CN101766513A

CN101766513A - 可调智能止鼾保健枕及控制方法

Info

Publication number: CN101766513A
Application number: CN201010112948A
Authority: CN
Inventors: 王浩; 黄圣祥; 王兴科; 王健
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2010-07-07

Abstract

可调智能止鼾保健枕及控制方法，属于日常生活用具领域。包括人体工程学曲线枕芯、枕芯内下方的充气内垫和控制电路，其特征在于：在枕芯(1)水平方向打通孔，孔内安装联体振动多孔硬管阵列(2)，联体振动多孔硬管阵列(2)为多根带孔的长管(10)构成，长管(10)两端部通过两端的连杆(9)连接在一起，振动电机(4)安装在中间长管内，控制电路板安装在连杆(9)上，控制电路板上安装有手动调节旋钮，拾音器(5)安装在多根带孔的一根长管的两端部内。在正常情况下系统进入省电模式，当检测到有符合频率的鼾声时，系统进入振动状态，通过振动使打鼾停止，随后系统又进入省电状态。解决了各种机构和枕头整体有效振动等问题，同时具有成本低，集成度高，功能多，安全性好等优点。

Description

可调智能止鼾保健枕及控制方法

技术领域

可调智能止鼾保健枕及控制方法，属于日常生活用具领域。具体涉及一种多功能智能止鼾的保健枕。

背景技术

随着科技的发展和人们保健意识的提高，各种类型的保健枕都进入大众的生活。药理型，如《中国专利》2008年07月30日公开的专利号为200710154467.1的发明专利“颈椎枕头”，通过在枕芯中融合多种中草药提取物使其缓慢释放从而起到一定保健、止鼾疗效，其存在的主要问题是，药物止鼾效果差，产品生命周依赖药效周期，较短；曲线型，如《中国专利》1996年05月08日公开的专利号为94114874.2的发明专利“多功能保健凹凸枕”，按照人体工程学设计枕头的曲线结构来改善睡眠，存在的主要问题仍然是止鼾效果差，且忽视了人们对枕头不同高度的要求；硬物型，如《中国专利》2008年07月30日公告的发明专利“止鼾枕头”，通过在枕芯中填充硬物，让人感受到硬物后不经意间调节睡眠姿势从而起到止鼾作用，其主要问题为止鼾效果差，部分人熟睡时对硬物不敏感；动作型，通过传感器感知人的打鼾状态，通过各种执行机构让枕头高矮斜度发生变化，或产生一定的振动，或移动打鼾者的头颈从而起到止鼾作用，如《中国专利》2007年11月14日公告的专利号为ZL200620160568.0的发明专利“智能睡眠枕”就是采用的高度调节法，而《中国专利》2004年02月18日公开的专利号为02125728.0的发明专利“生物信息反馈止鼾枕头”就是采用的振动法，《中国专利》2006年08月02日公开的发明专利“智能防打鼾的睡眠枕”就是采用的移动打鼾者头颈位置的方法，这些方法的共同特点一般都是使用微控制器进行自动化控制，并有传感器和执行机构，止鼾效果较好，其存在的主要问题是，无法人为改变枕头的默认高度，不能满足人们不同的生理特点对枕高的不同要求，很多机构十分坚硬和沉重，甚至有一定危险性，很难和枕头完美结合，部分设计成本较高，振动方案没有描述或很好地解决让枕头整体振动的问题，鼾声检测方式灵敏度不可人为调节，振动强度不可人为调节等。关于枕头高度可调，非自动化控制的简便技术也有，如《中国专利》2006年02月08日公开的专利号为200510060392.1的发明专利“一种充气枕头”和《中国专利》2008年04月30日公告的专利号为200720022164.X的发明专利“一种医用充气枕垫”，就是使用简便的充放气装置调节枕头高度的，这种结构虽然没有保健、止鼾作用，但是可以人为调节枕头高度，而且结构简单，成本低廉。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种止鼾效果好，成本低，鼾声检测灵敏度高、止鼾振动强度和枕头高度可人为调节的可调智能止鼾保健枕及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该可调智能止鼾保健枕包括人体工程学曲线枕芯、枕芯内下方的充气内垫和控制电路，其特征在于：在枕芯水平方向打通孔，孔内安装联体振动多孔硬管阵列，联体振动多孔硬管阵列为多根带孔的长管构成，长管两端部通过两端的连杆连接在一起，振动电机安装在中间长管内，控制电路板安装在连杆上，控制电路板上安装有手动调节旋钮，拾音器安装在多根带孔的一根长管的两端部内。所述的联体振动多孔硬管阵列为3根带孔的长管，管身上均布细孔。

