的固定板，每个固定板均配对设有支撑底板，固定板和支撑底板之间连接有传感器，若干所述传感器通过线路连接控制模块；本发明结构合理，通过应变片在形变时产生的阻值变化，经过采集、滤波、放大后转换为电信号，经过ADC数模转换后，根据电压值的对应关系计算得到人体重量值；本发明方便实时检测动态人体体重，给监护人员提供快速、便捷、精确的人体体重监测数据。
Description
技术领域
本发明涉及医疗监护技术领域，具体指一种动态人体体重检测装置，同时公开了一种动态人体体重检测装置的检测方法。
背景技术
体重是一种重要的生理指标，人的体重受多种因素影响，不同人的体重有差异，同一个人在不同时间点的体重也会变化。尤其体现在慢性肾脏病群体、糖尿病群体以及其他需要严格控制体重的群体上，对此类人进行体重监测，并通过体重的变化能够精确的掌握这些人的健康状况。
现有的体重监测方式大多是通用性的，没有针对慢性病患者的特殊身体情况和健康需求进行个性化的体重管理。慢性病患者的体重管理需要考虑到疾病的类型、严重程度、用药情况等因素，才能制定出更为科学、合理的管理方案；现有的体重监测方法，以记录特定时间区域内，每次体重测量值为主，未结合多因素对体重的动态变化进行分析，无法给监护人员提供快速、便捷、精确的人体体重监测方法；缺乏针对性和实时性：现有的智能体重检测方案大多是基于已有的健康数据进行分析和建议，缺乏针对性和实时性。这些应用程序无法直接感知用户的身体情况、健康状况和环境变化，需要用户自行输入相关数据或连接其他智能设备进行数据采集。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种通过传感器实时检测，并通过算法分析以获得体重数据的动态人体体重检测装置以及检测方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的一种动态人体体重检测装置，包括称重模块和控制模块，所述称重模块包括称重支架和若干传感器，称重支架上设有至少三个的固定板，每个固定板均配对设有支撑底板，固定板和支撑底板之间连接有传感器，若干所述传感器通过线路连接控制模块。
根据以上方案，所述传感器内设有四个应变片，四个应变片组成惠斯通电桥电路。
根据以上方案，所述控制模块上集成有放大器芯片和ADC数模转换器，传感器的信号通过放大器和ADC数模转换器处理后发送给控制模块。
根据以上方案，本发明还包括触控显示屏和电源，控制模块通过线路连接所述触控显示屏和电源。
根据以上方案，所述称重支架上设有四个固定板，四个固定板分别设置在称重支架的四至转角处；所述传感器的一端固定连接支撑底板，传感器的另一端固定连接固定板。
一种动态人体体重检测装置的检测方法，所述传感器发送数据给控制模块，控制模块执行如下步骤：
步骤A.初始校准；
步骤B.人体重量值的AD采用和转换；
步骤C.PID控制算法稳定重量值；
步骤D.执行3次蠕变算法进行温度累计误差补偿；
步骤E.N次滤波，取平均值得到精确的重量值。
根据以上方案，步骤C中的PID控制算法公式如下：
u(t)=a+Kp*e(t)+Ki*∫e(t)dt+Kd*e'(t)
其中：a为检测装置的初始次数，u(t)为控制量，e(t)为偏差，e'(t)为偏差的变化率，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。
根据以上方案，步骤D中的蠕变算法包括：
根据当前获取传感器形变采集AD值Va1和温度AD值Vt1，和上次获取的相应值做对比，结合初始校准值Xa,Xt，判断当前采样值判断是否发送蠕变，其中，蠕变状态包括正蠕变状态和负蠕变状态；
根据第一次蠕变的状态，正状态Xa，Xt取正值，负状态取-Xa，-Xa，第二次传感器形变采集AD值Va2和温度AD值Vt2，再次判断和校准值差的绝对值，是否超过阈值K1，判断蠕变的幅度P大小；
根据第二次得到的校准幅度P，和获取第三次传感器形变采集AD值Va3和温度AD值Vt3，再次判断和校准值的绝对值，是否超过均值阈值M，判断蠕变的后的效果，如果和实际值偏差在合理的精度范围内，则确定参数Xa，Xt，P，M是有效参数，否则进行适当的调整。
本发明有益效果为：本发明结构合理，采用惠斯通四桥传感器，通过应变片在形变时产生的阻值变化，经过采集、滤波、放大后转换为电信号，经过ADC数模转换后，根据电压值的对应关系计算得到人体重量值。
本发明方便实时检测动态人体体重，给监护人员提供快速、便捷、精确的人体体重监测数据(精度达到10-50g）。
附图说明
图1是本发明的称重模块结构示意图；
图2是本发明的检测装置的整体架构结构示意图；
图3是本发明的检测方法流程示意图；
图4是本发明的蠕变算法流程示意图；
图5是本发明的传感器的内部接线示意图。
图中：1、控制模块；2、触控显示屏；3、称重支架；4、传感器；5、电源；11、固定板；12、支撑底板。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1-2所示，本发明所述的一种动态人体体重检测装置，包括称重模块和控制模块1，所述称重模块包括称重支架3和若干传感器4，称重支架3上设有至少三个的固定板11，每个固定板11均配对设有支撑底板12，固定板11和支撑底板12之间连接有传感器4，若干所述传感器4通过线路连接控制模块1。
