CN104998332A - 利用心率控制温度促进睡眠的方法及实现该方法的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用心率控制温度促进睡眠的方法，解决了现有技术中促进人体睡眠的技术实施困难、成本高、控制不精确等问题。该利用心率控制温度促进睡眠的方法，其特征在于，在床垫上设置压电传感器，所述压电传感器采集人体睡眠时的数据，然后通过ARM芯片对采集到的数据进行处理，分离出心率信号和呼吸信号，通过心率信号的变化对床垫的温度进行调节，其调节方式满足以下关系：当测得的心率大于设定的上限阈值，并且心率变化率即心率标准差大于标准差下限阈值则降低床垫温度；当测得的心率小于设定的上限阈值，并且心率标准差小于标准差下限阈值则升高床垫温度。相比现有技术而言，本发明实施更简单、方便，且响应速度快，控制精确。

Description

利用心率控制温度促进睡眠的方法及实现该方法的装置

技术领域

本发明涉及一种利用心率控制温度促进睡眠的方法及实现该方法的装置。

背景技术

目前，围绕人体睡眠质量所展开的科研活动非常多，根据目前国内外的研究，基于睡眠质量所提出的解决方案主要包括以下几种：

一、利用睡眠周期作睡眠环境的控制方法

该方法是利用睡眠周期作睡眠环境的控制是侦测受测者于睡眠时所床垫上产生的振动而算出受测者的睡眠周期，然后根据确定的睡眠周期控制灯光亮度、播放音乐，并且由振动器产生微弱振动，以是的睡眠环境更适应人体在不同睡眠周期的需求，但是，这种方法需控制的环境变量多，实施难度大，且通过睡眠时床垫产生的振动判断人体的睡眠周期并不准确。

二、智能生态健康睡眠系统

该系统包括有控制中心，人机信息交流互换系统，人体参数及躺姿测试系统，可调节有效厚度和支撑力大小的双承托限位床垫，回拉式位移传感器，高度可升降的枕部，信息传输技术等，特殊之处在于：测试系统自动采集躺在床上人的身高体重体形等人体参数，也可自由输入指令或参数，控制中心根据人体参数自动计算出仰卧侧卧时合适的床垫厚度和枕高，躺姿测试系统测出躺卧姿势，根据躺姿选择仰卧或侧卧床垫枕高参数，调节双承托限位床垫的有效厚度和枕高。这种系统结构复杂、成本高，且同样的需控制的环境变量多，实施难度大。

三、智能睡眠保护系统

该护系统由智能被套和床垫组成；床垫包括安装套、控制器；智能被套内装有调温层，调温层内安装有可充气式管囊结构、电子温控系统、锂电池供充电系统、微型气泵或手动充气器。该系统结构复杂，且存在较大的安全隐患。

四、保健恒温床垫和节能恒温取暖床垫

     顾名思义，恒温床垫即是将人体在睡眠时直接接触的床垫设置为恒温，虽然能达到一定改变睡眠质量的效果，但是，恒温的设定并不能适应各不同的睡眠周期，针对性差。

五、空间保温睡眠床垫

该床垫包括边框，边框与底端的底板固定，边框里设有支撑隔断，支撑隔断将边框内部形成多个区域，每个区域中都设置橡胶绝缘膜，橡胶绝缘膜上设有充气垫，充气垫的内外填充有木炭，在所述支撑隔断形成的区域里还设有接尿斗和热水瓶或热水袋放置区，边框上表面采用布条编织层用压条固定。本发明所述空间保温睡眠床垫，能够保住人体温度形成积温，冬天寒冷和湿气不被入侵，下方人体排泄的湿气被木炭吸收，橡胶绝缘膜隔绝了上下湿气使床垫下的湿气不会渗透到人体，由于保住人体温度，使人体在冬季睡眠时具有较高的温度，提高睡眠质量。该床垫与恒温床垫的原理一样，其缺点也是并不能适应各不同的睡眠周期，针对性差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种实施方便、测量控制精确的利用心率控制温度促进睡眠的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

