【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线传感，具体是一种射频识别传感器及基于该传感器的生命体征监测方法。
技术介绍
1、人体呼吸和心跳等关键生命体征信号的有效监测和分析在医疗护理、健康评估、搜索救援、运动状态分析等领域具有重要意义。目前主流的接触式测量技术由于信号引线和供电电池的存在限制了测量的便捷性，使得测量过程不可避免地对人体日常行为造成束缚；而雷达等非接触式测量技术易受多目标干扰和人体自由运动的影响，难以同时实现邻近多个人体目标的辨别及各目标生命体征信号监测。超高频射频识别传感器具有无线供电、无线数据传输、非视距测量、同步识别与感知等技术特点，在低功耗、小型化、便捷性、降低对人体日常行为的干扰等方面具有独特优势。同时，因超高频射频识别技术读取距离可达到10米以上，该技术易于构建多人同时监测的测量系统及测量网络。
2、射频识别传感器可以通过集成敏感元件与射频识别收发器实现身份识别和生命体征参数的监测，有效降低功耗、减小体积并利用柔性器件的集成提高穿戴的舒适性。因心跳和呼吸信号均较为微弱、信号测量周期较长，导致二者难以同时获取。美国奥本大学和加州州立大学研究人员开发了基于商用rfid标签的驾驶环境呼吸检测方法，主要解决跳频技术、随机采样、汽车震动等带来的噪声抑制问题。天津大学马永涛团队利用rfid标签对测量人体呼吸信号，利用多普勒频移消除人体自由运动对呼吸胸腔起伏信号的影响，但该方法无法测量心跳信号。南京大学分布式计算实验室采用商用全被动rfid阵列同时测量呼吸和心跳信号，构建了射频信号反射模型和多标签信号融合模型计算心跳信号，但阵列角
3、综上所述，在已有方案中，集成敏感元件的传感器增强型射频识别传感器无法测量呼吸信号，而基于商用标签的相位计算技术依赖于标签阵列和计算模型，二者均无法同时实现心率和呼吸的可穿戴无束缚测量。因此，目前仍然缺少实现生命体征信号连续可穿戴便捷测量的柔性射频识别传感器设计与集成方案。开发用于心跳和呼吸测量的敏感元件并与射频识别技术有效集成，实现多人身份识别与呼吸和心跳信号的同时获取是目前该领域面临的关键技术难题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种射频识别传感器及基于该传感器的生命体征监测方法。
2、本专利技术解决所述传感器技术问题的技术方案是，提供一种射频识别传感器，该传感器由至少一个柔性rfid传感器标签、一套rfid读写系统和一台上位机构成；
3、所述柔性rfid传感器标签由微控制器模块、rfid收发模块、电容式压力传感器模块、电容数字转换模块和电源模块构成；
4、微控制器模块、rfid收发模块、电容数字转换模块和电源模块集成在一个柔性基底上；微控制器模块与电容数字转换模块通讯连接，与rfid收发模块通讯连接；电容式压力传感器模块与电容数字转换模块的输入端通讯连接；电源模块为微控制器模块、rfid收发模块和电容数字转换模块供电；
5、rfid读写系统由rfid读写器和读写器天线构成；rfid读写器与上位机通讯连接；读写器天线与rfid读写器通讯连接，并与rfid收发模块通讯连接。
6、本专利技术解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种基于所述射频识别传感器的生命体征监测方法，该方法包括以下步骤：
7、步骤1、射频识别传感器的装配；
8、步骤2、柔性rfid传感器标签的安装：将柔性rfid传感器标签粘贴于被测对象的胸腔表面，实现电容式压力传感器模块直接接触人体胸腔皮肤；
9、步骤3、柔性rfid传感器标签的初始化：柔性rfid传感器标签上电后，微控制器模块运行程序对标签功能进行初始化，并对电容数字转换模块和rfid收发模块进行初始化功能配置；在执行流程中，首先禁用rfid读写器的rfid读取响应功能，以完成电容数据的采集、处理以及epc码的用户数据段的更新；在读取心跳信号采集处理完成并将心率数据编码完成后，开启rfid读写器的读取响应功能；当rfid读写器的读取查询完成后，微控制器模块将根据定时器周期触发新一轮的电容数据采集；
10、步骤4、初始心跳信号与初始呼吸信号的获取；
11、对于初始心跳信号，电容式压力传感器模块通过感受心跳改变引起的电容极距变化，将心跳引起胸腔运动产生的压力变化转换为电容变化，以此建立电容信号和初始心跳信号之间的关系并完成初始心跳信号的获取；
12、对于呼吸信号，柔性rfid传感器标签利用胸腔起伏对电磁波相位信息的调制，将初始呼吸引起的胸腔起伏耦合到柔性rfid传感器标签的相位信息中，在柔性rfid传感器标签读取过程中被rfid读写器获得，完成初始呼吸信号的获取；
