CN102783859B - 智能化枕头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能化枕头，包括电控装置和机械结构部分(枕架)。其电控装置能根据人体睡姿来自动调节枕头的高低。它由正向采样放大比较电路、反向采样放大比较电路、正向执行控制电路、反向执行控制电路、电机驱动电路、正向停机集成开关、反向停机集成开关、振动传感器电路、电机、位置显示和位置控制电路组成。枕架结构的外壳内中间位置有一升降板，外壳下部有一枕头托板，外壳内侧面安有电动机，电动机通过联轴器、变速箱与一根转动杆连接。在转动杆的终端固定安装有伞齿轮，伞齿轮与安装在外壳底部的圆锥齿轮相匹配。本发明可随人体睡姿自动调节枕头高低，随时对睡眠中人的颈部进行护理，使之保持正常的生理弧度。从而提高了睡眠的舒适度和质量，减少颈、脊椎病的发生。
Description
技术领域
本发明涉及智能化枕头，由电控装置和机械部分即枕架结构两部分组成。
背景技术
枕头是我们睡觉时必不可少的用品，但是一旦对它使用不当，就会影响我们的健康。高枕容易引起颈椎病，长期高枕会改变人体颈椎正常生理弯曲，使局部软组织产生痉挛，炎症等，容易出现颈肩酸痛、手麻、头昏等症状。
同样，枕头过低也不利于健康。人仰卧时过分后仰，易张口呼吸进而产生口干、舌燥、咽喉疼痛和打呼噜现象枕头过低还会使得供血不太均衡，容易造成鼻粘膜充血肿胀，影响呼吸。
侧卧时如果枕头不合适，比如不垫枕头或枕头过低，颈椎侧弯一边的颈部肌肉就会过分伸拉，导致颈椎疲劳而致痉挛、疼痛、出现落枕。只有高低适当的枕头使人在睡眠状态下能始终保持在健康的姿态。目前市场上没有可随人睡姿的变化自动调节高度的枕头。
发明内容
本发明的目的，在于解决上述难题，而提供一种随着使用人的睡姿变化而自动变换枕头高低的智能化枕头。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种智能化枕头，是一种基于远红外人脸识别技术的睡姿判断系统。它由枕架装置和电控装置两部分组成。
所述的电控装置，由正向采样放大比较电路、反向采样放大比较电路、正向执行控制电路、反向执行控制电路、电机驱动电路、正向停机集成开关、反向停机集成开关、振动传感器电路、电机、位置显示和位置控制电路组成。人的面部正面图像信号的正脉冲信号D1送入到正向采样放大比较电路，面部侧面图像信号的正脉冲信号D2送入到反向采样放大比较电路；正向采样放大比较电路的输出端连接正向执行控制电路的输入端；反向采样放大比较电路的输出端连接反向执行控制电路的输入端；同时，正向停机集成开关的输出端与反向停机集成开关的输出端分别与正向执行控制电路的输入端和反向执行控制电路的输入端相连；振动传感器并联在停机集成开关及反向停机集成开关上；位置显示和位置控制电路的输出与停机集成开关的输入端相连；正向执行控制电路的输出端和反向执行控制电路的输出端均接到电机驱动电路，由电机驱动电路控制电机。
正向采样放大比较电路包括集成放大器IC1和由IC1负输入端上的两个电阻组成的分压电路；反向采样放大比较电路包括集成放大器IC2和由IC2负输入端上的两个电阻组成的分压电路。
正向采样放大比较电路的ICl的输出端送出的正脉冲信号经二极管D1和电容C1送到正向执行控制电路的IC3的输入端；IC3的输出端与电机驱动电路连接；IC3的输入端同时连接到停机集成开关及三极管BT1组成的停机信号电路；反向采样放大比较电路的IC2的输出端送出的正脉冲信号经二极管D2、电容C5送到反向执行控制电路的IC4的输入端；IC4的输出端也与电机驱动电路连接；IC4的输入端同时连接到停机集成开关及三极管BT2组成的停机信号电路。
正向停机集成开关由D3-D6共4只电子开关组成；反向停机集成开关由D7-D10共4只电子开关组成。
所述的枕架装置，包括一外壳，外壳内的中间位置设有一升降板。在外壳的下部有一枕头托板，枕头托板与升降板连接并从外壳前方伸出；在外壳内的侧面安有电动机，电动机通过联轴器、变速箱与一根转动杆连接；在转动杆的终端固定安装有伞齿轮，伞齿轮与安装在外壳底部的圆锥齿轮相匹配。圆锥齿轮的转动轴是一螺杆，它与升降板内的螺纹相啮合；枕头托板与升降板之间的位置相对固定，转动轴穿过枕头托板。电动机可采用低压直流无刷电动机。
