CN102090823A - 智能保健枕头及多功能一体化 - Google Patents

Abstract

智能保健枕头及多功能一体化，本发明公开了关于人在仰卧和侧卧时需要不同的枕头高度的发现，并公开了在不同卧姿时枕头高度自动调节的实现方案，涉及保健寝具、自动控制和电路设计领域，解决了智能保健枕头的构成、卧姿检测、电路设计等技术问题。智能保健枕头的构成包括卧姿检测系统、电源、操控面板、信息处理及测控电路、升降系统或气垫系统、高度检测系统或气压检测系统。附加功能包括LED照明灯、功放、USB接口的直流5V输出等功能。本发明的技术方案适用于保健寝具、电器、插座等。

Description

智能保健枕头及多功能一体化

技术领域

本发明涉及保健寝具、自动控制和电路设计领域。

背景技术

人的一生大约有三分之一的时间是在睡眠中度过，而睡眠质量对于青少年的健康成长、成人体力和精力的恢复、老年人的延年益寿都是至关重要的。一套好的寝具和好的环境是睡眠质量的保证。

现有的床垫，质量好的，可以基本保持人体躯干的生理曲线，但对于头部的支撑，床垫就无能为力，只能靠枕头。而现有的枕头包括保健枕头，其高度都是不可调的，至少是不能自动调节的，其所谓的保健，也只是在软硬方面或枕头的材质或枕芯的填充材料方面，对人体有一定益处或有助于睡眠。

现有的电器，在下述四点不够节能：

现有采用轻触开关做电源开关的电器，在自动关机或手动关机时，整机还有少量耗电；

现有的信号指示灯(包括电源指示灯，下同)在该亮状态，一般都是常亮；

现有的功放电路，只要开机，不管有无音频信号输入，功放主要电路一般都是一直供电；

现有的双声道功放电路，两个声道的喇叭各自独立工作，当音量不太大时，功放电路的工作电压，相对于喇叭电压的峰峰值有较大余量。

发明内容

人在床上睡觉的姿势(以下简称卧姿)主要有仰卧和侧卧(其中侧卧包括左侧卧和右侧卧)，而另外一种卧姿——俯卧，由于压迫心脏和胸部，不利于血液循环和呼吸的顺畅，应尽可能避免俯卧。如果偶尔采用俯卧，在本发明中可以等效于仰卧。

正常状态下，从侧面看，人的后脑勺与背部基本在同一个平面上，因而从生理曲线角度来讲，仰卧时是不需要枕头的，为了避免胃里的食物倒流等，需要垫个稍薄的枕头。

从正面看，头部的左侧面与左肩的左侧面，是不在同一个平面上的，左侧卧时(左肩受身体的压力会变窄一点)。应保持躯干的中轴线与头部的中轴线在同一个水平面上，必须在头部垫一个合适高度的枕头。右侧卧时亦然。这方面身材不同的人，侧卧时枕头的高度也应不同。

显然，同一个人，仰卧时与侧卧时需要枕头的高度是不同的。而正常情况下，人在每天睡觉时，自觉或不自觉地都要变换卧姿多次，时而仰卧，时而侧卧。

可见，理想的枕头应随着卧姿的变换而能自动调节高度。

在智能保健枕头方面，本发明所要解决的技术问题主要有以下两个方面：

其一：卧姿如何检测；

其二：不同卧姿时，枕头的高度如何自动调节。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：

在卧姿检测方面，本发明提供以下两套方案：

第一套方案为：采用卧姿检测垫(以下简称卧姿垫)，铺垫在床上，覆盖横向睡觉区域或整个睡觉区域。如果卧姿垫铺满整个睡觉区域，优点是可以提高卧姿判别的准确率，缺点是成本较高，硬件和软件较复杂。本发明推荐带状卧姿垫，横向垫在床上并位于肩背下方，床单等可铺在卧姿垫之上。卧姿垫上分布有若干电子开关或红外线传感器。电子开关受压力时接通，红外线传感器正上方有人体时则输出信号。仰卧时，接通的开关数量或有信号的红外线传感器的数量较多，而侧卧时，接通的开关数量或有信号的红外线传感器的数量较少，人起床后，卧姿垫上的开关都断开，装红外线传感器的也都没有信号。利用这种差别就可以判别是仰卧，还是侧卧，或是空床。

