一种基于RFID的呼吸监测方法及系统与流程

一种基于rfid的呼吸监测方法及系统
技术领域
1.本发明涉及呼吸监测领域，尤其基于rfid的呼吸监测方法及系统。


背景技术：

2.呼吸监测是医疗和健康领域的重要组成部分，主要用于检查呼吸频率、呼吸节奏、呼吸深度等参数，可以用于诊断和治疗各种疾病，如哮喘、copd(慢性阻塞性肺疾病)、睡眠呼吸暂停等。常见的呼吸监测方法有医生或护士通过观察和倾听患者的呼吸来评估呼吸情况、脉搏氧饱和度监测、通过设置在鼻子上的传感器阵列监测、采用穿戴式设备和智能家居进行监测等。
3.上述对呼吸监测的方法要么不准确，要么佩戴舒适性比较差，采用rfid对呼吸监测可以有效克服上述问题，其主要原理是当人呼吸时，胸部的运动会导致rfid标签的位置发生改变，这会改变标签和阅读器之间的距离，距离变化被阅读器检测到，通过收集和分析这种信号的变化，就可以计算出呼吸的频率和深度。但是，rfid标签会受到许多因素的影响，如标签和读取器的相对位置、金属物体、周围环境的电磁干扰等，这都会影响监测的准确性。如何能够采用rfid标签准确的监测到呼吸情况是亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，在第一个方面，本发明提供了一种基于rfid的呼吸监测方法，所述方法包括以下步骤：
5.rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和rssi，所述rfid扫频阅读器位于距离用户的预设距离处；
6.根据所述应变传感器的频移-应变距离对应关系和所述频移确定第一距离，将多个第一距离拟合成平滑的距离曲线，并将多个相位拟合成平滑的相位曲线，将多个rssi拟合成平滑的rssi曲线；
7.根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况。
8.优选地，所述rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和rssi，具体为：
9.所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器之间采用基于帧的时隙aloha方法作为防碰撞方法，设置帧的时隙个数和所述基于rfid的应变传感器的个数相同，在所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器初始通信时，由所述rfid扫频阅读器判断是否存在碰撞，如果存在，则在下一帧继续判断，直到在所述帧内没有碰撞，并在所述应变传感器中记录自身发送信息的时隙序号；
10.获取预设频率个数，在一个周期内，按照预设频率从大到小的顺序建立预设频率与帧的对应关系，对于每一帧，按照所述对应关系确定预设频率，并向所述应变传感器发送
读信息，接收所述应变传感器返回的信息；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；
11.计算每个周期内，所述rfid扫频阅读器获取的每个所述应变传感器能量最大对应的预设频率与默认频率的差值，将所述差值作为频移；在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi。
12.优选地，所述在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi，具体为：
13.获取周期内每个帧中每个应变传感器的相位和rssi，在预处理后，根据所述相位和所述rssi确定周期内每个应变传感器的平均相位和平均rssi分别作为每个应变传感器的相位和rssi；每个周期内得到一个第一距离、一个相位、一个rssi。
14.优选地，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：
15.以所述距离曲线、所述相位曲线或者所述rssi曲线中的一个为基准，移动另外两个曲线，使得三个曲线的距离最短，所述移动的距离不超过周期的一半；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；
16.按照三个曲线对应的权重对三个曲线进行叠加，得到呼吸曲线，根据多个应变传感器的呼吸曲线与预设曲线的距离确定呼吸情况。
17.优选地，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：
18.对于每个应变传感器，按照周期将距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线的每一个都分割为多个片段，构成与曲线对应的片段序列；
19.对于每个应变传感器的每个曲线，以滑动窗口的方式将曲线的片段序列分为多个窗口，对窗口内的每个片段进行抽样得到片段的embedding，并将片段的embedding和片段的位置embedding相加得到曲线在所述窗口内的一维向量，将多个应变传感器的三个曲线在相同窗口的一维向量进行拼接得到二维向量，将二维向量作为vit模型的输入得到分类结果，基于多个滑动窗口的分类结果确定呼吸情况。