在外壳顶部下方固定有一个机架座，转动轴的顶端枢轴式地装配在机架座上；在机架座和外壳的底部之间对称固定有一对滑动导杆，滑动导杆在升降板中穿过。
在外壳顶部外安有立杆，立杆上安有摄像头；外壳上设有长孔。
在枕头托板上安装有振动传感器。
在本发明的专利申请中，智能化枕头的电控装置是该设备的核心部件，此电控装置能够根据人体睡姿自动调节枕头的高低。
本发明智能化枕头，能根据人睡觉时头部的转动及方位的变化，同步调整枕头的高低。由于这种枕头设备能够随人体睡姿自动调节，随时对睡眠中的人的颈部进行护理，使之始终保持正常的生理弧度，从而提高了睡眠的舒适度和质量。长此可减少颈、脊椎病的发生。
附图说明
图1是本发明的电路方框原理图；
图2是本发明主控和驱动电路的原理图；
图3是位置显示和位置控制电路原理图；
图4是枕架的结构示意图。
图中：1.正向采样放大比较电路，2.反向采样放大比较电路，3.正向执行控制电路，4.反向执行控制电路，5.电机驱动电路，6.正向停机集成开关，7.反向停机集成开关，8.振动传感器电路，8-1.振动传感器，9.电机，10.位置显示和位置控制电路，11.手动停止按钮，12.滑动导杆，13.立杆，14.摄像头，15.长孔，16.振动传感器，21.外壳，22.升降板，23.枕头托板，24.电动机，25.联轴器，26.变速箱，27.转动杆，28.伞齿轮，29.圆锥齿轮，30.转动轴，31.机架座。
具体实施方式
参见图1、图2、图3，本发明由正向采样放大比较电路1、反向采样放大比较电路2、正向执行控制电路3、反向执行控制电路4、电机驱动电路5、正向停机集成开关6、反向停机集成开关7、振动传感器电路8、电机9、位置显示和位置控制电路10组成。人的面部正面图像信号的正脉冲信号D1送入到正向采样放大比较电路1，面部侧面图像信号的正脉冲信号D2送入到反向采样放大比较电路2。正向采样放大比较电路1的输出端连接正向执行控制电路3的输入端；反向采样放大比较电路2的输出端连接反向执行控制电路4的输入端。同时，正向停机集成开关6的输出端与反向停机集成开关7的输出端分别与正向执行控制电路3的输入端和反向执行控制电路4的输入端相连。振动传感器8并联在停机集成开关6及反向停机集成开关7上。位置显示和位置控制电路10的输出与停机集成开关7的输入端相连。正向执行控制电路3的输出端和反向执行控制电路4的输出端均接到电机驱动电路5，由电机驱动电路5控制电机9。
下面具体说明本发明电控装置中的电路结构：
参见图1、图2、图3，
一.正向采样放大比较电路1和反向采样放大比较电路2，分别接“图像采集”部分送来的图像鉴别信号。人的面部正面图像信号的正脉冲信号D1送入到正向采样放大比较电路1的IC1的正向输入端(3脚)，面部侧面图像信号的正脉冲信号D2送入到反向采样放大比较电路2的IC1的正向输入端(5脚)。
(1).正向采样放大比较电路1包括一个集成放大器IC1和由IC1负输入端上的两个电阻组成的分压电路。在图2中，当正面图像的正脉冲信号D1加到IC1的正向输入端(3脚)，由电阻R4、R5组成一个分压电路，提供给IC1的负向输入端(2脚)一个1V的固定电压，这样只有当2脚接受到“正面”图像信号的正脉冲，并大于2脚1V电压时，IC1的输出端(1脚)输出高电平脉冲送到正向执行控制电路3输入端。在电路的设计中，比较电压设定为1V，可以防止低于1V的干扰脉冲进入正向控制电路，造成电路的误动作，提高了电路的抗干扰能力。电路中，FK为手动的反向控制按钮，R1和R2构成一个分压电路，提供给手动开关FK一个正向5V电压。