卧姿检测的第二套方案为：在床的正上方和(或)侧面安装红外线摄像头，利用图像处理技术判别是仰卧，还是侧卧，或是空床。更可以利用图像处理技术，自动调节枕头的高度，使躯干的中轴线与头部的中轴线在同一个水平面上(侧卧)或呈一个合适的夹角(仰卧)，该方案优点是无需卧姿垫，不影响睡觉的舒适感；缺点是硬件和软件较复杂，成本较高。

在枕头高度的自动调节方面，本发明提供以下两套方案：

第一套方案为：机械升降式，包括螺杆式、液压式、链条式、齿条式、轮式、滑轮式等。枕头是一个升降台，侧卧时升高，仰卧时降低。该方案适用于将智能保健枕头作为床垫的一部分，与床垫一体化，或为分体式并与床垫拼接。该方案优点在于各档高度可在设计范围内任意且精确地调节，适用于任何人。缺点是体积较大，较重，不易与现有床垫配套。

第二套方案为：气垫式或液垫式(下面以气垫为代表)，即侧卧时充气，仰卧时放气。气垫应按不同的充气高度分为多个不同规格，以供不同体形的人选用。为了在充气时不让气垫中部与边缘的高度差太大，并限制最大高度，可将气垫分为多个气室，各气室互通，或在气垫中部的上、下两面间安装多个限高连接。该方案优点在于体积较小，较轻，适用于现有床垫，缺点是充气高度不易精确控制(尽管可以通过控制气压来粗略控制高度)。

本发明采用的技术方案的有益效果为：改善睡眠质量，有利于身体健康。

高智能型保健枕头的工作原理如下：

在床边安装红外线摄像头，水平方向拍摄睡在床上的人体，每隔一定周期，拍摄并处理一幅图像，当头部的中轴线偏离躯干的中轴线超过预先设定的范围时，自动调节枕头的高度，使躯干的中轴线与头部的中轴线在同一个水平面上或呈合适的夹角。人起床后，延迟若干分钟，整机进入休眠待机状态。另装红外线感应开关，有人睡觉时，整机自动进入工作状态。

智能保健枕头框图如图1所示，包括卧姿检测系统、电源、操控面板、信息处理及测控电路、升降系统或气垫系统、高度检测系统或气压检测系统。其中：

卧姿检测系统判别是仰卧，还是侧卧，或是空床。

电源部分给整机供电；

操控面板上有人机对话界面和各种按键、旋钮、信号指示灯等，用户可对保健枕头进行各项操作，包括开机、关机、模式(自动/手动)设置、上升(充气)、下降(放气)、停止、卧姿采样(用户使用保健枕头前，需采集仰卧、侧卧、空床的相关信息，据此产生判别卧姿的标准)、仰卧高度(或仰卧气压)设置、侧卧高度(或侧卧气压)设置、卧姿变换响应时间设置、空床后延迟自动关机的延迟时间设置、用户数据存储、用户选择、语言选择(适用于出口产品或通用型产品)等。

信息处理及测控电路接收来自各方面的信号并进行分析处理，控制升降台的升降或气垫的充气和放气。

升降系统包括动力及其传递系统和升降台。

气垫系统包括气垫及其充气和放气系统。

高度检测系统检测升降台当前的高度和极限高度(包括上限和下限)。

气压检测系统检测气垫当前的气压。

气垫式枕头的控制箱(内装主控电路板、气泵和气阀等)，须放在床头柜上。有人习惯睡觉前在床上看看书、听听音乐或收音机，睡觉时手机往往也放在床头柜上，因而可以将控制箱与LED照明灯、收音机、音频播放、功放、音箱、手机充电器等功能整合到一起，或者将其做成床头柜的形式。有了LED照明灯，也方便起夜或照顾小孩和老人。

在电器节能方面，本发明采用以下技术方案：

其一，在电源管理方面，采用自动关机或手动关机后，断电较为彻底的电源电路，关机后的整机功耗极低，只存在μA级的晶体管漏电流和电容漏电流，对于电子关断，漏电流是不可避免的。而目前相关电器的待机功耗往往有几十到几百毫瓦；

其二，在信号指示灯方面，指示灯该亮时，以小电流给电容充电(充电期间指示灯不亮)、以正常电流短时间通过指示灯放电(放电期间指示灯亮)。例如：以0.2mA的平均电流充电1.8秒钟，以2mA的平均电流放电0.2秒钟，则闪亮方式比长时间以2mA电流工作的持续亮灯方式节能90％；