所述的3根带孔的长管内填充中草药、香薰料或有防潮功能的干燥剂。

所述的控制电路板上安装的手动调节旋钮为两个，一个是鼾声检测灵敏度调节旋钮，另一个是振动强度调节旋钮，向外伸出，两个手动调节旋钮为可调电阻RP1和RP2。

所述的控制电路包括微控制器CPU1、电机驱动电路、振动电机、外接晶体振荡器、鼾声检测灵敏度调节旋钮、电源DC3V-5V、稳压滤波电路、信号采集与放大电路、拾音器为两只麦克风MK1和MK2、振动强度调节旋钮，微控制器CPU1的PWM脚与电机驱动电路相连，电机驱动电路与振动电机相连，电源DC3-5V与稳压滤波电路相连，稳压滤波电路与微控制器CPU1相连，微控制器CPU1的XTAL脚与外接晶体振荡器相连，稳压滤波电路的一路与信号采集与放大电路相连，信号采集与放大电路与微控制器CPU1的ADC脚相连，两只麦克风MK1和MK2与信号采集与放大电路相连，鼾声检测灵敏度调节旋钮和振动强度调节旋钮分别与微控制器CPU1的ADC脚相连。

控制方法步骤如下：系统上电后，先进入初始化环节，对系统各功能模块进行初始化和自检，并等待ADC上电，整个电路达到稳态，随后系统进入省电模式，在省电模式下，系统关闭所有输入输出设备，并降低微处理器自身功耗，选择合适的微控制器和外围电路，可以使省电模式下系统的耗电控制在0.5μA-1mA；如果一直没有大于设定强度的声音触发信号，系统绝大部分时间都应在省电模式下；省电模式持续一段时间后，如3秒，读取通过手动调节旋钮事先设置的鼾声检测灵敏度L和止鼾振动的强度Q；随后采集拾音器的数据，判断是否检测到强度大于鼾声检测灵敏度L的声音信号，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，则使用拾音器和微控制器的ADC功能进行声音数据采样，结合事先设定的鼾声检测灵敏度L，并使用一定的算法来判断人是否在打鼾，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，启动振动电机，先产生一段振动强度为事先设定止鼾振动强度Q×0.25的微振动，振动结束后再次判断是否打鼾，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，启动振动电机，先产生一次振动强度为事先设定止鼾振动强度Q的强振动，振动结束后再次判断是否打鼾，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，再进行一次强振动，如果每次振动结束后判断结果为“不打鼾”或累计连续振动超过10次都会让系统重新进入省电模式。

该智能止鼾保健枕内的最下层是高度可调内垫，充放气装置从枕头一侧伸出枕外，高度可调内垫上层安装人体工程学曲线枕芯，联体振动多孔硬管阵列从人体工程学曲线枕芯开孔中穿入安装，管内填充物放置在长筒形或长条型透气容器中，并塞入联体振动多孔硬管阵列的管内，可方便更换，振动电机固定安装在联体振动多孔硬管阵列中间的管中，拾音器由两个麦克风MK1-2构成，分别固定安装在联体振动多孔硬管阵列中一根管的两端，两个手动调节旋钮安装在控制电路板上，控制电路板固定安装在联体振动多孔硬管阵列管端连杆上，两个手动调节旋钮向外伸出，整个电路使用电池或外接电源供电，输入电压DC3V-5V。

