CN105708420A - 一种睡眠情况监测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种睡眠情况监测装置及其监测方法，涉及智能监测领域。睡眠情况监测装置至少包括压力传感器、与压力传感器相连的床板主体、采集并处理传感器数据的微处理器及与微处理器相连的信息显示模块。压力传感器用于数据采集，并将数据传输至微处理器进行数据分析，最后将监测结果通过显示屏显示出来。监测方法包括：采集传感器数据、计算重心位置、获取单位时间重心偏移量、分析睡眠状态、排除异常信息共5个步骤。本发明的突出优点为不影响正常睡眠，安全可靠，使用方便，成本可控，有广阔的市场前景。

Description

一种睡眠情况监测装置及其监测方法

技术领域

本发明涉及智能监测领域，具体地涉及一种睡眠监测装置及其监测方法。

背景技术

睡眠是人类生命活动中必不可少的生理过程。睡眠不仅时间要充足，更在于好的睡眠质量。如今最常用的睡眠检测产品主要分为医疗设备和穿戴式设备。

医学上对于睡眠结构和进程的了解，主要是利用多导睡眠仪，采用多导睡眠描记法来完成的，但这些设备和技术主要集中于医院和研究所，其昂贵的价格与体积大的特点制约了其普及性，不适合个人家庭使用。且这一类监测设备由于需要与使用者相接触使用，会影响被测者的实际睡眠效果。

当然，随着传感器技术的发展，小型化的穿戴式监测设备的研究水平也不断提高，尤其以手环类产品居多。如今最常用的检测方式就是采用体动记录仪进行监测，而一般都是采用三轴传感器对三个方向轴进行数据记录，根据记录数据，分析软件通过计算可以分析出能量消耗和睡眠相关参数，如觉醒时间，觉醒次数，睡眠效率等。但是，这一类传感器在实际使用中仍存在行为区分不明显，误检测概率较高等缺点。

针对这些情况，有必要设计一款结构简单且测量准确的新型睡眠监测装置及其监测方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术中的缺陷，提供一种结构简单、测量准确的睡眠监测装置及其监测方法。

该睡眠监测装置包括压力传感器、与压力传感器相连的床板主体、采集并处理传感器数据的智能盒及与智能盒相连的信息显示模块。

所述的压力传感器，其上下表面与床板主体相连接，在上下层床板之间发生压力变化时，其输出电压也会呈现规律性变化。

所述的床板主体主要由上下层床板组成，上下层之间由四个角上的压力传感器相连接，其余位置中空。

所述的采集并处理传感器数据的智能盒置于床板主体之中。

进一步的技术方案是：所述的床板主体中空位置由较软的均匀介质填充，用于保护床板。

信息显示模块放于床板上层，便于使用者获取信息，其显示信息包括时间信息、重心位置信息、睡眠时各时段睡眠程度柱状图及睡眠情况评价。

睡眠情况监测方法，所述方法包括以下步骤：

S1、智能盒采集传感器数据；

S2、利用获取到的传感器信息计算出重心位置；

S3、分析一定时间内的重心变化情况，提取出单位时间的位置偏移信息，并计算其平均值和均方差；

S4、根据得到的平均值和均方差分析出睡眠状态；

S5、排除异常信息并以图文的形式显示提取到的最终的睡眠信息。

进一步的技术方案是：对步骤S1中的数据进行软件滤波，其主要包括限幅滤波和中位值平均滤波处理。

与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：

1.本发明适用人群广阔，老少皆宜，尤其对于婴儿睡眠情况的监测与其他产品相比有着显著的优势。

2.不影响使用者的正常睡眠，无任何不适感。

3.由于本发明与床板一体化，且具有信息显示模块，使用方便，可作为智能家具的一部分，市场前景广阔。

附图说明

图1是本发明的实施例流程图

图2是本发明的实施例所述的可移动床板的仰视图

图中，1.上层床板，2.显示屏，3.压力传感器d，4.压力传感器a，5.智能盒，6.下层床板，7.压力传感器b，8.压力传感器c。

具体实施方式

在以下实施例中，将具体举例说明睡眠情况监测装置及其软件算法的实现，分析使用者睡姿变化和睡眠情况。

图1为本发明提供的一种睡眠情况监测方法的实施例流程图，并结合图2所示的实施例装置图，以说明通过本发明分析使用者睡姿变化和睡眠情况。

步骤100：启动智能盒5，利用压力传感器a4、压力传感器b7、压力传感器c8、压力传感器d3采集数据，并进行滤波处理。

步骤101：运用力矩平衡原理：动力臂长×动力＝阻力臂长×阻力，通过对压力传感器的数据分析，对人体的重心位置进行计算，得到其位置坐标。将人体的重力G看作是动力，而每个传感器的反支力(Fa、Fb、Fc、Fd)则视为阻力。设床的宽为50，床的长为100。具体计算如下：

