CN106539564A - 一种基于睡眠带的上下床监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于睡眠带的上下床监测方法，包括如下步骤：步骤S1，所述压力传感器实时感应人体位移信息并产生电信号；步骤S2，所述滤波模块滤除压力传感器输出端的干扰信号；步骤S3，所述放大模块对滤波模块处理后的信号进行放大，并将放大后的信号传输至中央处理单元的AD转换接口；步骤S4，中央处理单元对放大模块的输出数据进行处理，将时间段Ts内输出数据的方差Delta与预设的阈值THDelta相比较，若方差Delta≥阈值THDelta，则判断出人体已上床，若方差Delta＜阈值THDelta，则判断出人体已离床。本发明算法简单、可靠性好，并能准确判断出上下床状态。

Description

一种基于睡眠带的上下床监测方法

技术领域

本发明涉及睡眠监测方法，尤其涉及一种基于睡眠带的上下床监测方法。

背景技术

随着生活节奏的加快，越来越多的人承受着更大的工作压力和精神压力，产生了很多健康问题，其中睡眠障碍尤为突出，据世界卫生组织对29个国家或地区的25916名病人调查得出，27％的人有睡眠问题，而我国睡眠障碍患者约占人群总数的30％以上。患有睡眠障碍不仅严重影响人的身体健康，还会造成工作效率和工作质量下降。。睡眠质量与身体健康存在着直接关系。睡眠质量的好坏直接影响到心脑血管疾病等其它疾病的，心脑血管疾病40％的发病率是在晚上。在新生儿发育的最初几个月期间，健康的睡眠是至关重要的。因此，已经提出了允许父母或其他护理者监测婴儿、幼儿和新生儿睡眠的装置。其中，睡眠时翻身和上下床频率以及睡眠时间是睡眠质量的两项重要指标，对两者进行监测具有重要的健康指导意义。

现有技术中，智能手表和智能手环之类的穿戴式设备监测睡眠指标过于简单，存在明显的判断误差，而且睡眠时佩戴手表手环等会对身体造成不适。智能睡眠监测健康床垫，能通过睡眠监测振动传感带便可以通过内置的振动传感器来识别、监测胸腔的振动，来采集到包括呼吸率、翻身、离床等数据在内的睡眠信息，但是这些传感器必须是结合床垫使用，提高了成本，而且用户的可选择性很少。医院通常是利用脑电帽来采集人体头部特定部位的脑电信号，再将采集的脑电信号传输到配套的其他设备进行信号处理，得到脑电波形图，为监测睡眠状态以及克服睡眠障碍提供参数依据，继而确定治疗方案，但是这些电极帽采用硬质头盔结构，且采集电极数量多，患者佩戴不舒适，同时电极帽仅可用于脑电信号的采集，而处理则需要与其他设备配合使用，功能单一且不便携带。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种算法简单、可靠性好，并能准确判断出上下床状态的基于睡眠带的上下床监测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种基于睡眠带的上下床监测方法，该方法基于一上下床监测装置实现，所述上下床监测装置包括有依次连接的压力传感器、滤波模块、放大模块、中央处理单元和显示模块，所述压力传感器设于睡眠带上，所述上下床监测方法包括如下步骤：步骤S1，所述压力传感器实时感应人体位移信息并产生电信号；步骤S2，所述滤波模块滤除压力传感器输出端的干扰信号；步骤S3，所述放大模块对滤波模块处理后的信号进行放大，并将放大后的信号传输至中央处理单元的AD转换接口；步骤S4，中央处理单元对放大模块的输出数据进行处理，将时间段Ts内输出数据的方差Delta与预设的阈值THDelta相比较，若方差Delta≥阈值THDelta，则判断出人体已上床，若方差Delta＜阈值THDelta，则判断出人体已离床。

优选地，所述步骤S4中，采用如下公式进行对比判断：

其中，是时间段Ts内输出数据的平均值，判断过程中，若f(Ds)＝1，则判断出人体已上床；若f(Ds)＝-1，则判断出人体已离床；若f(Ds)＝0，则判断出床体使用情况异常。