(2).反向采样放大比较电路2包括一个集成放大器IC2和由IC2负输入端上的两个电阻组成的分压电路。在图2中，当侧面图像信号的正脉冲信号D2加入到IC2的正向输入端(5脚)，由电阻R25、R14组成一个分压电路，提供给IC2的负向输入端(6脚)一个1V的固定电压，这样只有当5脚接受到“侧面”的正脉冲，大于6脚的IV电压时，IC2的输出端(7脚)输出高电平脉冲送到反向执行控制电路4输入端。比较电压设定为1V可以防止低于1V的干扰脉冲进入反向控制电路，造成电路的误动作，提高了电路的抗干扰能力。电路中，ZK为手动正向控制按钮，ZK的正向5V电压由R1和R2的分压电路提供。
二.由正向采样放大比较电路1的IC1的的输出端(1脚)送出的正脉冲信号经二极管D1和电容C1送到正向执行控制电路3的IC3的输入端(13脚)。R6是C1的放电电阻，R7是IC3的13脚的下偏置电阻，C2是抗干扰电容，XX是下极限位置行程开关。
IC3的输出端(8脚)与电机驱动电路5连接，控制电机9的转、停。电机驱动电路5的电路结构是现有技术，在此不再赘述。
IC3的输入端(13脚)同时连接到停机集成开关6及三极管BT1组成的停机信号电路。
三.由反向采样放大比较电路2的IC2的输出端(7脚)送出的正脉冲信号经二极管D2、电容C5送到反向执行控制电路4的IC4的输入端(13脚)。R15是C5的放电电阻，R16是IC4的13脚的下偏置电阻，C6是抗干扰电容。
IC4的输出端(11脚)也与电机驱动电路5连接，控制电机9的转、停。
IC4的输入端(13脚)同时连接到停机集成开关7及三极管BT2组成的停机信号电路。
四.当正向执行控制电路3的IC3的13脚有正脉冲通过时，1脚和2脚导通，由于1脚连接有12V正电压，导通以后，2脚也就有了正的12V电压，通过R8提供给13脚一个高电平，迫使1脚和2脚自锁联通，这样即使IC1脚的正脉冲消失，IC3依然在自锁的工作状念。同时IC3的2脚连线B连接到反向停机集成开关7的D8端，在正向执行控制电路3的IC3的2脚有高电平的同时给D8一个高电平，迫使三极管BT2导通，使反向执行控制电路4中IC4的13脚接地，IC4停止工作。正向执行控制电路3的IC3的2脚同时连接6脚，在1脚和2脚导通时，6脚为高电平，使得8脚和9脚导通。3脚和4脚的通断受控于R9提供的高电平和8脚和9脚的低电平。
在IC3的2脚连接有R10和一个发光二极管，在IC3工作时，通过R10给发光二极管提供电源使其发光。
五.当反向执行控制电路4的IC4的13脚有正脉冲时，1脚和2脚导通，由于1脚连接有12V正电源，通过R17提供给13脚一个高电平，迫使1脚和2脚自锁联通，这样即使反向采样放大比较电路2的IC2的7脚的正脉冲消失后，lC3依然在自锁的工作状态。同时IC4的2脚连线A连接到正向停机集成开关6的D5，在IC4的2脚有高电平时同时给D5一个高电平，迫使三极管BT1导通，IC3的13脚接地，IC3停止工作，IC4的2脚同时连接有6脚和12脚，这样在2脚有高电平时，8脚和9脚导通，11脚和10脚导通。3脚和4脚受控于R19提供的高电平和8脚和9脚的低电平。
在IC4的2脚连接有R18和一个发光二极管，在IC4工作时，通过R18给发光二极管提供电源使其发光。
六.正向停机集成开关6由D3-D6共4只电子开关组成，当其中任何一个电子开关接收到一个正向脉冲时，通过R11送到三极管BT1的基极，使三极管BT1导通。这样IC3的13脚变成零电位，迫使IC3断开停止工作。R11是三极管BT1的上偏置电阻，R12是下偏置电阻，C3、C4是抗干扰电容，增加电路的抗干扰能力。
D3接手动停止按钮11。D4是遥控器备用接口。D5接反向执行控制电路4中IC4的2脚。D6接限位行程开关。
七.反向停机集成开关7由D7-D10共4只电子开关组成，当其中任何一个电子开关接收到一个正向脉冲时，通过R20送到三极管BT2的基极，使三极管BT2导通，这样IC4的13脚变成零电位，迫使IC4停止工作。R20是三极管BT2的上偏置电阻，R21是三极管BT2的下偏置电阻，C7、C8是抗于扰电容，增加电路的抗干扰能力。
D7接手动停止按钮11。D8接正向执行控制电路3的IC3的2脚。D9接限位行程开关。D10接位置显示和位置控制电路10的停机信号(参见图1和图3)。
八.振动传感器电路8