其三，在功放电路方面，无音频信号输入时，延迟一定时间自动进入休眠状态，切断功放主要电路的供电；一旦有音频信号输入，则被唤醒。

其四，在双声道功放电路方面，增加一种工作模式，在该模式下，音频信号在输入端混合到一个声道，而另一个声道停止工作(不向其供电)，并将两个声道的喇叭串联，接到工作的声道。这样可以充分利用功放电路的工作电压，在相同音量时，比正常模式节能50％，适用于音量不太大且不追求现场感的场合；

若将这四点节能设计应用到电器插座和相关电器上，将会产生显著的节能效果。

附图说明

图1为智能保健枕头框图。

图2为数字式螺杆升降枕头框图。

图3为数字式螺杆升降枕头主体结构示意图。

图4为模拟式气垫枕头框图。

图5为自供电电路原理图。

图6为振动感应电路原理图。

图7为LED灯电路原理图。

图8为直流5V输出电路原理图。

图9为功放电路原理图。

图10为直流12V输出电路原理图。

图11为枕头测控电路原理图。

具体实施方式

机械升降式保健枕头既可以采用数字电路来控制，也可以采用模拟电路来控制；

气垫式保健枕头既可以采用数字电路来控制，也可以采用模拟电路来控制。

从性价比和不同应用场合的角度来看，以下两个实施例是较为合适的配置。

实施例1：数字式螺杆升降枕头

其框图如图2所示，所谓数字式，是指信息处理及控制电路采用数字电路。数字式螺杆升降枕头包括数字式卧姿垫、电源、操控面板、信息处理及测控电路、动力及传递系统、升降台、高度检测系统。其中：

数字式卧姿垫在电路方面由若干个按键组成，外形呈带状，横向铺垫在床上，位于肩背部，覆盖横向睡觉区域。使用前，先采集卧姿数据，生成卧姿判别基准，并保存。对被压住的键的数量及其分布作数字化分析处理，并与卧姿判别基准比较，即可判别卧姿。不同的使用者因体形不同，应分别采集卧姿数据。

例如：采集到的卧姿数据如下：侧卧时，被压住的键的数量为A；仰卧时，被压住的键的数量为B；卧姿判别基准为C，则：C＝(A+B)/2

卧姿判别基准可依据实际应用效果作适当调整。对于被压住的键的分布可作如下处理：

对于离群的孤立的被压住的键可以忽略不计；对于两群之间的没被压住的若干个键可以算数。这样处理可以提高卧姿判别的准确率，减少误判，提高智能化水平。

卧姿检测时，若被压住的键的数量＞C，则判定为仰卧；反之，若被压住的键的数量≤C，则判定为侧卧。

动力及传递系统包括电动机和变速传递系统。

升降台即枕头之所在，有舒适感和安全性，升降台上可放置较薄的传统枕头，升降台的四周有挡板，避免升降过程中夹伤身体。

高度检测系统向信息处理部分反馈当前升降台高度或上升和下降过程中与升降台高度相关的电信号，包括极限高度的信号。

其它部分在上述对图1的说明中已作了阐述，这里不再重复。

对于振动和噪音较大的零部件，加装减震、隔音系统(下同)。

主体结构示意图如图3所示，包括电路板组件1、平台2、平台支杆3、电动机4、螺杆支架5、螺杆6、上限行程开关7、上挡板8、底座9、电动机支架10、主齿轮11、减速齿轮组12、升降螺母13、螺杆齿轮14、发光二极管15、光敏元件16、元件支架17、下限行程开关18、下挡板19。

电路板组件1中包含电源电路、单片机电路、测控电路和操控面板。

平台2之上可放置较薄的传统枕头；平台支杆3至少有3根，其连接平台2和升降螺母13；电动机4可双向转动；螺杆支架5至少有3只脚与底座9相连，其支撑螺杆6的上端；

底座9为主体的基础，承载其上面所有的零部件；电动机支架10固定在底座9上，电动机4固定在电动机支架10上；主齿轮11安装在电动机4的轴上；

电动机4轴的转动经主齿轮11、减速齿轮组12、螺杆齿轮14，传递给螺杆6；

随着螺杆6的转动，升降螺母13向上或向下移动；平台支杆3与螺杆支架5各脚的相对位置，确保升降螺母13在水平方向不转动。

当升降螺母13向上接触到上限行程开关7时，上限行程开关7动作，立即停止电动机4的转动，并禁止电动机4再次沿该方向转动，除非升降螺母13离开上限行程开关7；下限行程开关18的作用与此类似。