13、步骤5、心率数据和呼吸速率数据的获取：微控制器模块对采集到的初始心跳信号进行处理获取心率数据；上位机对接收到的初始呼吸信号进行滤波处理并进行相位展开，然后获取展开相位信号的峰值到达时间，用来计算呼吸速率数据，实现心率数据和呼吸速率数据的同时获取。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术开发敏感元件集成与相位计算相结合的射频识别心跳呼吸信号测量技术与集成方案，利用电容式压力传感器感知人体微弱心跳信号，采用rfid相位计算方法重建呼吸信号，利用柔性电子器件、基底及相应制备技术及rfid epc码用户数据段编码解析无线传输技术完成硬件集成和数据传输。最终，实现系统的低功耗、小型化、柔性化，提高穿戴的舒适性以降低对用户日常行为的干扰。
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1.一种射频识别传感器，其特征在于，该传感器由至少一个柔性RFID传感器标签（1）、一套RFID读写系统（2）和一台上位机（3）构成；
2.根据权利要求1所述的射频识别传感器，其特征在于，RFID收发模块（12）包括RFID射频收发芯片和标签天线。
3.根据权利要求1所述的射频识别传感器，其特征在于，电源模块（15）包括薄膜锂电池和DC-DC转换器，用于为整个传感器供电。
4.一种基于权利要求1-3任一所述射频识别传感器的生命体征监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的生命体征监测方法，其特征在于，步骤4中，初始心跳信号获取的具体步骤如下：
6.根据权利要求4所述的生命体征监测方法，其特征在于，步骤4中，初始呼吸信号获取的具体步骤如下：
7.根据权利要求4所述的生命体征监测方法，其特征在于，步骤5中，心率数据的获取具体是：在微控制器模块（11）的控制逻辑下，通过电容数字转换模块（14）实现初始心跳信号从模拟到数字的转换，再在微控制器模块（11）的控制下进行数据采集，将转化后的数据发
8.根据权利要求7所述的生命体征监测方法，其特征在于，步骤5中，微控制器模块（11）中计算初始心跳信号获得心率数据具体是：首先，微控制器模块（11）获取由心跳引起的电容原始信号变化序列，对异常值进行剔除，并采用二阶低通巴特沃斯滤波器去除测量噪声引起的高频成分，从而获得反映心跳与电容变化之间对应关系的测量信号；然后，对滤波后的测量信号采用无限冲激响应高通滤波器进行平滑处理去除直流分量，以消除由人体移动对电容变化的影响；最后，通过峰值检测算法获取处理后的信号峰值时间，用来估计心率数据。
9.根据权利要求4所述的生命体征监测方法，其特征在于，步骤5中，呼吸速率数据的获取具体是：首先，通过RFID读写器（21）获取RFID收发模块（12）反向散射呼吸变化引起的初始呼吸信号，再由RFID读写器（21）发送至上位机（3），上位机（3）将相位信号进行相位展开，即可得到展开后的相位信号，得到反映相位变化和胸腔移动之间对应关系的测量信号；然后，上位机（3）利用经验模态分解去除信号中的高频噪声，采用无限冲激相应高通滤波器进行平滑处理去除直流分量，以消除由于人体运动引起的相位变化；最后，通过峰值检测算法获取处理后的信号峰值时间，用来估计呼吸速率数据。
...【技术特征摘要】
1.一种射频识别传感器，其特征在于，该传感器由至少一个柔性rfid传感器标签（1）、一套rfid读写系统（2）和一台上位机（3）构成；
2.根据权利要求1所述的射频识别传感器，其特征在于，rfid收发模块（12）包括rfid射频收发芯片和标签天线。
3.根据权利要求1所述的射频识别传感器，其特征在于，电源模块（15）包括薄膜锂电池和dc-dc转换器，用于为整个传感器供电。
4.一种基于权利要求1-3任一所述射频识别传感器的生命体征监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的生命体征监测方法，其特征在于，步骤4中，初始心跳信号获取的具体步骤如下：
6.根据权利要求4所述的生命体征监测方法，其特征在于，步骤4中，初始呼吸信号获取的具体步骤如下：
7.根据权利要求4所述的生命体征监测方法，其特征在于，步骤5中，心率数据的获取具体是：在微控制器模块（11）的控制逻辑下，通过电容数字转换模块（14）实现初始心跳信号从模拟到数字的转换，再在微控制器模块（11）的控制下进行数据采集，将转化后的数据发送至微控制器模块（11）中计算初始心跳信号获得心率数据，再将心率数据编码到rfid收发模块（12）的epc码的用户数据段中，以无线射频反向散射的形式传输至rf...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟召宗，张博，高楠，甄冬，冯国金，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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