CN105953355A - 一种提高睡眠质量的环境控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于睡眠医疗保健设备，尤其涉及本发明为一种提高睡眠质量的环境控制系统，包括脑电波采集模块、控制模块、电诱导模块、遥控模块、环境采集模块；所述脑电波采集模块，用于实时采集并提取人体脑电波，并发送到控制模块；所述控制模块把接收到的脑电波信号与预存的正常脑电波信号进行计算比较判断，判断提取的脑电波相比于正常数据是否为异常脑电波，针对不同的睡眠周期发送控制信号到遥控模块；所述电磁波发生器释放引导人体大脑改变睡眠状态的脑电波；所述环境采集模块，依据无线遥控信号控制睡眠环境。本发明能在大脑层面通过对大脑的脑电波状态调整，使人在睡眠时回归正常的睡眠状态，睡眠环境调整，进一步加强环境控制的效果。

Description

一种提高睡眠质量的环境控制系统
技术领域
本发明属于睡眠医疗保健设备，尤其涉及一种提高睡眠质量的环境控制系统。
背景技术
人的标准睡眠状态是周期交替的，每个周期90分钟左右，每天要通过6个这样的周期(总和8小时以上)保证一天的精力充沛
睡眠周期中的每一个部分都伴随有不同的特征脑电波的释放，通过对特征脑电波的捕捉判断用户当前处于睡眠周期的何种阶段睡眠周期有5个阶段包括四个非眼动阶段和一个快速眼动阶段，四个非快速眼动阶段中包含两个浅层睡眠阶段和两个深层睡眠阶段，可通过脑电波的波形区分出浅睡期(θ波)深睡期(δ波)快速眼动期(α波)并通过一些特殊波形取得更精确的判断。
外界环境对人体的睡眠有相应的影响，比如室内温度，被子内人体周围空间温度，光照强度和光色(冷色光有助于人体的唤醒，暖色光利于睡前对睡眠促进)，负离子浓度，含氧浓度，二氧化碳浓度，空气流动情况灯都会对睡眠时的人体生理状况造成影响，对这些参数的控制将改善人的睡眠情况。
现有技术中用于更改睡眠状况的方法大多为改变上述外界环境参数，以达到使睡眠舒适，但是睡眠时间和睡眠质量的因素在于人体的身体状况以及脑部的因素，尤其是针对失眠患者，因此现有技术中的睡眠舱很难完全改善睡眠状况。
发明内容
为了解决现有技术中睡眠状况改善的困难的问题，本发明提供了一种从引导脑部睡眠活动来改善睡眠质量的环境控制系统。
本发明技术方案如下
一种提高睡眠质量的环境控制系统，包括脑电波采集模块、控制模块、电诱导模块、遥控模块、环境采集模块；
所述脑电波采集模块，用于实时采集并提取人体的脑电波，并发送到控制模块；
所述环境采集模块，用于采集环境参数，并将环境参数发送至控制模块；
所述控制模块，接收脑电波采集模块的脑电波信息与预设的的睡眠模版的脑电波信息进行比较判断，当判断提取的脑电波信息相比于睡眠模版的脑电波信息不符时，确定为异常脑电波，然后根据预设的控制模板发送控制信号到电诱导模块诱导异常脑电波；
所述电诱导模块，接收控制模块发出的控制信号，并根据控制信号发出设定的诱导信号；
控制模块根据环境采集模块的实时环境参数信息，与设定的环境模板对比，发送环境控制信号至遥控模块；
遥控模块，接收环境控制信号，并根据环境控制信号控制卧式内的环境设备调节环境参数。
所述电诱导模块为电磁波发生器，所述电磁波发生器与所述控制模块连接，用于接收控制模块的控制信号并发出诱导电磁波和载波。
所述电诱导模块为微电流发生器，所述微电流发生器与所述控制模块电信号连接，用于接收控制模块的控制信号并发出诱导微电流。
还包括云平台，控制模块将采集到的脑电波信息与控制信号发送至云平台存储，并形成控制模板。
所述遥控模块包括遥控芯片、射频电路，所述转换芯片于所述控制模块连接，用于接收控制模块的控制信号转换成遥控信号，所述射频电路，与所述遥控芯片连接，接收所述遥控芯片并形成无线遥控信号。
所述脑电波采集模块为头戴式或者夹耳式的脑电波采集模块。
环境采集模块包括温度采集模块、湿度采集模块、二氧化碳采集模块、氧气采集模块、照明采集模块和空气质量采集模块，所述温度采集模块、湿度采集模块、二氧化碳采集模块、照明采集模块和空气质量采集模块与所述控制模块电连接。
所述环境控制信号为温度调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向空调或暖气发出温度调节命令，以调节至所需的温度。