所述传感器4内设有四个应变片，四个应变片组成惠斯通电桥电路。所述控制模块1上集成有放大器芯片和ADC数模转换器，传感器4的信号通过放大器和ADC数模转换器处理后发送给控制模块1。
本发明还包括触控显示屏2和电源，控制模块1通过线路连接所述触控显示屏2和电源5。优选的所述称重支架3上设有四个固定板11，四个固定板11分别设置在称重支架3的四至转角处；四个固定板11两两配对且对称设置在称重支架3上，使称重支架3保证自身的平稳性，从而保证传感器4的检测数据准确。所述传感器4的一端固定连接支撑底板12，传感器4的另一端固定连接固定板11。
本发明的传感器包括有四个应变片，四个应变片组成惠斯通电桥电路，传感器的内部接线如附图5所示。
惠斯通电桥电路可以用各种方式测量电阻：
①通过与已知电阻比较来确定电阻绝对值；
②测定电阻的相对变化。
后一种方法用于应变技术，它可以测定应变片电阻的相对变化，通常精度可达10^-4到10^2Ω/Ω。
传感器4的检测原理如下：
惠斯通电桥的四个桥臂或分支由电阻R1、R2、R3和R4四个电阻构成。桥的角点2和3指示桥路激励电压Vs的连接；角点1和4为电桥输出电压Vo即测量信号。
如果供电电压Vs被施加到电桥终点2和3，那么供电电压被R1,R2和R4,R3分成两个半桥，即每个半桥形成一个分压器。
由于R1,R2和R3,R4.的电阻电压不同，电桥可能不平衡。计算料公式如下：
根据这个公式，假设测得Vo/Vs的比值α。当已知阻值R1、R2、R3、R4中的其中三个，就可以计算出第4个阻值。而阻值与重量成正比，当标定好标准砝码，比如100g和测得的值，从而可以得到物体重量。
如图3-4所示，一种动态人体体重检测装置的检测方法，所述传感器4发送数据给控制模块1，控制模块执行如下步骤：
步骤A.初始校准；
步骤B.人体重量值的AD采用和转换；
步骤C.PID控制算法稳定重量值；
步骤D.执行3次蠕变算法进行温度累计误差补偿；
步骤E.N次滤波，取平均值得到精确的重量值。
所述步骤C中的PID控制算法公式如下：
u(t)=a+Kp*e(t)+Ki*∫e(t)dt+Kd*e'(t)
其中：a为检测装置的初始次数，u(t)为控制量，e(t)为偏差，e'(t)为偏差的变化率，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。
其中的比例系数Kp控制偏差的大小。当偏差越大时，控制量越大，系统响应速度越快。
积分系数Ki控制偏差的积分。当偏差积分越大时，控制量越大，系统可以消除偏差的积累。
微分系数Kd控制偏差的变化率。当偏差变化率越大时，控制量越大，系统可以防止系统超调。
所述步骤D中的蠕变算法包括：
根据当前获取传感器形变采集AD值Va1和温度AD值Vt1，和上次获取的相应值做对比，结合初始校准值Xa,Xt，判断当前采样值判断是否发送蠕变，其中，蠕变状态包括正蠕变状态和负蠕变状态；
根据第一次蠕变的状态，正状态Xa，Xt取正值，负状态取-Xa，-Xa，第二次传感器形变采集AD值Va2和温度AD值Vt2，再次判断和校准值差的绝对值，是否超过阈值K1，判断蠕变的幅度P大小；
根据第二次得到的校准幅度P，和获取第三次传感器形变采集AD值Va3和温度AD值Vt3，再次判断和校准值的绝对值，是否超过均值阈值M，判断蠕变的后的效果，如果和实际值偏差在合理的精度范围内，则确定参数Xa，Xt，P，M是有效参数，否则进行适当的调整。
最后对有效参数下的重量值进行卡尔曼滤波处理，得到并存储卡尔曼滤波数据，对N次滤波数据进行中值滤波处理，得到稳定精确的重量值。
本发明是通过PID算法、蠕变滤波算法获得精确的人体体重数据；本发明采用4个传感器将体重检测支架支撑起来，通过称重系统的控制模块1接受传感器的数据，通过算法分析计算出数据传输到触摸显示屏上，数字化显示出来 ,从而达到称重的目的。本发明可以给监护人员提供快速、便捷、精确的人体体重监测数据(精度达到10-50g）内。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (5)
1.一种动态人体体重检测装置，包括称重模块和控制模块，其特征在于：所述称重模块包括称重支架和若干传感器，称重支架上设有至少三个的固定板，每个固定板均配对设有支撑底板，固定板和支撑底板之间连接有传感器，若干所述传感器通过线路连接控制模块；
该动态人体体重检测装置的检测方法，包括所述传感器发送数据给控制模块，控制模块执行如下步骤：
步骤A.初始校准；
步骤B.人体重量值的AD采用和转换；
步骤C.PID控制算法稳定重量值；
步骤D.执行3次蠕变算法进行温度累计误差补偿；
步骤E.N次滤波，取平均值得到精确的重量值；
步骤C中的PID控制算法公式如下：
u(t)=a+Kp*e(t)+Ki*∫e(t)dt+Kd*e'(t)
其中：a为检测装置的初始次数，u(t)为控制量，e(t)为偏差，e'(t)为偏差的变化率，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；
步骤D中的蠕变算法包括：