在螺杆齿轮14靠近边缘的位置等间距开出若干个透光孔，发光二极管15和光敏元件16安装在元件支架17上，并使发光二极管15和光敏元件16正对这些孔所在的圆上，且分别位于螺杆齿轮14的上下两侧。在螺杆齿轮14转动时，每当有孔经过光敏元件16前方时，光敏元件16就能接收到发光二极管15所发出的光，输出一个脉冲。透光孔转过去后，螺杆齿轮14无孔的部分就挡住了发光二极管15的光线，直到下一个透光孔到来。

假设螺杆6的牙距为H，螺杆齿轮14上透光孔的个数为n，每个脉冲所对应的高度差为h，则：h＝H/n

可据此计算出升降台的相对高度(高度测量装置也可以放在其它齿轮处，高度计算公式也须调整)。

重新启动时，升降台复位至最低高度(下限行程开关18动作)，此即升降台高度的参考点(高度为0)。然后进入工作状态，这样可消除之前积累的高度误差。

侧卧时升降台的高度，以及仰卧时升降台的高度，可通过操控面板分别设置，以适应不同体形的人的需要。

卧姿改变时，响应时间可通过操控面板设置(即：等卧姿稍稍稳定后再调整升降台的高度)。

上挡板8固定在平台2上；下挡板19固定在底座9上。挡板起安全防护的作用。

为了节能，若无任何操控且连续空床10分钟(该时间可通过操控面板修改)，则保健枕头自动进入休眠待机状态(关闭某些工作电压)。下次使用时，须按一下启动键，或关机后重新开机。

由于本实施例的电源电路、单片机电路、测控电路和操控面板，本专业的人员很容易就能根据上述的工作原理而设计出来，这里就省略不画了。

实施例2：模拟式多功能气垫枕头

所谓模拟式，是指测控电路采用模拟电路。模拟式气垫枕头的框图如图4所示，包括模拟式卧姿垫、电源、操控面板和测控电路、气泵系统、气垫、气压检测系统、限压阀、气阀、消音器。其中：

模拟式卧姿垫外形呈带状，横向铺垫在床上，位于肩背部，覆盖横向睡觉区域。在电路方面由若干个支路并联组成，每个支路为一个开关与一只电阻串联，被压住的开关越多，则流经卧姿垫的电流越大。使用前，先调节好卧姿判别基准。通过检测流经卧姿垫电流的大小，即可判别卧姿。模拟式卧姿垫也可适用于主控电路采用数字电路的机型。

电源部分给整机供电；

操控面板上有相关参数调节旋钮和各功能按键及各种信号指示灯。

测控电路对来自各方面的信号作响应，控制气泵和气阀。

气泵系统负责向气垫充气。

气垫即枕头，可以直接当枕头用，也可以在气垫上放置较薄的传统枕头。

气压检测系统检测气垫的气压，包括多个气压开关，分别设在不同的气压值上。

限压阀即气垫的安全阀，当气垫的气压达到或超过安全值时，自动开启放气，直到气压降到安全值以下。

气阀为电磁阀，失电时气阀关闭，得电时气阀开启放气。

消音器的作用是消除气阀放气时产生的噪音。

模拟式多功能气垫枕头的附加功能包括LED照明灯、USB接口的直流5V输出(可用于给手机充电或向其它电器供电)、音频功率放大(即功放)、振动感应。

模拟式多功能气垫枕头的电路包括自供电电路、振动感应电路、LED灯电路、直流5V输出电路、功放电路、直流12V输出电路、枕头测控电路。其中自供电电路、直流5V输出电路、直流12V输出电路工作在NOS模式(即无振荡开关模式)。有关NOS模式等相关电路的工作原理，请参阅申请号为“201010109158.4”的专利申请文件。

自供电电路原理图如图5所示，自供电电路为降压型直流-直流转换电路，为内部市电端的电路供电。Q941为开关管，R510为Q941基极的旁路电阻；L1为电感，D11为续流二极管。

由Q443、C72、R917、R912构成启动电路；Q58、R71、R716、R715构成启动电路的控制电路；“VW”有电压后，Q58导通，关闭启动电路。

Q59、Q60、R281、R719、R720等构成双稳态电路，控制自供电电路的开和关，从而控制整机的开和关。

Q61、Q7、R721、R722、R723构成自供电电路的开关电路。Q7导通时，自供电电路工作(整机开机)；Q7截止时，自供电电路停止工作(整机关机)。

Q62、R717、C11、R918、R28、SW1构成手动关机电路。在开机状态，按一下SW1，则Q62产生一个负脉冲，使Q59所在的双稳态电路翻转，整机关机。

SW1、R28、D6构成C72的放电回路。在关机状态，按一下SW1，则C72在SW1接通期间快速放电，然后使启动电路工作，整机开机。启动电路工作期间，D6阻止流经C72的电流流向R918所在的支路。在生产或维修过程中，断开输入电源后，按住SW1若干秒钟，即可将C71、C10、C47上的电荷放掉。