人体工程学曲线枕芯是中间凹陷，两边凸出的曲线式设计，不管仰枕还是侧枕都可以给头部和颈部提供充分的支撑，能有效防治颈椎病，气喘，落枕。

联体振动多孔硬管是多根中空的长管嵌入到枕芯预先设置的平行长孔中，长管有一定的硬度和韧性，并且端部通过连接杆相互链接成为整体阵列，管身打规则细孔，采用此结构设计，不仅能够解决该结构与枕芯完美结合，使枕头整体产生充分振动，获得较好的振动止鼾和硬物止鼾的效果，而且方便填充物的装入与取出，管内放置的填充物，通过细孔充分挥发，能够达到一种药疗的作用。

管内填充物是具有挥发性的中草药、香薰料或有防潮功能的干燥剂等，放置在联体振动多孔硬管中，通过联体振动多孔硬管细孔挥发，从而达到药物保健、熏香、防潮功效。当然，管内也可以不添加任何填充物。

通过控制电路控制振动电机，可以让联体振动多孔硬管阵列产生有效地振动。

拾音器，采用至少两个麦克风阵列与控制电路连接，分布在枕头左右两侧，能够采集打鼾的声音，精确的判断人的打鼾状态。

两个手动调节旋钮分别接入控制电路板，转动旋钮调节鼾声检测的灵敏度和止鼾振动强度，两个手动调节旋钮也可以用按键式带屏显指示的方式代替。

控制电路的微控制器CPU1有ADC功能，I/O功能，速度不小于1MIPS；采用DC3V-5V供电，微控制器通过程序实现整个系统的智能和自动化控制。

高度可调内垫，是矩形可充气气囊，安置在人体工程学曲线枕芯下方，尺寸与枕芯对应，通过手握或脚踩充放气装置为气囊充放气从而达到人为调节枕头高度的功能，也可采用其他简便的高度调节装置代替。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：解决了枕头整体有效振动问题、枕头和各种机构的结合问题、保健药物放置和更换问题；整个设计成本低，集成度高，功能多，安全性好，并使枕头同时具有曲线保健、药理保健、硬物止鼾和振动止鼾等多种保健、止鼾方式。综合了各种保健枕和止鼾枕的优点，有很好的止鼾和保健效果，可人为调节枕头高度、鼾声检测的灵敏度和止鼾振动的强度，克服了目前此类技术的众多缺陷。

附图说明

图1是本发明可调智能止鼾保健枕的局部剖开结构示意图；

图2是联体振动多孔硬管列结构示意图；

图3是控制电路原理框图；

图4是控制电路原理图；

图5是本发明可调智能止鼾保健枕控制方法的流程框图。

图1～5是本发明的可调智能止鼾保健枕最佳实施例。

图1-2中：1、人体工程学曲线枕芯 2、联体振动多孔硬管阵列 3、管内填充物 4、振动电机 5、拾音器 6、手动调节旋钮 7、控制电路 8、内垫 9、连杆 10、长管 11、细孔；

图3-4中：CPU1微控制器 M1振动电机 MK1-MK2麦克风 RP1-RP2可调电阻MF1电机驱动三极管 Q1-Q2三极管 R1-13电阻 C1-10电容Y1晶振。