所述环境控制信号为湿度调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向除湿器或加湿器发出湿度调节命令，以调节至所需的湿度。
所述环境控制信号为二氧化碳调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向二氧化碳发生器发出二氧化碳调节命令，以调节至所需的二氧化碳浓度。
所述环境控制信号为氧气调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向制氧机发出氧气调节命令，以调节至所需的氧气浓度。
所述环境控制信号为灯光调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向照明设备发出灯光亮度和光色调节命令，以调节至所需的灯光亮度和光色。
所述环境控制信号为负离子调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向负离子发生器发出启动或者停止调节命令。
所述环境控制信号为空气质量调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向过滤器和风机发出空气净化调节命令，以净化空气。
有益效果
本发明为一种提高睡眠质量的环境控制系统，包括脑电波采集模块、控制模块、电磁波发生器、遥控模块、环境采集模块；所述脑电波采集模块，用于实时采集并提取人体脑电波，并发送到控制模块；所述控制模块，收到的所述脑电波采集模块采集到的脑电波信息与预设的睡眠模版的脑电波信号进行比较判断，当判断提取的脑电波信息相比于睡眠模版的脑电波信息不符时，确定为异常脑电波，然后根据预设的控制模板发送控制信号到电诱导模块诱导异常脑电波，所述电诱导模块，接收控制模块发出的控制信号，并根据控制信号发出设定的诱导信号；所述环境采集模块，用于采集环境参数，并将环境参数发送至控制模块；控制模块根据环境采集模块的实时环境参数信息，与设定的环境模板对比，发送环境控制信号至遥控模块；遥控模块，接收环境控制信号，并根据环境控制信号控制卧式内的环境设备调节环境参数。本发明能在大脑层面通过对电磁场的改变引导大脑的脑电波状态调整，使人在睡眠时回归正常的睡眠状态，同时对不同睡眠进行睡眠环境调整，进一步通过环境控制的增加促进睡眠的效果。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为本发明环境采集模块结构框图；
图3为本发明外接调控设备结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
通过获取人体脑电波信号分析人体各阶段的睡眠状况，通过调制各睡眠阶段的诱导电磁波并发出该诱导电磁波对各阶段的睡眠进行辅助；同时通过控制调节环境状况使人体脑电波进入相应的睡眠阶段，从而提高睡眠质量。
脑电波是一些自发的有节律的神经电活动，其频率变动范围在每秒1～30次之间，可划分为四个波段，即δ波(脑电波频率约为1～3HZ)、θ波(脑电波频率约为4～7Hz)、α波(脑电波频率约为8～13Hz)、β波(脑电波频率约为14～30Hz)。
某些情况下，有些专家也认为δ波频率小于4Hz，θ波频率约为4～7Hz，α波频率约为8～12Hz，β波频率约为13～35Hz，此外，还可能存在大于35Hz的脑电波，通常命名为γ波。长期处于γ波状态下的人会有生命危险。
人们正常的睡眠结构周期分为两个相，非快速眼动睡眠期(NREM)和快速眼动睡眠期(REM)，NREM和REN交替出现，交替一次称为一个睡眠周期，每个周期大约90-100分钟，两种循环往复，一般而言，成年人每夜通常需要经过4-5个这样的睡眠周期来保证一天的睡眠质量。而一个非快速眼动睡眠期(NREM)又分为四个睡眠阶段，即：入睡阶段、浅睡阶段、熟睡阶段和深睡阶段，因此一个睡眠周期共包含五个睡眠阶段。一般情况下，这五个睡眠阶段每夜交替往复4-5次才能保护人们的睡眠质量以及精力充沛。