20.在另外一个方面，本发明提供了一种基于rfid的呼吸监测系统，所述系统包括以下模块：
21.信息获取模块，用于rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和rssi，所述rfid扫频阅读器位于距离用户的预设距离处；
22.数据处理模块，用于根据所述应变传感器的频移-应变距离对应关系和所述频移确定第一距离，将多个第一距离拟合成平滑的距离曲线，并将多个相位拟合成平滑的相位曲线，将多个rssi拟合成平滑的rssi曲线；
23.呼吸情况识别模块，用于根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况。
24.优选地，所述rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相
位和rssi，具体为：
25.所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器之间采用基于帧的时隙aloha方法作为防碰撞方法，设置帧的时隙个数和所述基于rfid的应变传感器的个数相同，在所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器初始通信时，由所述rfid扫频阅读器判断是否存在碰撞，如果存在，则在下一帧继续判断，直到在所述帧内没有碰撞，并在所述应变传感器中记录自身发送信息的时隙序号；
26.获取预设频率个数，在一个周期内，按照预设频率从大到小的顺序建立预设频率与帧的对应关系，对于每一帧，按照所述对应关系确定预设频率，并向所述应变传感器发送读信息，接收所述应变传感器返回的信息；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；
27.计算每个周期内，所述rfid扫频阅读器获取的每个所述应变传感器能量最大对应的预设频率与默认频率的差值，将所述差值作为频移；在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi。
28.优选地，所述在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi，具体为：
29.获取周期内每个帧中每个应变传感器的相位和rssi，在预处理后，根据所述相位和所述rssi确定周期内每个应变传感器的平均相位和平均rssi分别作为每个应变传感器的相位和rssi；每个周期内得到一个第一距离、一个相位、一个rssi。
30.优选地，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：
31.以所述距离曲线、所述相位曲线或者所述rssi曲线中的一个为基准，移动另外两个曲线，使得三个曲线的距离最短，所述移动的距离不超过周期的一半；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；
32.按照三个曲线对应的权重对三个曲线进行叠加，得到呼吸曲线，根据多个应变传感器的呼吸曲线与预设曲线的距离确定呼吸情况。
33.优选地，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：
34.对于每个应变传感器，按照周期将距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线的每一个都分割为多个片段，构成与曲线对应的片段序列；
35.对于每个应变传感器的每个曲线，以滑动窗口的方式将曲线的片段序列分为多个窗口，对窗口内的每个片段进行抽样得到片段的embedding，并将片段的embedding和片段的位置embedding相加得到曲线在所述窗口内的一维向量，将多个应变传感器的三个曲线在相同窗口的一维向量进行拼接得到二维向量，将二维向量作为vit模型的输入得到分类结果，基于多个滑动窗口的分类结果确定呼吸情况。
36.最后，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的方法。
37.本发明利用rfid扫频阅读器和多个基于rfid的应变传感器，获取多个参数，能够准确的对用户的呼吸进行监测，而且具有使用简单，用户的不适感很低的优点。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为实施例一的流程图；
40.图2为周期、帧、时隙的关系图；
41.图3为实施例二的结构图。
具体实施方式
42.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
43.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，所描述的实施例仅仅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。
44.实施例一
45.本发明提供了一种基于rfid的呼吸监测方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