优选地，所述压力传感器为压电薄膜式压力传感器。

优选地，所述中央处理单元包括单片机及其外围电路。

优选地，还包括有显示模块，所述显示模块连接于中央处理单元，所述显示模块用于执行中央处理单元的控制指令而显示数据。

本发明公开的基于睡眠带的上下床监测方法中，先将采集的人体位移数据进行方差运算，再将运算结果与系统预设的阈值作比较，若方差值大于等于阈值，则说明人体已上床，若方差值小于阈值，则说明人体已离床，以此作为依据，可以判断出人体的上下床状态，该方法运算过程简单、易于实现，运算过程十分稳定、可靠，能够准确判断出人体的上下床状态。

附图说明

图1为上下床监测装置的组成框图。

图2为上下床监测方法的流程图。

图3为上床过程中的数据波形图。

图4为下床过程中的数据波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种基于睡眠带的上下床监测方法，结合图1和图2所示，该方法基于一上下床监测装置实现，所述上下床监测装置包括有依次连接的压力传感器1、滤波模块2、放大模块3、中央处理单元4和显示模块5，所述压力传感器1设于睡眠带上，所述上下床监测方法包括如下步骤：

步骤S1，所述压力传感器1实时感应人体位移信息并产生电信号；

步骤S2，所述滤波模块2滤除压力传感器1输出端的干扰信号；

步骤S3，所述放大模块3对滤波模块2处理后的信号进行放大，并将放大后的信号传输至中央处理单元4的AD转换接口；

步骤S4，中央处理单元4对放大模块3的输出数据进行处理，将时间段Ts内输出数据的方差Delta与预设的阈值THDelta相比较，若方差Delta≥阈值THDelta，则判断出人体已上床，若方差Delta＜阈值THDelta，则判断出人体已离床。

上述上下床监测方法中，先将采集的人体位移数据进行方差运算，再将运算结果与系统预设的阈值作比较，若方差值大于等于阈值，则说明人体已上床，若方差值小于阈值，则说明人体已离床，以此作为依据，可以判断出人体的上下床状态，该方法运算过程简单、易于实现，运算过程十分稳定、可靠，能够准确判断出人体的上下床状态。

进一步地，所述步骤S4中，采用如下公式进行对比判断：

其中，是时间段Ts内输出数据的平均值，判断过程中，若f(Ds)＝1，则判断出人体已上床；若f(Ds)＝-1，则判断出人体已离床；若f(Ds)＝0，则判断出床体使用情况异常。

关于硬件结构，本发明中的睡眠带监测产品放置在床上，可以放置在床单下面。压力传感器放置在一个长条形的柔性带状结构内，传感器通过引线接到处理和放大部分的电路板上。当人卧床休息的时候躺着压力传感器上面的空间。所述压力传感器1为压电薄膜式压力传感器。所述中央处理单元4包括单片机及其外围电路。此外，本实施例还包括有显示模块5，所述显示模块5连接于中央处理单元4，所述显示模块5用于执行中央处理单元4的控制指令而显示数据。

上述上下床监测装置中，通过压力传感器采集人体睡眠时由于呼吸、心脏跳动产生的身体位移信息。由于呼吸和心跳是有规律的运动，可以通过采集到的信号进行分析运算得到呼吸率和心率。其中，压力传感器采集身体位移信息产生一个微弱的电信号，电信号在电路板经过滤波处理，滤除工频干扰和高频噪声信号，然后到放大滤波器进行信号放大。放大之后的信号进入到处理模块的A/D转换器由模拟信号转换到数字信号，处理模块对转换后的数字信号进行分析运算，得出用户睡眠时的状态信息，包括是否卧床、翻身、心率和呼吸率等。

由于上下床是要进行实时监测的，所以计算上下床时只对最新的一段时间数据进行测试，如果能检测到正常的数据，则认为已经上床。一般可以Ts时间段内的计算为准，如Ts＝5秒。假设采集的数据分辨率为Ns位，则数据Ds大小范围为0～2^Ns，正常睡眠情况下数据都在DND～DNU之间，均值为AND～ANU，为了检测到稳定的上床状态，连续采集到Ts秒正常的正常数据，才作为上床的条件，所以制定如下规则作为上床的判定条件：对最新采集的Ts秒钟数据进行判断，如果该段数据是人体的正常数据，则作为上床开始的条件。检测到上床后，直到最新的数据出现异常，即最新的时间Ts内数据方差Delta小于某个阈值THDelta，则表明表明人已经离开了睡眠带，此时有可能是离床，也有可能是没躺在睡眠带所在的区域了。