具体实施方式

下面结合附图1～5对本发明可调智能止鼾保健枕做进一步说明：

参照图1-2：

该可调智能止鼾保健枕由人体工程学曲线枕芯1、联体振动多孔硬管阵列2、管内填充物3、振动电机4、拾音器5、两个手动调节旋钮6、控制电路7、高度可调内垫8组成。将可调智能止鼾保健枕的端部剖开，其内的最下层是内垫8，充放气气囊从枕头1一侧伸出枕外，内垫8通过充放气气囊充气调节枕头1高度，内垫8上层安装人体工程学曲线枕芯1，枕芯1平行打通孔，联体振动多孔硬管阵列2从人体工程学曲线枕芯1开孔中穿入安装，联体振动多孔硬管阵列2为3根通过两端的连杆9相连的长管10，长管10上均布细孔11，长管10内填充物放置在长筒形或长条型透气容器中，并塞入联体振动多孔硬管阵列2的长管10内，可方便更换，振动电机4固定安装在联体振动多孔硬管阵列2中间的长管中，拾音器5由两个麦克风MK1-2构成，分别固定安装在联体振动多孔硬管阵列2中一根管的两端，手动调节旋钮6、控制电路7制作在一块电路板上，并固定安装在联体振动多孔硬管阵列2管端的连杆9上，两个手动调节旋钮6向外伸出，整个电路使用电池或外接电源供电，输入电压DC3-5V。

参照图3：

控制电路包括微控制器CPU1、电机驱动电路、振动电机、外接晶体振荡器、鼾声检测灵敏度调节旋钮、电源DC3V-5V、稳压滤波电路、信号采集与放大电路、拾音器5为两只麦克风MK1和MK2、振动强度调节旋钮，微控制器CPU1的PWM脚与电机驱动电路相连，电机驱动电路与振动电机相连，电源DC3-5V与稳压滤波电路相连，稳压滤波电路与微控制器CPU1相连，微控制器CPU1的XTAL脚与外接晶体振荡器相连，稳压滤波电路的一路与信号采集与放大电路相连，信号采集与放大电路与微控制器CPU1的ADC脚相连，两只麦克风MK1和MK2与信号采集与放大电路相连，鼾声检测灵敏度调节旋钮和振动强度调节旋钮分别与微控制器CPU1的ADC脚相连。

外接晶体振荡器是能让微控制器CPU1正常工作的最小电路，稳压、滤波电路为微控制器CPU1和信号采集与放大电路提供稳定电源，电机驱动电路可直接接入直流DC3V-5V电压，通过手动调节旋钮6调节鼾声检测的灵敏度和止鼾振动的强度，两个麦克风MK1和MK2接收到的打鼾声音进入信号采集与放大电路，声音信号通过滤波与放大，进入到微控制器CPU1，微控制器CPU1通过内部程序处理将信号通过PWM脚输入电机驱动电路，如果进入到微控制器CPU1的是打鼾信号，微控制器CPU1通过控制电机驱动电路使振动电机按照一定方式产生振动。

参照图4：

控制电路中VCC接直流电源正极，GND接直流电源负极。P1-28是微控制器CPU1的各端口，Y1晶振、R7电阻、电容C3的1号端接微控制器CPU1端口P7，晶振Y1、电阻R7的2号端口和电容C4的1号端口接微控制器CPU1端口P8，电容C3和电容C4的2号端口接入直流电源负极GND；电阻R4 1号端接微控制器CPU1端口P15，电阻R4 2号端接电机驱动三极管MF1 1号端，电机驱动三极管MF1 3号端接GND，振动电机M1 2号端、电容C8 2号端、电容C9 2号端接电机驱动三极管MF1 2号端，振动电机M1、电容C8、电容C9的1号端接VCC。可调电阻RP1的3号端接微控制器CPU1端口P23，可调电阻RP1的1号端接VCC，可调电阻RP1的2号端接GND。可调电阻RP2的3号端接微控制器CPU1端口P24，可调电阻RP2的1号端接VCC，可调电阻RP2的2号端接GND。电阻R51号端接微控制器CPU1端口P25，电阻R5和电阻R1的2号端接三极管Q11号端，电阻R2和电容C1的2号端接三极管Q1 2号端，电阻R3 2号端和电容C1 1号端及电阻R61号端接麦克风MK1 1号端，电容C2 1号端接麦克风MK1 2号端，电阻R1、电阻R2和电阻R3的1号端接VCC，三极管Q1 3号端、电阻R6和电容C2 2号端接GND。电阻R9 1号端接微控制器CPU1端口P26，电阻R9、电阻R8的2号端接三极管Q2 1号端，电阻R11、电容C5的2号端接三极管Q2 2号端，电阻R12 2号端、电容C5和电阻R13的1号端接麦克风MK2 1号端，电容C7 1号端接麦克风MK2 2号端，电阻R8 1号端、电阻R11 1号端和电阻R12 1号端接VCC，三极管Q2 3号端、电阻R13和电阻C7的2号端接GND。电阻R10 1号端接微控制器CPU1端口P29，电阻R10 2号端接VCC。微控制器CPU1端口P6、P4、P18、P20和电容C6、电容C10的1号端接VCC，微控制器CPU1端口P21、P5、P3和电容C6、电容C10的2号端接GND。