46.s1，rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和rssi，所述rfid扫频阅读器位于距离用户的预设距离处；
47.rfid阅读器可以读取rfid标签的内容，但是其频率是固定的，不同于rfid阅读器，rfid扫频阅读器可以发出多种频率读取rfid标签，可以预先设置rfid扫频阅读器发出的频率，例如扫频间隔为1khz，则可以在120khz发出读rfid标签的请求，下一次发出读请求是121khz。
48.基于rfid的应变传感器是将rfid标签的天线作为感应应变力的元件，当产生拉力或者弯曲时，rfid标签天线的电阻、电抗等发生变化，进而引起rfid阅读器读取的数据发生变化，其中，天线采用应变片或者电阻传感纤维等。在本发明中采用多个频率读取基于rfid的应变传感器，根据频移情况确定rfid标签的应力，而应力又是有用户呼吸引起的，通过频移、相位和rssi实现对呼吸的监测。频移是指由于应力导致基于rfid的应变传感器的默认频率发生变化的情况。不同的应力导致rfid天线不同程度的形变，进而有不同的频移。
49.s2，根据所述应变传感器的频移-应变距离对应关系和所述频移确定第一距离，将多个第一距离拟合成平滑的距离曲线，并将多个相位拟合成平滑的相位曲线，将多个rssi
拟合成平滑的rssi曲线；
50.当其他条件不变时，由于应力导致天线的电阻、阻抗等变化，导致天线的谐振频率变化，当rfid扫频阅读器发出的频率与谐振频率相同时，rfid扫频阅读器获取的rfid标签反射功率越大，通过不断改变rfid扫频阅读器发出的频率可以得到谐振频率，进而得到应力或者移动距离。根据应变传感器的频移-应变距离的对应关系和频移情况即可确定用户腹部或肚子运动导致应变传感器的天线的移动距离，实现对呼吸的监测。对离散点进行拟合有不同方式，例如利用python scipy库等。
51.s3，根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况。
52.在一个具体实施例中，所述rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和rssi，具体为：
53.所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器之间采用基于帧的时隙aloha方法作为防碰撞方法，设置帧的时隙个数和所述基于rfid的应变传感器的个数相同，在所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器初始通信时，由所述rfid扫频阅读器判断是否存在碰撞，如果存在，则在下一帧继续判断，直到在所述帧内没有碰撞，并在所述应变传感器中记录自身发送信息的时隙序号；
54.获取预设频率个数，在一个周期内，按照预设频率从大到小的顺序建立预设频率与帧的对应关系，对于每一帧，按照所述对应关系确定预设频率，并向所述应变传感器发送读信息，接收所述应变传感器返回的信息；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；
55.计算每个周期内，所述rfid扫频阅读器获取的每个所述应变传感器能量最大对应的预设频率与默认频率的差值，将所述差值作为频移；在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi。
56.周期、帧、时隙的关系如图2所示，一个周期包括多个帧，每个帧对应rfid扫频阅读器可以发出的一个频率，预先设置的rfid扫频的频率个数等于周期的帧的个数；一个帧包括多个时隙，时隙的个数和基于rfid的应力传感器的个数相同。
57.在一个周期内，rfid扫频阅读器完成一个扫频周期，进而确定频移。由于时隙时间很短通常为毫秒或者微秒级别，一个周期内肚子或者腹部的移动距离可以忽略不计。
58.在一个周期内，每个帧都会获得各个应变传感器的rssi和相位，在一个具体实施例中，所述在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi，具体为：
59.获取周期内每个帧中每个应变传感器的相位和rssi，在预处理后，根据所述相位和所述rssi确定周期内每个应变传感器的平均相位和平均rssi分别作为每个应变传感器的相位和rssi；每个周期内得到一个第一距离、一个相位、一个rssi。预处理的方式包括但不限于去除异常值。仍以图2为例，扫频阅读器在周期1内获取应变传感器的三个rssi和相位，在预处理后，对三个rssi求平均，对三个相位求平均，即可得到在周期1内应变传感器1的相位和rssi。
60.在一个实施例中，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：
61.以所述距离曲线、所述相位曲线或者所述rssi曲线中的一个为基准，移动另外两个曲线，使得三个曲线的距离最短；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；在一个更为具体的实施例中，所述移动的距离不超过周期的一半。