利用心率控制温度促进睡眠的方法，在床垫上设置压电传感器，所述压电传感器采集人体睡眠时的数据，然后通过ARM芯片对采集到的数据进行处理，分离出心率信号和呼吸信号，通过心率信号的变化对床垫的温度进行调节，其调节方式满足以下关系：

当测得的心率大于设定的上限阈值，并且心率变化率即心率标准差大于标准差下限阈值则降低床垫温度；当测得的心率小于设定的上限阈值，并且心率标准差小于标准差下限阈值则升高床垫温度。

进一步的，所述上限阈值大于下限阈值，利用双重判定条件，即心率瞬时值和心率标准差，利用窗函数移动的方法来判定不同条件下的温度控制。

进一步的，所述ARM芯片用于计算出R-R间期值以及心率的频域和时域指标，其型号为STM32407IGT6。

实现利用心率控制温度促进睡眠的方法的装置，包括设置在床垫上的压电传感器和温度调节系统，以及用于接受压电传感器数据并进行处理后向温度调节系统发出控制命令的处理器。

所进一步的，述温度调节系统为设置在床垫内部的升温/降温装置。

进一步的，所述处理器包括与所述压电传感器和所述温度调节系统均互联的ARM芯片。

本发明的设计原理：在一定的热环境条件下，人体有两方面的表达方式：一种是生理反应，反映在体温、心率、血压的变化及出汗；一种是冷、热或不冷不热的主观感觉。人体心理主要涉及人体在热湿环境下的冷热感觉、热舒适感等；生理系统主要包括呼吸系统、循环系统、热调节系统、神经系统、脑系统和视觉系统。人体睡眠时身体的新陈代谢会减缓，心跳和次数和强度都在减弱，心跳每分钟减慢 10～30 次，体温也随之下降，当外界温度达到一定程度时（或高或低）会影响人体体表感应的舒适度从而反映在心率上，影响人体的睡眠质量。如果人的体温周期太平缓（也就是温差不够大），或者被其它事情所影响，即会导致睡眠困难。因此，可利用心率控制温度，从而到达改善睡眠质量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过电压传感器检测人体睡眠时的数据，然后将数据中的心率信号和呼吸信号分离，对心率信号进行分析计算，是否超过所设定的阈值，从而通过心率信号的反应，得到当前人体所接受的睡眠温度是否达到适合的温度，心率高于设定的上限阈值，且心率标准差大于标准差下限阈值，说明环境温度高，则降温，心率低于设定的下限阈值，且心率标准差小于标准差下限阈值，说明环境温度低，则升温，本发明实施简单方便，且成本低，通过心率反馈的温度调节，更直观、直接，极大地提高了睡眠温度控制的精确度。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

本实施例提供了一种利用心率控制温度促进睡眠的方法，该方法的设计原理是基于不同的环境温度，人体心率不同，故由心率的监测结果反应出睡眠时的环境温度，再对床垫的温度进行调节，由此达到利益心率控制温度促进睡眠的目的。

具体的说，本实施例包括有以下部件：压电传感器、温度调节系统和处理器。其中，压电传感器和温度调节系统均设置在床垫上，压电传感器用于采集人体睡眠时的数据，温度调节系统则根据数据结果对床垫温度进行调节，处理器优选为ARM芯片，其可计算出R-R间期值以及心率的频域和时域指标，其型号为STM32407IGT6，处理器优用于接收采集数据并进行处理，然后控制温度调节系统调节床垫温度。温度调节系统为升温/降温装置，一般选用电加热结构作为床垫的升温装置，如：发热电阻丝，选用电加热时，电源外接，同时应当在发热部件与床垫之间设置绝缘层，以避免触电，对床垫进行加热升温的结构较多，且可选用现有的成熟技术，故在此不一一列举；床垫的降温装置可通过通风、制冷剂循环或二者的结合等结构实现，其也为现有的成熟技术，故在此不一一列举。