工作原理与工作过程如下：

微控制器CPU1单元是一种单片机，有ADC功能，I/O功能，速度不小于1MIPS；采用DC3V-5V供电，通过给微控制器CPU1的程序实现整个系统的智能和自动化控制。声音信号处理的麦克风MK1和MK2接收的声音信号经电容滤波和三极管放大进入到微控制器CPU1内部进行处理。电机驱动电路的微控制器CPU1通过PWM脚输出信号控制电动机的转动。电源DC3V-5V经过电容C6、C10稳压滤波后为微控制器CPU1提供工作所需电压，晶振Y1，电容C3、C4和电阻R7组成外接晶体振荡器，电阻R10将微控制器CPU1复位脚上拉使用内部上电复位。通过调节两个手动调节旋钮可调电阻RP1-RP2分别设置鼾声检测的灵敏度和止鼾振动的强度。

使用时，手动调节可调电阻RP1-RP2可分别设定鼾声检测的灵敏度和止鼾振动的强度，在人入睡以后，微控制器CPU1从省电模式中唤醒，两个麦克风MK1和MK2实时采集人的声音信号经电路滤波和放大后给微控制器CPU1，通过微控制器CPU1内的程序算法判断出人是否打鼾，如果人没有打鼾，微控制器CPU1再次进入省电模式，过一段时间后，微控制器CPU1从省电模式中唤醒，重新以上环节，如果判断出人在打鼾，微控制器CPU1通过控制电机驱动三极管MF1使振动电机M1按照一定方式产生振动，鼾声消失后关闭电机驱动三极管MF1，振动电机M1停止运行，一个控制流程结束，微控制器CPU1进入省电模式一段时间，以此不断循环。

参照图5

本发明的控制方法步骤如下：系统上电后，先进入初始化环节，对系统各功能模块进行初始化和自检，并等待ADC上电，整个电路达到稳态，随后系统进入省电模式，在省电模式下，系统关闭所有输入输出设备，并降低微处理器自身功耗，选择合适的微控制器和外围电路，可以使省电模式下系统的耗电控制在0.5μA-1mA；如果一直没有大于设定强度的声音触发信号，系统绝大部分时间都应在省电模式下；省电模式持续3秒钟后，读取通过手动调节旋钮事先设置的鼾声检测灵敏度L和止鼾振动的强度Q；随后采集拾音器的数据，判断是否检测到强度大于鼾声检测灵敏度L的声音信号，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，则使用拾音器和微控制器的ADC功能进行声音数据采样，结合事先设定的鼾声检测灵敏度L，并使用一定的算法来判断人是否在打鼾，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，启动振动电机，先产生一段振动强度为事先设定止鼾振动强度Q×0.25的微振动，振动结束后再次判断是否打鼾，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，启动振动电机，先产生一次振动强度为事先设定止鼾振动强度Q的强振动，振动结束后再次判断是否打鼾，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，再进行一次强振动，如果每次振动结束后判断结果为“不打鼾”或累计连续振动超过10次都会让系统重新进入省电模式。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.可调智能止鼾保健枕，包括人体工程学曲线枕芯、枕芯内下方的充气内垫和控制电路，其特征在于：在枕芯(1)水平方向打通孔，孔内安装联体振动多孔硬管阵列(2)，联体振动多孔硬管阵列(2)为多根带孔的长管(10)构成，长管(10)两端部通过两端的连杆(9)连接在一起，振动电机(4)安装在中间长管内，控制电路板安装在连杆(9)上，控制电路板上安装有手动调节旋钮，拾音器(5)安装在多根带孔的一根长管的两端部内。