C31为蓄能电容，在关机过程中保持Q60导通，直到彻底关机。

D5阻止C31上的电压反馈到“VW”。

R718为C31充电过程的限流电阻，因为“VW”线上的带载能力有限，而“VW”又需要很陡的上升边。

Q63、Q64、R244、R513、R123构成基准电压产生电路。

Q8、Q65、R29、R30、R62、R474、R700构成电压监控电路。开机时，“VC”电压逐渐上升，当“VC”达到或超过预设的值，“VW”才有电压，整机才可以进入工作状态；关机时，“VC”电压逐渐下降，当“VC”降到或低于预设的欠压值，则“VW”立即降到零(与“AGND”等电位)，整机关机。

“L”为输入电源的相线，“N”为输入电源的零线，F1为保险管。

D1～D4构成输入整流电路。C71、L6、C10构成输入滤波电路。

Q54、Q55、R81、R709、R712、R61、R27、R5、R301构成双稳态开关电路，通过驱动电路控制开关管的导通与截止。

Q4、R913、R711构成自供电电压测控电路，当自供电电压低于预设的值时，Q4导通。

Q56、R26、R243构成置开电路，当Q4导通且Q57截止时，Q56导通，通过双稳态开关电路及驱动电路使开关管导通。

Q6、Q57、R713、R714、C20构成禁止置开电路，在开关管导通期间及稍后一段时间，禁止置开，避免电路失控，并限制自供电电路的输出功率。

Q5、Q442、R911、R23、R300构成开关管Q941的驱动电路。

Q2、Q3、Q52、R1、R22、R823、R241、R24、R213、R4、R242构成导通电流测控电路。R1为导通电流取样电阻；R22、R823构成Q2的基极电压偏置电路；当导通电流达到或超过预设的值时，Q2、Q3、Q52均导通，否则，Q2、Q3、Q52均截止。

Q53、R214、R25构成置关电路，当Q2、Q3、Q52导通时，Q53也导通，通过双稳态开关电路及驱动电路使开关管截止。

Q100、R212构成Q442的截止加速电路，在自供电电路由开转为关时，使Q442快速截止。

Q1、Q441、R21、R910、R211构成Q941的截止加速电路，在自供电电路由开转为关时，使Q941快速截止。

C42为自供电电压滤波电容。

Q9、Q66、LED2、C21、C32、R724、R102、R282、R725、R245、R246、R111构成自供电电路工作状态指示电路。VC经R724向C32充电，当C32的电压达到或超过预设的值时，Q66、Q9导通，只要Q66、Q9稍有导通，则通过C21、R725的正反馈，使Q66、Q9导通加深，LED2亮，C32放电，C32的电压逐渐下降，C21、R725的正反馈也逐渐减弱；当Q66、Q9截止时，LED2灭，C32进入下一个充放电周期。整机关机时，VC无电压，LED2灭；整机开机且VC电压达到或超过某值时，LED2按一定周期闪亮。

振动感应电路的作用是通过敲击外壳，控制LED灯的开和关，并使直流5V输出电路进入工作状态(也就使气垫枕头进入工作状态)。前提是须将工作模式开关置于“振动”档。

在LED灯灭的时候敲一下外壳，则LED灯亮，并启动直流5V输出电路或使其保持工作状态，延迟若干分钟后，自动关LED灯；

在LED灯亮的时候敲一下外壳，则LED灯灭，并启动直流5V输出电路或使其保持工作状态。

振动感应电路的原理图如图6所示，Q75、Q76、C24、C25、R730、R731、R63、R64构成双稳态触发器，C91为抗干扰滤波电容。每当C91的正极有一个负脉冲，则双稳态触发器翻转一次。