62.按照三个曲线对应的权重对三个曲线进行叠加，得到呼吸曲线，根据多个应变传感器的呼吸曲线与预设曲线的距离确定呼吸情况。
63.例如有4个应变传感器，如果4个应变传感器和呼吸正常的预设曲线最为匹配，则认定为呼吸正常，如果有三个和暂停呼吸的预设曲线最为匹配，则认定为呼吸暂停。
64.在另外一个实施例中，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：
65.对于每个应变传感器，按照周期将距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线的每一个都分割为多个片段，构成与曲线对应的片段序列；
66.对于每个应变传感器的每个曲线，以滑动窗口的方式将曲线的片段序列分为多个窗口，对窗口内的每个片段进行抽样得到片段的embedding，并将片段的embedding和片段的位置embedding相加得到曲线在所述窗口内的一维向量，将多个应变传感器的三个曲线在相同窗口的一维向量进行拼接得到二维向量，将二维向量作为vit模型的输入得到分类结果，基于多个滑动窗口的分类结果确定呼吸情况。
67.一个应变传感器有三个曲线，对每个应变传感器的每个曲线进行分割，得到每个应变传感器的三个片段序列，然后再按照滑动窗口将每个片段序列分为多个窗口序列，一个周期对应一个序列，滑动窗口对应多个周期也即对应多个序列，对每个周期的曲线进行抽样，将连续的数值抽样成离散的序列，并使用该序列作为周期的特征，也即对片段进行embedding。其中窗口大于周期，在一个典型例子中，一个窗口包含10个周期，每个周期抽样的数据个数为10个，则在一个滑动窗口中，有100个数据，作为滑动窗口的特征，三个曲线的每个有100个数据。将应变传感器1的第一个曲线的一维向量作为二维向量的第一行数据，将应变传感器1的第二个曲线的一维向量作为二维向量的第二行数据，将应变传感器1的第三个曲线的一维向量作为二维向量的第三行数据，将应变传感器2的第一个曲线的一维向量作为二维向量的第四行数据，以此类推，得到拼接的二维向量，其中二维向量的行数为3n，其中n为应变传感器个数。vit模型是一种基于transformer的网络模型，对此不再赘述。
68.实施例二
69.本发明提供了一种基于rfid的呼吸监测系统100，如图3所示，所述系统包括以下模块：
70.信息获取模块101，用于rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和rssi，所述rfid扫频阅读器位于距离用户的预设距离处；
71.数据处理模块102，用于根据所述应变传感器的频移-应变距离对应关系和所述频移确定第一距离，将多个第一距离拟合成平滑的距离曲线，并将多个相位拟合成平滑的相位曲线，将多个rssi拟合成平滑的rssi曲线；
72.呼吸情况识别模块103，用于根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况。
73.优选地，所述rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和rssi，具体为：
74.所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器之间采用基于帧的时隙aloha方法作为防碰撞方法，设置帧的时隙个数和所述基于rfid的应变传感器的个数相同，在所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器初始通信时，由所述rfid扫频阅读器判断是否存在碰撞，如果存在，则在下一帧继续判断，直到在所述帧内没有碰撞，并在所述应变传感器中记录自身发送信息的时隙序号；
75.获取预设频率个数，在一个周期内，按照预设频率从大到小的顺序建立预设频率与帧的对应关系，对于每一帧，按照所述对应关系确定预设频率，并向所述应变传感器发送读信息，接收所述应变传感器返回的信息；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；
76.计算每个周期内，所述rfid扫频阅读器获取的每个所述应变传感器能量最大对应的预设频率与默认频率的差值，将所述差值作为频移；在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi。
77.优选地，所述在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi，具体为：
78.获取周期内每个帧中每个应变传感器的相位和rssi，在预处理后，根据所述相位和所述rssi确定周期内每个应变传感器的平均相位和平均rssi分别作为每个应变传感器的相位和rssi；每个周期内得到一个第一距离、一个相位、一个rssi。
79.优选地，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：
80.以所述距离曲线、所述相位曲线或者所述rssi曲线中的一个为基准，移动另外两个曲线，使得三个曲线的距离最短，所述移动的距离不超过周期的一半；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；