人体五个睡眠阶段脑电波状况是不同的，如：当人体处于睡眠的入睡阶段时，人体自发的脑电波为低振幅，频率快慢混合，以4-7次/S的θ波为主，此时，人的颈部肌肉和四肢肌肉张力逐渐降低，人体安静困倦开始进入睡眠状态；当人体处于睡眠的浅睡阶段时，人体自发的脑电波为低振幅，在θ波的背景上出现13-16次/秒的睡眠纺锤波和一些复合波，此时，人的心率和呼吸逐渐变慢，体温、脑温逐渐降低，闭眼、缩瞳，脑血流量较清醒安静时为多，人体已经入睡，并出现鼾声，但将被试叫醒后却常自称尚未睡着；当人体处于熟睡阶段时，人体自发的脑电波为高振幅，在θ波的背景上出现20-50％的0.5-3次/秒的δ波，此时，生长激素和促肾上腺皮质激素以及肾上腺分泌的肾上腺皮质激素在慢波睡眠中比在白天清醒时增多，人体已经睡熟，但尚易叫醒；当人体处于深睡眠阶段时，人体自发的脑电波为50％以上高振幅的δ波，此时人体做梦极少，即使做梦梦境也平淡、生动性弱，概念性和思维性较强，人体不但睡熟还难以叫醒；当人体处于苏醒阶段时，人体自发的脑电波以α波为主。
人在睡眠周期中的每一个部分都伴随有不同的特征脑电波的释放，睡眠周期有5个阶段包括四个非眼动阶段和一个快速眼动阶段，四个非快速眼动阶段中包含两个浅层睡眠周期和两个深层睡眠周期，可通过脑电波的波形区分出浅睡期(θ波)深睡期(δ波)快速眼动期(α波)。
如图1所示，一种提高睡眠质量的环境控制系统，包括脑电波采集模块、控制模块、电诱导模块、遥控模块、环境采集模块，通过遥控模块连接外接调控设备对睡眠环境进行调控；
所述脑电波采集模块，用于实时采集并提取人体的脑电波，并发送到控制模块；
所述环境采集模块，用于采集环境参数，并将环境参数发送至控制模块；
所述控制模块，接收脑电波采集模块的脑电波信息与预设的的睡眠模版的脑电波信息进行比较判断，当判断提取的脑电波信息相比于睡眠模版的脑电波信息不符时，确定为异常脑电波，然后根据预设的控制模板发送控制信号到电诱导模块诱导异常脑电波；
所述电诱导模块，接收控制模块发出的控制信号，并根据控制信号发出设定的诱导信号；
控制模块根据环境采集模块的实时环境参数信息，与设定的环境模板对比，发送环境控制信号至遥控模块；
遥控模块，接收环境控制信号，并根据环境控制信号控制卧式内的环境设备调节环境参数。
本发明通过所述脑电波采集模块实时采集并提取人体脑电波，所述控制模块接收的所述脑电波采集模块采集到的脑电波信号，并与预存的睡眠模版的脑电波信号进行计算比较判断，判断其睡眠周期，并对同周期脑电波信号进行比较，判断提取的脑电波相比于正常数据是否为异常脑电波，针对不同的睡眠周期发送控制信号到遥控模块；所述电磁波发生器用于在脑电波异常时释放引导人体大脑改变睡眠状态的脑电波；所述遥控模块，与所述控制模块连接，接收控制模块的控制信号，转换控制信号为无线遥控信号并发送至环境采集模块；所述环境采集模块，用于环境参数采集，接收遥控模块的无线遥控信号，依据无线遥控信号控制睡眠环境。本发明能在大脑层面通过对电磁场的改变引导大脑的脑电波状态调整，使人在睡眠时回归正常的睡眠状态，同时对不同睡眠进行睡眠环境调整，进一步通过环境控制的增加促进睡眠的效果。
所述电诱导模块为电磁波发生器，所述电磁波发生器与所述控制模块连接，用于接收控制模块的控制信号并发出诱导电磁波和载波。
所述电诱导模块或者为微电流发生器，所述微电流发生器与所述控制模块电信号连接，用于接收控制模块的控制信号并发出诱导微电流。
所述遥控模块包括遥控芯片、射频电路，所述转换芯片于所述控制模块连接，用于接收控制模块的控制信号转换成遥控信号，所述射频电路，与所述遥控芯片连接，接收所述遥控芯片并形成无线遥控信号。
所述脑电波采集模块为头戴式或者夹耳式的脑电波采集模块。
本实施例中，还包括云平台，所述云平台连接所述控制模块，还包括云平台，控制模块将采集到的脑电波信息与控制信号发送至云平台存储，并形成控制睡眠的睡眠模板，本实施例中控制模块从云平台下载用户的睡眠模板。
还包括人体体征采集模块，所述人体体征采集模块用于实时采集人体体征信息，并发送至对比分析单元，所述对比分选单元接收所述人体体征信息判断人体的运动状况，根据运动状况选择合适的睡眠模版。
环境采集模块用于环境参数采集，如图2所示，环境采集模块包括温度采集模块、湿度采集模块、二氧化碳采集模块、氧气采集模块、照明采集模块和空气质量采集模块，所述温度采集模块、湿度采集模块、二氧化碳采集模块、照明采集模块和空气质量采集模块与所述控制模块电连接。