Q77、Q12、R732、R733、R734构成LED灯工作状态控制电路，Q12导通，则LED灯亮；Q12截止，则LED灯灭。

MIC为振动感应元件——麦克风。

Q10、C22、C33、C34、R31、R514、R112、R726、R727、R32、R215构成振动信号放大电路。

Q67、Q68、C23、R728、R729、R283、R219构成单稳态电路，将振动信号的多个脉冲变成一个负脉冲，由Q68的集电极输出。

Q69、R216构成单稳态电路的触发电路。

Q11、Q70、Q72、Q73、Q74、C43、R217、R735、R736、R305、R737、R284、R475、R33构成延迟关灯电路，振动期间，VC通过Q11向C43快速充电，然后C43通过R305、Q72等缓慢放电，当C43的电压降到或低于预设的值时，Q73截止，若此前为亮灯状态，则Q74由截止变为导通，输出关灯信号。

C92、R65、Q74等构成开机过程中的关灯信号产生电路，这是因为开机时用户不一定想开灯(本机的主要功能是气垫枕头)，所以将关灯作为默认状态。

Q71、R218构成直流5V输出电路的启动电路，每次敲击外壳时，都输出启动信号，使直流5V输出电路进入或保持工作状态(气垫枕头也就处于工作状态)。

LED灯电路为升压型直流-直流转换电路，其原理图如图7所示，Q131为开关管，R330为Q131基极的旁路电阻，L2为电感，D12为二极管，C47为输出滤波电容。LED11、LED12等为照明用的发光二极管。

Q81、Q82、R82、R738、R739、R6、R302构成双稳态电路，控制驱动电路的开与关。

Q13、R113构成开关管Q131的驱动电路。

Q14、Q79、R791、R34、R515、R220、R8构成导通电流测控电路，R791为电流取样电阻。

Q78、R7构成开关管Q131的截止加速电路。

Q84、R221、R38构成置关电路。

Q83、R248、C1、R37构成置开电路。

Q80、R2、D51、R35、R516构成输入电流测控电路，在L2的电流达到或超过预定的值期间，禁止置开。

Q15、R36、R247、D7构成负载电压自适应电路，当输出电压“VO”减去负载电压的差值达到或超过预定的值时，升压电路停止工作。

Q16、Q447、D18、R70、R710、R620、R919构成输出电压测控电路，当输出电压“VO”达到或超过预定的值时，升压电路停止工作。在开灯状态，Q447饱和导通；在关灯状态，Q447截止，以减少R919所在支路的耗电。

Q85、Q444、VR3、R820、R66、R433、R621、R267构成可调的恒流电路，可调节LED灯的亮度。

SW2为工作模式切换开关，SW2置于左档时，1脚与3脚相接，6脚与8脚相接，为关灯状态，自动关机时，关闭整机。

SW2置于中档时，2脚与3脚相接，6脚与7脚相接，为振动感应状态，休眠时，关闭直流5V输出电路(气垫枕头也就停止工作，下同)。

SW2置于右档时，4脚与3脚相接，6脚与5脚相接，为开灯状态，休眠时，关闭直流5V输出电路。

直流5V输出电路为枕头测控电路、功放电路、USB接口供电，为隔离型半桥式输出，有缓冲电能再利用电路，空载(功放电路停止工作、USB接口空载)且空床时，延迟一定时间自动关闭直流5V输出。

直流5V输出电路的原理图如图8所示，T1为主变压器，Q132为主开关管，R332为Q132基极的旁路电阻，D13、C73为缓冲电路，L3为电感，D52、D53构成半桥整流电路，C51、L4、C44构成输出滤波电路。J1为USB接口。

T3、Q445、R9、R331、R103、C4、D14、D54构成缓冲电能再利用电路，与主开关电路同步开与关。

Q91、Q92、R85、R740、R10、R303构成双稳态电路。

Q17、R114为Q132的驱动电路。

Q18、Q86、R792、R39、R517、R222、R11构成导通电流测控电路。R792为电流取样电阻。

Q87、R12构成开关管Q132的截止加速电路。

Q90、R224、R40构成置关电路。

Q93、R67构成置开电路。

Q20、Q94、PC1、R84、R821、R250、R401、R701、R41构成输出电压测控电路。

Q19、Q88、C2、R223、R622、R83、R249构成禁止置开电路，在导通期间和稍后一段时间及输出电压达到或超过预定的值时，禁止置开。

Q97、Q98、C17、R477、R743、R50、R86构成双稳态电路，Q22为电子开关，控制直流5V输出电路的工作状态(工作或关闭)。

Q21、Q96、C48、C12、R563、R285、R251、R286、R87构成延时电路，Q21等为C48充电。

Q95、R741、R742构成C48的放电电路。当负载正常时，Q95频繁导通，C48被及时放电；若输出5V过载，则Q95导通的频度减少甚至完全截止，C48的电压逐渐上升，达到预定的值时Q96导通，Q96所连接的双稳态电路翻转，Q22截止，直流5V输出电路停止工作，此即过载保护。