81.按照三个曲线对应的权重对三个曲线进行叠加，得到呼吸曲线，根据多个应变传感器的呼吸曲线与预设曲线的距离确定呼吸情况。
82.优选地，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：
83.对于每个应变传感器，按照周期将距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线的每一个都分割为多个片段，构成与曲线对应的片段序列；
84.对于每个应变传感器的每个曲线，以滑动窗口的方式将曲线的片段序列分为多个窗口，对窗口内的每个片段进行抽样得到片段的embedding，并将片段的embedding和片段的位置embedding相加得到曲线在所述窗口内的一维向量，将多个应变传感器的三个曲线在相同窗口的一维向量进行拼接得到二维向量，将二维向量作为vit模型的输入得到分类结果，基于多个滑动窗口的分类结果确定呼吸情况。
85.实施例三
86.本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算
机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现如第一实施例所述的方法。
87.实施例四
88.本发明还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器、存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现如第一实施例所述的方法。
89.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件和软件结合的方式来实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机产品的形式体现出来，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
90.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于rfid的呼吸监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和rssi，所述rfid扫频阅读器位于距离用户的预设距离处；根据所述应变传感器的频移-应变距离对应关系和所述频移确定第一距离，将多个第一距离拟合成平滑的距离曲线，并将多个相位拟合成平滑的相位曲线，将多个rssi拟合成平滑的rssi曲线；根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和rssi，具体为：所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器之间采用基于帧的时隙aloha方法作为防碰撞方法，设置帧的时隙个数和所述基于rfid的应变传感器的个数相同，在所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器初始通信时，由所述rfid扫频阅读器判断是否存在碰撞，如果存在，则在下一帧继续判断，直到在所述帧内没有碰撞，并在所述应变传感器中记录自身发送信息的时隙序号；获取预设频率个数，在一个周期内，按照预设频率从大到小的顺序建立预设频率与帧的对应关系，对于每一帧，按照所述对应关系确定预设频率，并向所述应变传感器发送读信息，接收所述应变传感器返回的信息；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；计算每个周期内，所述rfid扫频阅读器获取的每个所述应变传感器能量最大对应的预设频率与默认频率的差值，将所述差值作为频移；在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi，具体为：获取周期内每个帧中每个应变传感器的相位和rssi，在预处理后，根据所述相位和所述rssi确定周期内每个应变传感器的平均相位和平均rssi分别作为每个应变传感器的相位和rssi；每个周期内得到一个第一距离、一个相位、一个rssi。4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：以所述距离曲线、所述相位曲线或者所述rssi曲线中的一个为基准，移动另外两个曲线，使得三个曲线的距离最短，所述移动的距离不超过周期的一半；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；按照三个曲线对应的权重对三个曲线进行叠加，得到呼吸曲线，根据多个应变传感器的呼吸曲线与预设曲线的距离确定呼吸情况。5.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：对于每个应变传感器，按照周期将距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线的每一个都分割为多个片段，构成与曲线对应的片段序列；