根据当前获取传感器形变采集AD值Va1和温度AD值Vt1，和上次获取的相应值做对比，结合初始校准值Xa,Xt，判断当前采样值判断是否发送蠕变，其中，蠕变状态包括正蠕变状态和负蠕变状态；
根据第一次蠕变的状态，正状态Xa，Xt取正值，负状态取-Xa，-Xa，第二次传感器形变采集AD值Va2和温度AD值Vt2，再次判断和校准值差的绝对值，是否超过阈值K1，判断蠕变的幅度P大小；
根据第二次得到的校准幅度P，和获取第三次传感器形变采集AD值Va3和温度AD值Vt3，再次判断和校准值的绝对值，是否超过均值阈值M，判断蠕变的后的效果，如果和实际值偏差在合理的精度范围内，则确定参数Xa，Xt，P，M是有效参数，否则进行适当的调整。
2.根据权利要求1所述的动态人体体重检测装置，其特征在于：所述传感器内设有四个应变片，四个应变片组成惠斯通电桥电路。
3.根据权利要求1所述的动态人体体重检测装置，其特征在于：所述控制模块上集成有放大器芯片和ADC数模转换器，传感器的信号通过放大器和ADC数模转换器处理后发送给控制模块。
4.根据权利要求1所述的动态人体体重检测装置，其特征在于：还包括触控显示屏和电源，控制模块通过线路连接所述触控显示屏和电源。
5.根据权利要求1所述的动态人体体重检测装置，其特征在于：所述称重支架上设有四个固定板，四个固定板分别设置在称重支架的四至转角处；所述传感器的一端固定连接支撑底板，传感器的另一端固定连接固定板。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110834853A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-25 | 南京英诺森软件科技有限公司 | 一种基于云平台的货物称重系统及其检测方法 |
| CN117760536A (zh) * | 2024-01-04 | 2024-03-26 | 山东大学 | 一种高精度称重传感器蠕变状态识别及补偿方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH675158A5 (zh) * | 1988-06-14 | 1990-08-31 | Mettler Toledo Ag | |
| CN1297803C (zh) * | 2004-07-23 | 2007-01-31 | 孔令宇 | 浮力称重传感器及用于动态称重时的pid偏差控制方法 |
| JP4525262B2 (ja) * | 2004-09-14 | 2010-08-18 | 株式会社島津製作所 | 秤量装置 |
| JP4752528B2 (ja) * | 2006-02-08 | 2011-08-17 | 株式会社島津製作所 | 歪みゲージ式ロードセルおよびそれを用いた電子はかり |
| CN100533311C (zh) * | 2007-09-19 | 2009-08-26 | 山西万立科技有限公司 | 基于智能模糊控制的嵌入式称重系统 |
| US8315752B2 (en) * | 2009-07-30 | 2012-11-20 | Hyundai Motor Company | Apparatus and method for controlling motor position and creep of electric vehicle |
| CN206886075U (zh) * | 2017-07-06 | 2018-01-16 | 大唐环境产业集团股份有限公司 | 一种全封闭石灰石称重皮带给料机称重控制装置 |
| CN110849459B (zh) * | 2019-10-24 | 2022-02-22 | 华帝股份有限公司 | 一种称重传感器的蠕变修正方法 |
| CN114326630A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-12 | 镇江鑫海自动化技术有限公司 | 沥青混合料智能称重配料控制方法 |
| CN116907621A (zh) * | 2023-08-15 | 2023-10-20 | 广州医科大学附属第一医院 | 一种称重传感器蠕变补偿方法、装置、介质及称重设备 |
-
2024
- 2024-07-01 CN CN202410865429.0A patent/CN118408626B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110834853A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-25 | 南京英诺森软件科技有限公司 | 一种基于云平台的货物称重系统及其检测方法 |
| CN117760536A (zh) * | 2024-01-04 | 2024-03-26 | 山东大学 | 一种高精度称重传感器蠕变状态识别及补偿方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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