基于上述部件实现利益心率控制温度的方法如下：压电传感器采集人体睡眠时的数据，然后通过ARM芯片对采集到的数据进行处理，分离出心率信号和呼吸信号，通过心率信号的变化对床垫的温度进行调节，其调节方式满足以下关系：

当测得的心率大于设定的上限阈值，并且心率变化率即心率标准差大于标准差下限阈值则降低床垫温度；当测得的心率小于设定的上限阈值，并且心率标准差小于标准差下限阈值则升高床垫温度。其中，上限阈值大于下限阈值，上限阈值和下限阈值均是设定的心率信号阈值，心率标准差上限阈值和下限阈值则根据每个用户自身生理特性的不同而不同，其由ARM芯片实现。上限阈值和下限阈值虽为心率阈值，但二者所对应的温度应当在人体舒适睡眠温度的范围内，优选的，心率的上限阈值和下限阈值所对应的温度为18℃~22℃。心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同，一般的，正常成年人的心率在75次/分钟。

下面通过举例对上述调节方式进行说明：以设定的心率上限值阈值为65次/分钟（睡眠时心率较正常状态下的心率慢），设定的心率下限阈值为55次/分钟，心率阈值55次/分钟~65次/分钟，设定的心率标准差上限阈值0.20次/分，设定的心率标准差下限阈值0.153次/分，所对应的人体睡眠时所接受的环境温度范围为18℃~22℃，若在测定的心率信号在55次/分钟与65次/分钟之间，且心率标准差在0.153次/分与0.20次/分之间，则认为人体此时处于正常且较舒适的环境温度（睡眠温度）中，即此时环境温度为18℃~22℃。若测定的心率信号高于65次/分钟，且心率标准差大于0.20次/分，即认为人体此时所接受的环境温度大于22℃，超出了舒适环境温度的范围，此时下调床垫温度，降低床垫温度，直到测定的心率信号落入至55次/分钟与65次/分钟之间；若测定的心率信号低于55次/分钟，且心率标准差小于0.153次/分，即认为人体此时所接受的环境温度小于18℃，超出了舒适环境温度的范围，此时上调床垫温度，升高床垫温度直到测定的心率信号落入至55次/分钟与65次/分钟之间。通过上述方式，利益心率信号的反馈动态调节环境温度（床垫温度），以使得人体睡眠温度始终处于舒适的环境温度之下，促进睡眠。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.利用心率控制温度促进睡眠的方法，其特征在于，在床垫上设置压电传感器，所述压电传感器采集人体睡眠时的数据，然后通过ARM芯片对采集到的数据进行处理，分离出心率信号和呼吸信号，通过心率信号的变化对床垫的温度进行调节，其调节方式满足以下关系：

当测得的心率大于设定的上限阈值，并且心率变化率即心率标准差大于标准差下限阈值则降低床垫温度；当测得的心率小于设定的上限阈值，并且心率标准差小于标准差下限阈值则升高床垫温度。

2.根据权利要求1所述的利用心率控制温度促进睡眠的方法，其特征在于，所述上限阈值大于所述下限阈值，利用双重判定条件，即心率瞬时值和心率标准差，利用窗函数移动的方法来判定不同条件下的温度控制。

3.根据权利要求1所述的利用心率控制温度促进睡眠的方法，其特征在于，所述ARM芯片用于计算出R-R间期值以及心率的频域和时域指标，其型号为STM32407IGT6。

4.实现如权利要求1至3任一项所述的利用心率控制温度促进睡眠的方法的装置，其特征在于，包括设置在床垫上的压电传感器和温度调节系统，以及用于接受压电传感器数据并进行处理后向温度调节系统发出控制命令的处理器。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述温度调节系统为设置在床垫内部的升温/降温装置。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理器包括与所述压电传感器和所述温度调节系统均互联的ARM芯片。