Q23、Q89、LED3、C26、C35、R749、R104、R287、R750、R253、R254、R115构成输出5V指示电路，有直流5V输出时，LED3闪烁；否则LED3灭。D21、R252构成加速电路，输出负载电流越大，LED3闪烁的频率越快。

功放电路为双声道音频放大电路，有音频信号输入时，自动接通功放电路的电源；无音频信号输入时，延迟一定时间，自动关断功放电路的电源；

有工作模式切换开关，正常模式下，左、右声道各自独立放大；节电模式下，左、右声道的信号在输入回路混合到一个声道的放大电路，且将两个声道的喇叭串联接到该放大电路的输出端，而关断另一个声道放大电路的电源；

功放电路的原理图如图9所示，SW3为工作模式切换开关，置于左端时(1脚与2脚相接，其余触头类似)为节电模式；置于右端时(2脚与3脚相接，其余触头类似)为正常模式。

U2、C53、R269、VR6、C63构成左声道放大电路，VR6为音量调节电位器。

U1、C52、R268、VR5、C62构成右声道放大电路，VR5为音量调节电位器。

VR5、VR6在结构上为合在一起的双联电位器。

SPK-L、SPK-R为喇叭。

Q101、Q102、R72、R88、R402、R403构成双稳态电路。

Q855为电子开关；C61为滤波电容。

Q105、R623、R43、R511、C38构成大音量加强供电电路。

R13、C54为滤波电路。

Q25、C55、R288、R255、R564、R289构成延时电路。

Q24、Q103、Q104、C27、C36、R518、R751、R116、R752、C37、R42、R226、R227、R225构成输入信号测控电路。有音频信号输入时，接通功放电路的电源，并使C55放电；无音频信号输入时，C55被充电，电压逐渐上升，达到或超过预定的值时，Q101导通，Q102和Q855截止，关断功放电路的电源，进入休眠状态；一旦有音频信号输入，则恢复功放电路的供电。

直流12V输出电路为气泵和气阀供电，平时直流12V输出电路不工作，只有在气泵或气阀需要运行期间才工作。

直流12V输出电路的原理图如图10所示，T2为主变压器，Q133为主开关管，R334为Q133基极的旁路电阻，D15、C74为缓冲电路，L5为电感，D17、D56构成半桥整流电路，C56为输出滤波电容。

T4、Q446、R14、R333、R105、C5、D16、D55构成缓冲电能再利用电路，与主开关电路同步开与关。

Q111、Q112、R91、R753、R15、R304构成双稳态电路。

Q27、R117为Q133的驱动电路。

Q106、Q28、R793、R46、R519、R228、R16构成导通电流测控电路。R793为电流取样电阻。

Q107、R17构成开关管Q133的截止加速电路。

Q114、R230、R47构成置关电路。

Q113、R68构成置开电路。

Q30、Q110、PC2、R90、R822、R257、R151、R184、R48构成输出电压测控电路。

Q29、Q108、C3、R229、R624、R89、R256构成禁止置开电路，在导通期间和稍后一段时间及输出电压达到或超过预定的值时，禁止置开。

Q99、Q117、C15、R478、R758、R92构成双稳态电路，Q32、Q109、R759、R760、R761构成电子开关电路，与电子开关电路Q26、R44、R45一起，控制直流12V输出电路的工作状态(工作或关闭)。

Q31、Q115、C49、C14、R565、R290、R258、R291、R93构成延时电路，Q31等为C49充电。

Q116、R754、R755构成C49的放电电路。当负载正常时，Q116频繁导通，C49被及时放电；若输出12V过载，则Q116导通的频度减少甚至完全截止，C49的电压逐渐上升，达到预定的值时Q115导通，Q115所连接的双稳态电路翻转，Q109、Q32截止，直流12V输出电路停止工作，此即过载保护。

D10、R80构成指示灯加速电路，当直流12V输出电路工作时，图8中的LED3加快闪烁频率。

枕头测控电路检测卧姿，控制气阀和气泵。仰卧时，开启气阀放气，否则关闭气阀并开启气泵，直到气压达到预定的值才关闭气泵。若因漏气使气压下降，当气压降到预定的值时，重新开启气泵。