具体的上下床判断过程，请参考如下实施例：

一、上床检测，当数据满足如下条件，则状态为上床：首先，整段时间Ts内的监测数据标准差大于THDelta；同时，数据没有异常：均值在AND～ANU之间。

上床下床检测的判断方程式为：

其中是Ts时间内采集到的数据的平均值。如果f(Ds)＝1，代表用户卧床并且正常睡眠；如果f(Ds)＝-1，代表用户没有在床上，如果前一段时间在床则代表下床。如果f(Ds)＝0代表其他的情况，如床上放置了固定的东西或者用户不是正常的睡眠过程中。

请参照图3，后Ts秒数据检测到人体正常信号，所以该时刻作为上床的起始时刻，改情况是数据开始采集之后人才躺下的，还有一种情况是人躺下之后才开始采集数据，此时最开始采集的Ts秒钟数据可能就是正常的了，所以也作为上床的起始时刻。

二、下床检测：请参照图4，当满足如下条件，则状态为下床：前一状态为在床上，同时最新的一段数据Ts的标准差小于THDelta，离床之后数据的波动很小，所以可以只用最新数据的方差或者标准差f(Ds)＝-1来判别即可。

本发明公开的基于睡眠带的上下床监测方法，其能够准确计算出睡眠过程中的上下床次数，并能将这些数据作为睡眠质量的指标之一，同时，本发明计算简单，无需进行过多的数据预处理过程，大大提高了工作效率。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种基于睡眠带的上下床监测方法，其特征在于，该方法基于一上下床监测装置实现，所述上下床监测装置包括有依次连接的压力传感器(1)、滤波模块(2)、放大模块(3)、中央处理单元(4)和显示模块(5)，所述压力传感器(1)设于睡眠带上，所述上下床监测方法包括如下步骤：

步骤S1，所述压力传感器(1)实时感应人体位移信息并产生电信号；

步骤S2，所述滤波模块(2)滤除压力传感器(1)输出端的干扰信号；

步骤S3，所述放大模块(3)对滤波模块(2)处理后的信号进行放大，并将放大后的信号传输至中央处理单元(4)的AD转换接口；

步骤S4，中央处理单元(4)对放大模块(3)的输出数据进行处理，将时间段Ts内输出数据的方差Delta与预设的阈值THDelta相比较，若方差Delta≥阈值THDelta，则判断出人体已上床，若方差Delta＜阈值THDelta，则判断出人体已离床。

2.如权利要求1所述的基于睡眠带的上下床监测方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用如下公式进行对比判断：

$f\left(Ds\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \begin{array}{cc}if& Delta>{\mathrm{TH}}_{Delta}andAND<\stackrel{\&OverBar;}{Ds}<ANU;\end{array}\\ -1& \begin{array}{cc}if& Delta<{\mathrm{TH}}_{Delta}andAND>\stackrel{\&OverBar;}{Ds};\end{array}\\ 0& else\end{array}\right.$

其中，是时间段Ts内输出数据的平均值，判断过程中，若f(Ds)＝1，则判断出人体已上床；若f(Ds)＝-1，则判断出人体已离床；若f(Ds)＝0，则判断出床体使用情况异常。

3.如权利要求1所述的基于睡眠带的上下床监测方法，其特征在于，所述压力传感器(1)为压电薄膜式压力传感器。

4.如权利要求1所述的基于睡眠带的上下床监测方法，其特征在于，所述中央处理单元(4)包括单片机及其外围电路。

5.如权利要求1所述的基于睡眠带的上下床监测方法，其特征在于，还包括有显示模块(5)，所述显示模块(5)连接于中央处理单元(4)，所述显示模块(5)用于执行中央处理单元(4)的控制指令而显示数据。