对于每个应变传感器的每个曲线，以滑动窗口的方式将曲线的片段序列分为多个窗口，对窗口内的每个片段进行抽样得到片段的embedding，并将片段的embedding和片段的位置embedding相加得到曲线在所述窗口内的一维向量，将多个应变传感器的三个曲线在相同窗口的一维向量进行拼接得到二维向量，将二维向量作为vit模型的输入得到分类结果，基于多个滑动窗口的分类结果确定呼吸情况。6.一种基于rfid的呼吸监测系统，其特征在于，所述系统包括以下模块：信息获取模块，用于rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和rssi，所述rfid扫频阅读器位于距离用户的预设距离处；数据处理模块，用于根据所述应变传感器的频移-应变距离对应关系和所述频移确定第一距离，将多个第一距离拟合成平滑的距离曲线，并将多个相位拟合成平滑的相位曲线，将多个rssi拟合成平滑的rssi曲线；呼吸情况识别模块，用于根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述rfid扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于rfid的应变传感器发出读信号并获取rfid的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和rssi，具体为：所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器之间采用基于帧的时隙aloha方法作为防碰撞方法，设置帧的时隙个数和所述基于rfid的应变传感器的个数相同，在所述rfid扫频阅读器和所述基于rfid的应变传感器初始通信时，由所述rfid扫频阅读器判断是否存在碰撞，如果存在，则在下一帧继续判断，直到在所述帧内没有碰撞，并在所述应变传感器中记录自身发送信息的时隙序号；获取预设频率个数，在一个周期内，按照预设频率从大到小的顺序建立预设频率与帧的对应关系，对于每一帧，按照所述对应关系确定预设频率，并向所述应变传感器发送读信息，接收所述应变传感器返回的信息；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；计算每个周期内，所述rfid扫频阅读器获取的每个所述应变传感器能量最大对应的预设频率与默认频率的差值，将所述差值作为频移；在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述在每个周期中根据应答信息获取所述周期内每个应变传感器的相位和rssi，具体为：获取周期内每个帧中每个应变传感器的相位和rssi，在预处理后，根据所述相位和所述rssi确定周期内每个应变传感器的平均相位和平均rssi分别作为每个应变传感器的相位和rssi；每个周期内得到一个第一距离、一个相位、一个rssi。9.如权利要求6-8任一项所述的系统，其特征在于，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：以所述距离曲线、所述相位曲线或者所述rssi曲线中的一个为基准，移动另外两个曲线，使得三个曲线的距离最短，所述移动的距离不超过周期的一半；所述周期内包括与所述预设频率的个数相同数量的帧，每个帧包括与所述应变传感器的个数对应数量的时隙；
按照三个曲线对应的权重对三个曲线进行叠加，得到呼吸曲线，根据多个应变传感器的呼吸曲线与预设曲线的距离确定呼吸情况。10.如权利要求6-8任一项所述的系统，其特征在于，所述根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线确定用户的呼吸情况，具体为：对于每个应变传感器，按照周期将距离曲线、所述相位曲线和所述rssi曲线的每一个都分割为多个片段，构成与曲线对应的片段序列；对于每个应变传感器的每个曲线，以滑动窗口的方式将曲线的片段序列分为多个窗口，对窗口内的每个片段进行抽样得到片段的embedding，并将片段的embedding和片段的位置embedding相加得到曲线在所述窗口内的一维向量，将多个应变传感器的三个曲线在相同窗口的一维向量进行拼接得到二维向量，将二维向量作为vit模型的输入得到分类结果，基于多个滑动窗口的分类结果确定呼吸情况。

技术总结
本发明提供了一种基于RFID的呼吸监测方法及系统，包括RFID扫频阅读器根据预设频率向粘贴在用户腹部和肚子上的多个基于RFID的应变传感器发出读信号并获取RFID的应答信息，根据所述应答信号确定频移、相位和RSSI；根据所述应变传感器的频移-应变距离对应关系和所述频移确定第一距离，将多个第一距离拟合成平滑的距离曲线，并将多个相位拟合成平滑的相位曲线，将多个RSSI拟合成平滑的RSSI曲线；根据所述距离曲线、所述相位曲线和所述RSSI曲线确定用户的呼吸情况。本发明提高了呼吸监测的准确性，而且相对于在鼻孔设置传感器，具有佩戴舒适的特点。适的特点。适的特点。


技术研发人员：郭燕军
受保护的技术使用者：河南省儿童医院郑州儿童医院
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/9/9