外接调控设备包括空调、暖气、除湿器、加湿器、二氧化碳发生器、制氧机、照明设备、负离子发生器、过滤器、风机、音响设备等，遥控模块与外接调控设备连接，控制外接设备启动停止，对环境进行调控。
本实施例中，所述环境控制信号为温度调节信号，所述控制模块发出温度调节信号，所述遥控模块接收到调节信号后向空调或暖气发出温度调节命令，空调或暖气执行启动或者停止命令，另外空调还可执行温度调节命令中的室温保持命令，以此调节至所需的温度环境。
所述环境控制信号为湿度调节信号，所述控制模块发出湿度调节信号，所述遥控模块接收到调节信号后向除湿器或加湿器发出湿度调节命令，除湿器或加湿器执行启动或者停止命令，同时执行指定湿度保持命令，以此调节达到睡眠所需的湿度环境。
所述环境控制信号为二氧化碳调节信号，所述控制模块发出二氧化碳调节信号，所述遥控模块接收到调节信号后向二氧化碳发生器发出制造二氧化碳的调节命令，二氧化碳发生器执行启动或者停止命令，同时执行指定二氧化碳浓度保持命令，以此调节达到睡眠所需的二氧化碳浓度环境。在一定范围内，适当的二氧化碳浓度能够刺激到外周和中枢的化学感受器，使呼吸中枢兴奋，促进人体呼吸。但是当血二氧化碳上升到一定程度时会抑制呼吸，使呼吸变弱，肺通气量不能再继续增加。因此通过二氧化碳控制器控制二氧化碳含量维持在适于睡眠的浓度。
所述环境控制信号为氧气调节信号，所述控制模块发出氧气浓度调节信号，所述遥控模块接收到调节信号后向制氧机发出氧气浓度调节命令，制氧机执行启动或者停止命令，以此调节达到睡眠所需的氧气浓度环境。通过氧采集模块调控空气中的氧浓度，确保睡眠时恰当氧浓度的空气充足。
所述环境控制信号为灯光调节信号，所述控制模块发出灯光调节信号，所述遥控模块接收到调节信号后向照明设备发出灯光调节命令，本实施例中，照明设备为可调光色的调色灯，调色灯执行开关命令，同时执行亮度和光色调节命令，以此调节达到睡眠所需的灯光亮度和光色环境。光色和亮度通过眼睛作用于大脑，如暖色光利于促进睡眠，减少入睡时间，而冷色光利于唤醒，照明控制器和亮度传感器连接控制模块，接收控制模块的控制命令，同时对调色灯亮度和光色控制。人在入睡之前，暖色灯光有利于促进睡眠，在入睡之前照明控制器控制调色灯发出暖色灯光，在需要起床唤醒时则发出利于促进唤醒的蓝光。
所述环境控制信号为负离子调节信号，所述控制模块发出负离子调节信号，所述遥控模块接收到调节信号后向负离子发生器发出启动或者停止命令。
所述环境控制信号为空气质量调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向过滤器和风机发出空气净化调节命令，以净化空气。空气中有害物质包括来源于室外的有机废弃污染物、来源于室内的有机挥发物、硫氧化物、氮氧化物和PM2.5等，通过空气质量传感器检测空气质量，当空气质量不适合于睡眠时，通过过滤其过滤掉空气中的有害物质。
本控制系统的工作方式如下所示：
步骤1，通过脑电波采集模块获取脑电波信号及环境采集模块采集环境状况信息，具体来说，脑电波采集模块采集人体的脑电波，脑电波采集模块还对所获取的脑电波进行信号处理，信号处理包括对所获取的脑电波进行信号放大处理，对所获取的脑电波进行A/D转换，对所获取的脑电波进行信号过滤，并发送到控制模块。
步骤2，控制模块对获取的脑电波信号进行分析处理；判断人体是否进入唤醒阶段；
当判断人体进入唤醒阶段时，判断人体是否处于深度睡眠阶段；如果是，则控制模块发出控制指令，电磁波发生器接收控制指令并发出唤醒诱导电磁波，唤醒睡眠，如果不是则不唤醒睡眠；
当控制模块判断人体未进入唤醒阶段时，将获取的脑电波与预存睡眠模板中脑电波作对比；判断脑电波需要进入的相应睡眠阶段；预存模板中的脑电波为人体正常睡眠状态下的各个阶段脑电波。
步骤3，电磁波发生器发出引导人体进入相应睡眠阶段的诱导电磁波；
步骤4，控制模块发出控制指令，环境采集模块控制环境状况信息，使环境状况参数为人体各睡眠阶段所需的环境状况；
步骤5，分析使人体脑电波进入各睡眠阶段的诱导电磁波参数及环境状况参数，判断脑电波是否进入相应的睡眠阶段