空床、功放电路关闭且USB接口空载时，延迟若干分钟后，进入休眠状态，自动关闭直流5V输出电路或关闭整机(与模式开关的档位相关)。

枕头测控电路的原理图如图11所示，SW11～SW17、R51～R57等构成卧姿垫电路。

Q38、R49、R335、VR1、R232、D23、Q47、R393、R261、Q46、R73、R745构成卧姿检测电路，仰卧时，Q38导通，否则Q38截止。

Q36、Q37、R274、R152、R153、R78、Q34、Q40、LED1、C29、C39、R762、R106、R296、R748、R259、R260、R118构成卧姿基准指示电路。侧卧时调节VR1，使LED1刚好闪亮，则卧姿基准调节到位(初次使用或改变用户前调节)，此时Q38截止。

Q41、Q856、R96、SW4、R404、R405、R763、R94、R95、C45等构成气阀驱动电路。B1为气阀线圈。D20为续流二极管。SW4为气压开关，气垫的气压超过标准大气压一定的值时，SW4接通；否则SW4断开。C45有延迟响应的作用，卧姿变换时，稍微稳定后再响应。

Q42、Q857、R97、R231、R293、R764构成气泵驱动电路。P1为电动气泵，D22为续流二极管。

D8为气泵和气阀的预供电通道；D9为气泵和气阀的工作电压供电通道。

Q43、PC3、R406、R98、R765、R766构成直流12V输出电路工作状态控制电路。

Q35、Q44、Q45、SW5、SW6、C16、R756、R77、R75、R76、R744、R74、R757、C13构成侧卧气压测控电路。SW5、SW6为气压开关，在侧卧状态下充气，当气垫的气压达到或超过预定的充气气压上限时，SW6接通(此时SW5为接通状态)，则停止充气；当气垫的气压降到预定的充气气压下限时，SW5断开，则补充充气。

Q48、D19、R297、R79、R99、C30、R292、R294构成USB接口是否空载及功放电路是否关闭的检测电路，若USB接口空载且功放电路关闭，则Q48截止，否则Q48导通。

Q33、Q49、R262、R275、C46、R306、R295、R747等构成空床检测及延时电路。

R746、C40在+5V上电时，使Q33导通。

Q50、Q51、PC4、R476、R407、C28等构成休眠信号产生电路。

C93、R69在+5V上电时，使Q50导通。

SW7为气垫枕头的工作模式选择开关，左档(1脚与3脚相接)为放气模式，无论什么卧姿，都给气垫放气；中档(2脚与3脚相接)为自动模式，根据卧姿自动充气或放气；右档(4脚与3脚相接)为充气模式，无论什么卧姿，都给气垫充气。

在图5至图11中，

“VI”为经过整流、滤波的输入电压。

“VO”为LED灯的工作电压。

“VC”为自供电电路的输出电压，即内部电路的工作电压。

“VW”为监控电路的输出电压，只有当“VW”有电压时，整机才可能进入工作状态。

“VD”为基准电压。

“LIGHT”为LED灯的控制信号，高有效。

“OFF”为关断信号，低有效。

“5V-OFF”为关闭5V输出的信号，低有效。

“P-OFF”为关机信号，低有效。

“5V-ON”为开启5V输出的信号，低有效。

“12V-ON”为开启12V输出的信号，低有效。

“+5V”为+5V输出。

“+12V”为+12V输出。

“D12V”为指示灯闪烁加快电压。

“VT”为功放电路工作电压。

“W+”为+5V输出的负载轻重检测信号

“A-L”为音频信号左声道输入端子。

“A-R”为音频信号右声道输入端子。

“AGND”为整流输出电路的负极。

“GND”为LED灯工作电压的负极。

“BGND”为+5V和+12V输出的负极，同时也是保护接地端，接金属外壳及电源插头的地线。

Claims (1)

1.智能保健枕头及多功能一体化，其特征在于，智能保健枕头的构成包括卧姿检测系统、电源、操控面板、信息处理及测控电路、升降系统或气垫系统、高度检测系统或气压检测系统；附加功能包括LED照明灯、功放、USB接口的直流5V输出等功能；在信号指示灯(包括电源指示灯)方面，采用节能工作方式，即小电流给电容充电(充电期间指示灯不亮)、正常电流短时间通过指示灯放电(放电期间指示灯亮)，以指示灯不同的闪烁频率及灭表示不同的负载和工作状态；在电源管理方面，自动关闭整机后关断较为彻底，所有电路停止工作。

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