当外界没有振动时，振动传感器电路8中的振动传感器8-1输出高电平信号，BT3通过R22和R23导通，D11正端接地，D11截止，没有信号输出。
当外界有振动时，振动传感器8-1输出低电平信号，BT3截止，D11通过R24导通，输出正脉冲信号，使D9导通，三极管BT2导通，IC4停止工作。
九.参见图3，位置显示和位置控制电路10由9个电阻组成的一个分压电路提供给4个IC5和4个IC6的反向输入端不同的偏压值，与电位传感器RW传送出的电压进行比较。由IC5和IC6的端点L、M、N、O、P、Q、I、J分别输出比较后的高电平信号，经位置设定转换开关WZ输出至反向停机集成开关7的D10，送出停机信号。
位置传感器RW下面设有二极管，使RW的下端电位箝位在0.7V，也就是给IC5和IC6的正向输入端的最低电位为0.7V。
RW是随电机运转而带动的随位餐变化的一个传感器，位置的不同，在RW的输出端就可得到一个随位置不同而变化的电压，此电压送至IC5和IC6的正向输入端和反向的固定电压比较后，在L-J不同的输出端就可得到自J到L不同的位置控制信号。
连接在IC5和IC6每个比较器的输出端同时连接有R10-R17的限流电限和一个发光二极管，用以显示RW的物理位置。
十.由正向执行控制电路3的IC3的4脚输出接R/S。
由反向执行控制电路4的IC4的11脚输出接D/R。
由反向执行控制电路4IC4的4脚、10脚输出接S。
其中的R/S，D/R，S端是电机驱动电路5的控制端子。
R/S端：电机9运行停止控制，通过控制R/S与S的通断可以控制电机9的运行与停止，当R/S与S断开时电机9运行，反之电机9停止。
D/R端：电机9正反转控制，通过控制D/R与S的通断，可以控制电机9的运行方向，当D/R与S不接通时，电机9顺时针运行，反之，电机9逆时针方向运转。
十一.所用元件型号：本发明元件可以采用多种型号，作为实施例，可选用下列型号：IC1、IC2：LM358，三极管BT1、三极管BT2：2N2222，D1-D11：1N 4007，IC3、IC4：CD4016，IC5、IC6：LM324。
参见图4，枕架有一外壳21，外壳21内的中间位置设有一升降板22。在外壳21的下部有一枕头托板23，枕头托板23与升降板22连接并从外壳21前方伸出。枕头托板23与升降板22之间的位置相对固定。在外壳21内的侧面安有电动机24，电动机24采用低压直流无刷电动机。电动机24通过联轴器25、变速箱26与一根转动杆27连接。在转动杆27的终端固定安装有伞齿轮28，伞齿轮28与安装在外壳21底部的圆锥齿轮29相匹配。圆锥齿轮29的转动轴30是一螺杆，距螺杆两端处不留螺纹、并在升降板22两端处各套装一个压力弹簧在螺杆上。转动轴30穿过枕头托板3，它与升降板22内的螺纹相啮合，当转动轴30由圆锥齿轮29带动转动时，转动轴30的螺纹通过与其啮合的升降板22内的螺纹使得升降板22上升和下降，从而使枕头托板23上升和下降。在外壳21顶部下方固定有一个机架座31，转动轴30的顶端枢轴式地装配在机架座31上。在外壳21顶部外安有立杆13，立杆13上安有摄像头14。在外壳1上设有能供观察之用的长孔15。在枕头托板23上安装有振动传感器16。
当工作时，电动机24的动力通过变速箱26的减速，再通过伞齿轮28与圆锥齿轮29的啮合转动，带动转动轴30做旋转运动、从而使升降板22做上下运动并使与之固定的枕头托板23做上下运动。同时为了分解升降板22对转动轴30的径向压力，在机架座31和外壳21底部之间还对称地固定有一对滑动导杆12，滑动导杆12在升降板22中穿过，对升降板22起支撑和导向的作用，以增强升降板22上下运动的稳定性。在使用中，将枕头放在枕头托板23上，当人躺在枕头上，人体翻动时，使附着在枕头托板23上的振动传感器16输出信号使26摄像头14开始工作，将人翻转时的信息及时传递给“基于远红外人脸识别技术的睡姿判断糸统”进行识别判断并将判断结果传输给机械装置，指挥机械装置进行有控制的升降。从而实现人体各部位不带任何传感器，不改变使用人的生活习惯，不影响睡眠。随着使用人睡姿变化而自动变换枕头高低的智能化设备，达到提高使用人在睡眠时的舒适和质量。