若将压力传感器a4和压力传感器d3作为转轴，根据力矩平衡原理，重物对于该转轴产生的力矩与压力传感器b7和压力传感器c8在该转轴上产生的力矩之和为零，用公式表达如下：

$\begin{array}{c}G\×\left(x+50\right)+100\left(Fb+Fc\right)=0\\ \⇒\left|G\right|\×\left(x+50\right)=100\left(\left|Fb\right|+\left|Fc\right|\right)\\ \⇒x=\frac{100\left(\left|Fb\right|+\left|Fc\right|\right)}{\left|G\right|}-50\\ \⇒x=\frac{100\left(\left|Fb\right|+\left|Fc\right|\right)}{\left|Fa\right|+\left|Fb\right|+\left|Fc\right|+\left|Fd\right|}-50\end{array}$

由此得出该重物的x坐标值；

若将压力传感器a4和压力传感器b7作为转轴，与前面同理可知重物对于该转轴产生的力矩与压力传感器d3和压力传感器c8在该转轴上产生的力矩之和为零，用公式表达如下：

$\begin{array}{c}G\×\left(25-y\right)+50\left(Fc+Fd\right)=0\\ \⇒\left|G\right|\×\left(25-y\right)=50\left(\left|Fc\right|+\left|Fd\right|\right)\\ \⇒y=25-\frac{50\left(\left|Fc\right|+\left|Fd\right|\right)}{\left|G\right|}\\ \⇒y=25-\frac{50\left(\left|Fc\right|+\left|Fd\right|\right)}{\left|Fa\right|+\left|Fb\right|+\left|Fc\right|+\left|Fd\right|}\end{array}$

由此得出该重物的y坐标值并得出重心的具体位置。

步骤102：以体动为判断依据，根据上述的睡眠周期原理构建马尔可夫链，提高睡眠结构判断的准确性。将一段较短时间Δt内的重心移动距离作为幅值大小，即纵轴为幅值，并以时间t作为横轴，将每个Δt对应的幅值点保存下来。

步骤103：每隔一段较长时间ΔT，分析这些幅值的方差分布，当这些幅值的平均值和均方差同时下降时，则是睡眠周期的状态切换。如果数据的幅值和方差分别跌至3cm和0.2以下，则可预估为深度睡眠期，但是如果这期间有大小动作，即存在一个幅值大于5cm，则为中度睡眠期，若有三个以上幅值大于5cm则判断为轻度睡眠期；反之，如果平均值和均方差同时上升至15cm和2以上，则可预估为觉醒期；以此类推。此外，如果有大的动作出现，且持续时间超过5秒，则判为觉醒期。

步骤104：如果4个压力传感器没有检测到人体的压力，就不进行上述的任何判断。而觉醒期不会直接切换到深度睡眠期，中间必然会有轻度睡眠期或中度睡眠期过渡，如果出现这类情况，就需要重新采集下一组数据进行判断，剔除上一组数据带来的误判。

步骤105：将智能盒5最终得出的正确结果显示在与智能盒5相连的显示屏2上。

经上述步骤即能得到使用者的睡眠情况。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的事例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种睡眠情况监测装置，其特征在于：所述的装置包括压力传感器a(4)、压力传感器b(7)、压力传感器c(8)、压力传感器d(3)、上层床板(1)、下层床板(6)、智能盒(5)、显示屏(2)；所述的压力传感器其上表面固定于上层床板(1)的下表面，其下表面固定于下层床板(6)的上表面；所述的智能盒(5)内部设有微处理器和电源模块，其嵌于上层床板(1)和下层床板(6)之间；所述的显示屏(2)位于上层床板(1)的上表面。

2.根据权利要求1所述的一种睡眠情况监测装置，其特征在于：所述的信息显示模块包括手持式智能终端，所述的微处理器包括无线传输设备，所述手持式智能终端与无线传输设备进行配对连接。

3.一种睡眠情况监测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1、微处理器采集传感器数据；

S2、利用获取到的传感器信息计算出重心位置；

S3、分析一定时间内的重心变化情况，提取出单位时间的位置偏移信息，并计算其平均值和均方差；

S4、根据得到的平均值和均方差分析出睡眠状态；

S5、排除异常信息并以图文的形式显示提取到的最终的睡眠信息。

4.根据权利要求3所述的一种睡眠监测方法，其特征在于：对步骤S1中的数据进行软件滤波，其主要包括限幅滤波和中位值平均滤波处理。