当判断到脑电波是进入相应的睡眠阶段时，记录下诱导电磁波参数及环境参数。
当判断到脑电波未进入相应的睡眠阶段时，调节改变诱导电磁波的参数；调节改变环境状况信息的参数。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种提高睡眠质量的环境控制系统，其特征在于，包括脑电波采集模块、控制模块、电诱导模块、遥控模块、环境采集模块；
所述脑电波采集模块，用于实时采集并提取人体的脑电波，并发送到控制模块；
所述环境采集模块，用于采集环境参数，并将环境参数发送至控制模块；
所述控制模块，接收脑电波采集模块的脑电波信息与预设的的睡眠模版的脑电波信息进行比较判断，当判断提取的脑电波信息相比于睡眠模版的脑电波信息不符时，确定为异常脑电波，然后根据预设的控制模板发送控制信号到电诱导模块诱导异常脑电波；
所述电诱导模块，接收控制模块发出的控制信号，并根据控制信号发出设定的诱导信号；
控制模块根据环境采集模块的实时环境参数信息，与设定的环境模板对比，发送环境控制信号至遥控模块；
遥控模块，接收环境控制信号，并根据环境控制信号控制卧式内的环境设备调节环境参数。
2.根据权利要求1所述的一种提高睡眠质量的环境控制系统，其特征在于，所述电诱导模块为电磁波发生器，所述电磁波发生器与所述控制模块连接，用于接收控制模块的控制信号并发出诱导电磁波和载波。
3.根据权利要求1所述的一种提高睡眠质量的环境控制系统，其特征在于，所述电诱导模块为微电流发生器，所述微电流发生器与所述控制模块电信号连接，用于接收控制模块的控制信号并发出诱导微电流。
4.根据权利要求1所述的一种提高睡眠质量的环境控制系统，其特征在于，还包括云平台，控制模块将采集到的脑电波信息与控制信号发送至云平台存储，并形成控制模板。
5.根据权利要求4所述的一种提高睡眠质量的环境控制系统，其特征在于，所述遥控模块包括遥控芯片、射频电路，所述转换芯片于所述控制模块连接，用于接收控制模块的控制信号转换成遥控信号，所述射频电路，与所述遥控芯片连接，接收所述遥控芯片并形成无线遥控信号。
6.根据权利要求4所述的一种提高睡眠质量的环境控制系统，其特征在于，所述脑电波采集模块为头戴式或者夹耳式的脑电波采集模块。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种提高睡眠质量的环境控制系统，其特征在于，环境采集模块包括温度采集模块、湿度采集模块、二氧化碳采集模块、氧气采集模块、照明采集模块和空气质量采集模块，所述温度采集模块、湿度采集模块、二氧化碳采集模块、照明采集模块和空气质量采集模块与所述控制模块电连接。
8.根据权利要求7所述的一种提高睡眠质量的环境控制系统，其特征在于，所述环境控制信号为温度调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向空调或暖气发出温度调节命令，以调节至所需的温度；
所述环境控制信号为湿度调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向除湿器或加湿器发出湿度调节命令，以调节至所需的湿度；
所述环境控制信号为氧气调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向制氧机发出氧气调节命令，以调节至所需的氧气浓度；
所述环境控制信号为灯光调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向照明设备发出灯光亮度和光色调节命令，以调节至所需的灯光亮度和光色。
9.根据权利要求7所述的一种提高睡眠质量的环境控制系统，其特征在于，所述环境控制信号为负离子调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向负离子发生器发出启动或者停止调节命令。
10.根据权利要求7所述的一种提高睡眠质量的环境控制系统，其特征在于，所述环境控制信号为空气质量调节信号，所述控制模块通过所述遥控模块向过滤器和风机发出空气净化调节命令，以净化空气。
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