2.根据权利要求1所述的可调智能止鼾保健枕，其特征在于：所述的联体振动多孔硬管阵列(2)为3根带孔的长管(10)，长管(10)身上均布细孔(11)。

3.根据权利要求2所述的可调智能止鼾保健枕，其特征在于：所述的3根带孔的长管(10)内填充中草药、香薰料或有防潮功能的干燥剂。

4.根据权利要求1所述的可调智能止鼾保健枕，其特征在于：所述的控制电路板上安装的手动调节旋钮为两个，一个是鼾声检测灵敏度调节旋钮，另一个是振动强度调节旋钮，向外伸出，两个手动调节旋钮为可调电阻RP1和RP2。

5.根据权利要求4所述的可调智能止鼾保健枕，其特征在于：所述的控制电路包括微控制器CPU1、电机驱动电路、振动电机、外接晶体振荡器、鼾声检测灵敏度调节旋钮、电源DC3V-5V、稳压滤波电路、信号采集与放大电路、拾音器(5)为两只麦克风MK1和MK2、振动强度调节旋钮，微控制器CPU1的PWM脚与电机驱动电路相连，电机驱动电路与振动电机相连，电源DC3-5V与稳压滤波电路相连，稳压滤波电路与微控制器CPU1相连，微控制器CPU1的XTAL脚与外接晶体振荡器相连，稳压滤波电路的一路与信号采集与放大电路相连，信号采集与放大电路与微控制器CPU1的ADC脚相连，两只麦克风MK1和MK2与信号采集与放大电路相连，鼾声检测灵敏度调节旋钮和振动强度调节旋钮分别与微控制器CPU1的ADC脚相连。

6.根据权利要求1所述的可调智能止鼾保健枕的控制方法，其特征在于：步骤如下：系统上电后，先进入初始化环节，对系统各功能模块进行初始化和自检，并等待ADC上电，整个电路达到稳态，随后系统进入省电模式，在省电模式下，系统关闭所有输入输出设备，并降低微控制器自身功耗，选择合适的微控制器和外围电路，可以使省电模式下系统的耗电控制在0.5μA-1mA；如果一直没有大于设定强度的声音触发信号，系统绝大部分时间都应在省电模式下；省电模式持续3秒钟后，读取通过手动调节旋钮事先设置的鼾声检测灵敏度L和止鼾振动的强度Q；随后采集拾音器的数据，判断是否检测到强度大于鼾声检测灵敏度L的声音信号，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，则使用拾音器和微控制器的ADC功能进行声音数据采样，结合事先设定的鼾声检测灵敏度L，并使用一定的算法来判断人是否在打鼾，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，启动振动电机，先产生一段振动强度为事先设定止鼾振动强度Q×0.25的微振动，振动结束后再次判断是否打鼾，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，启动振动电机，先产生一次振动强度为事先设定止鼾振动强度Q的强振动，振动结束后再次判断是否打鼾，如果结果为“否”，则系统再次进入省电模式，如果结果为“是”，再进行一次强振动，如果每次振动结束后判断结果为“不打鼾”或累计连续振动超过10次都会让系统重新进入省电模式。