Claims (9)
1.一种智能化枕头，为基于远红外人脸识别技术的睡姿判断系统，由枕架装置和电控装置两部分组成，其特征在于：所述的电控装置，由正向采样放大比较电路(1)、反向采样放大比较电路(2)、正向执行控制电路(3)、反向执行控制电路(4)、电机驱动电路(5)、正向停机集成开关(6)、反向停机集成开关(7)、振动传感器电路(8)、电动机(9)、位置显示和位置控制电路(10)组成；人的面部正面图像信号的正脉冲信号D1送入到正向采样放大比较电路(1)，面部侧面图像信号的正脉冲信号D2送入到反向采样放大比较电路(2)；正向采样放大比较电路(1)的输出端连接正向执行控制电路(3)的输入端；反向采样放大比较电路(2)的输出端连接反向执行控制电路(4)的输入端；同时，正向停机集成开关(6)的输出端与反向停机集成开关(7)的输出端分别与正向执行控制电路(3)的输入端和反向执行控制电路(4)的输入端相连；振动传感器(8-1)并联在正向停机集成开关(6)及反向停机集成开关(7)上；位置显示和位置控制电路(10)的输出与反向停机集成开关(7)的输入端相连；正向执行控制电路(3)的输出端和反向执行控制电路(4)的输出端均接到电机驱动电路(5)，由电机驱动电路(5)控制电动机(9)。
2.根据权利要求1所述智能化枕头的电控装置，其特征在于：正向采样放大比较电路(1)包括集成放大器IC1和由IC1负输入端上的两个电阻组成的分压电路；反向采样放大比较电路(2)包括集成放大器IC2和由IC2负输入端上的两个电阻组成的分压电路。
3.根据权利要求1所述的电控装置，其特征在于：正向采样放大比较电路(1)的IC1的输出端送出的正脉冲信号经二极管D1和电容C1送到正向执行控制电路(3)的IC3的输入端；IC3的输出端与电机驱动电路(5)连接；IC3的输入端同时连接到正向停机集成开关(6)及三极管BT1组成的停机信号电路；反向采样放大比较电路(2)的IC2的输出端送出的正脉冲信号经二极管D2、电容C5送到反向执行控制电路(4)的IC4的输入端；IC4的输出端也与电机驱动电路(5)连接；IC4的输入端同时连接到反向停机集成开关(7)及三极管BT2组成的停机信号电路。
4.根据权利要求1所述的电控装置，其特征在于：正向停机集成开关(6)由D3-D6共4只电子开关组成；反向停机集成开关(7)由D7-D10共4只电子开关组成。
5.根据权利要求1所述的枕架装置，其特征在于：包括一外壳(21)，外壳(21)内的中间位置设有一升降板(22)；在外壳(21)的下部有一枕头托板(23)，枕头托板(23)与升降板(22)连接并从外壳(21)前方伸出；在外壳(21)内的侧面安有电动机(24)，电动机(24)通过联轴器(25)、变速箱(26)与一根转动杆(27)连接；在转动杆(27)的终端固定安装有伞齿轮(28)，伞齿轮(28)与安装在外壳(21)底部的圆锥齿轮(29)相匹配；圆锥齿轮(29)的转动轴(30)是一螺杆，它与升降板(22)内的螺纹相啮合；枕头托板(23)与升降板(22)之间的位置相对固定，转动轴(30)穿过枕头托板(23)。
6.根据权利要求5所述的枕架装置，其特征在于：电动机(24)采用低压直流无刷电动机。
7.根据权利要求5所述的枕架装置，其特征在于：在外壳(21)顶部下方固定有一个机架座(31)，转动轴(30)的顶端枢轴式地装配在机架座(31)上；在机架座(31)和外壳(21)的底部之间对称固定有一对滑动导杆(12)，滑动导杆(12)在升降板(22)中穿过。
8.根据权利要求5所述的枕架装置，其特征在于：在外壳(21)顶部外安有立杆(13)，立杆(13)上安有摄像头(14)；外壳(21)上设有长孔(15)。
9.根据权利要求5所述的枕架装置，其特征在于：在枕头托板(23)上安装有振动传感器(16)。
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