CN106934210B - 一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，包括人机界面、PLC控制器、电磁发生模块、太阳能光电转换模块、空气净化模块和人体数据整合模块，其中所述人机界面连接所述PLC控制器，所述PLC控制器分别连接所述电磁发生模块、所述太阳能光电转换模块、所述空气净化模块和所述人体数据整合模块；所述空气净化模块包括：空气检测模块，用于获取空气质量数据；控制模块，采用量子反馈控制系统决定空气过滤单元、水分发生单元、负离子发生单元、制氧单元的控制状态；所述人体数据整合模块包括身体指标检测装置、数据采集模块、数据存储模块和数据查询及评估模块。本发明适用于家庭使用和大型养生场所使用。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种能量养生系统，具体涉及一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统。
【背景技术】
随着国家发展和社会进步，人们的生活和工作压力也随之增大，亚健康人群在大幅增加，并且随着环境问题的日益加重，越来越多的人开始关注自身健康问题。因此，催生了许多养生设备和养生场所的出现。现代养生设备有很多种：磁疗仪、足疗仪、空气净化器、按摩推拿器械等等，这些设备大多功能比较单一，所带来的养生功效比较有限，并且不能根据每个人的主要身体指标来把握整体及长久的养生方向。而养生场所主要也是综合利用这些设备，外加人力实现人们的不同养生需求，但对不同人群主要身体指标的实际把握比较有限。所谓的主要身体指标包括：血压、体重、心率、体温等，这些身体指标可能随着生活环境或生活习惯的改变而处于动态变化中。因此，如何将这些身体指标和我们的日常养生方式进行有效结合对人体保持健康至关重要，如果忽略这些指标而盲目选择养生项目有可能对我们的身体造成更大的伤害。
【发明内容】
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，所述系统适用于各种养生场所，同时也可以居家应用。本发明的技术方案为：
一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，包括人机界面、PLC控制器、电磁发生模块、太阳能光电转换模块、空气净化模块和人体数据整合模块，其中所述人机界面连接所述PLC控制器，所述PLC控制器分别连接所述电磁发生模块、所述太阳能光电转换模块、所述空气净化模块和所述人体数据整合模块；
所述空气净化模块包括：空气检测模块，用于获取养生系统所处封闭环境的空气质量数据；控制模块，基于所述养生系统所处封闭环境的空气质量数据，采用量子反馈控制系统确定空气过滤单元、水分发生单元、负离子发生单元、制氧单元的控制状态；
所述人体数据整合模块包括身体指标检测装置、数据采集模块、数据存储模块和数据查询及评估模块，其中所述数据采集模块用于采集身体指标检测装置所检测的人体数据信息；所述数据存储模块用于存储所述数据采集模块采集的信息并将该信息传输至数据查询及评估模块；所述数据查询及评估模块用于对人体数据进行整体健康评估并随时调用及查看人体数据；所述数据采集模块和所述数据查询及评估模块均与所述PLC处理器连接。
进一步地，所述太阳能光电转换模块包括太阳能控制器、光电转换控制器和太阳能光伏板，所述太阳能控制器的输入端连接所述PLC控制器，输出端连接所述光电转换控制器，所述光电转换控制器连接所述太阳能光伏板。
进一步地，所述空气检测模块包括温度检测、湿度检测和微颗粒物检测三个单元。
进一步地，所述量子反馈控制系统包括量子控制器，所述量子控制器用于获取空气检测数据，并对数据处理得到当前环境的空气质量数据；然后在当前环境的空气质量数据基础上，采用量子反馈机制对当前环境的空气质量进行控制。
进一步地，所述身体指标检测装置包括智能体重仪、红外脉搏传感器、血压检测器、红外体温传感器。
进一步地，所述身体指标检测装置还可以包括智能血糖仪。
进一步地，所述数据查询及评估模块可连接外部智能终端，将用户的身体指标数据通过所述智能终端传输至其它电脑装置。
进一步地，所述智能终端包括移动智能终端、智能电视、可穿戴设备。
进一步地，所述养生系统还包括遥控装置和遥控接收模块，所述遥控装置和所述遥控接收模块无线通讯连接，所述遥控接收模块连接所述PLC控制器。
本发明的有益效果为：
1、本发明可以随时监测人体在不同时间段的主要身体指标(包括血压、体重、脉搏)，用户可以通过这些主要身体指标自由制定养生项目，还可以将其在一段时间内的主要身体指标进行数据汇总后评估健康状况，以及发送至医院电脑系统；
2、本发明首次在空气检测及净化中引入量子反馈控制机制，除可以有效改善系统所处环境的空气质量外，还可以提高空气净化过程的效率和准确度，并配合系统中其它模块一起使用，使人们的养生过程更加科学化和智能化；
3、本发明适用于家庭和大型养生场所使用。
【附图说明】
图1为本发明一种适于家庭使用的基于量子测控和大数据原理的能量养生系统的结构示意图。
图2为本发明一种实施例的量子反馈控制的示意图。
图3为本发明一种实施例的复合量子反馈控制的示意图。
【具体实施方式】
本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语‘安装’、‘相连’、‘连接’应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
图1提供了一种家用的基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，包括人机界面、PLC控制器、电磁发生模块、太阳能光电转换模块、空气净化模块和人体数据整合模块，所述人机界面连接所述PLC控制器，所述PLC控制器分别连接所述电磁发生模块、所述太阳能光电转换模块、所述空气净化模块和所述人体数据整合模块。
所述电磁发生模块可以采用温度控制器和红外线磁疗装置的组合方式，所述温度控制器、红外线磁疗装置均与所述PLC控制器连接，并且家用的红外线磁疗装置在系统所处空间内产生的磁场强度最佳控制范围在100mT以下，可以有效起到镇静安神、促进睡眠的作用，实际应用中，用户还可以根据需要增设红外线磁疗装置。
所述太阳能光电转换模块包括太阳能控制器、光电转换控制器和太阳能光伏板，所述太阳能控制器的输入端连接所述PLC控制器，输出端连接所述光电转换控制器，所述光电转换控制器连接所述太阳能光伏板；所述太阳能光电转换模块用于将太阳能转化成电能，实现系统的运转，以降低能耗，所述系统也可以在家用电模式下运行。
所述空气净化模块包括：空气检测模块，用于获取养生系统所处封闭环境的空气质量数据；控制模块，基于所述养生系统所处封闭环境的空气质量数据，采用量子反馈控制系统确定空气过滤单元、水分发生单元、负离子发生单元、制氧单元的控制状态，所述量子反馈控制系统包括量子控制器，所述量子控制器用于获取空气检测数据，并对数据处理得到当前环境的空气质量数据；然后在当前环境的空气质量数据基础上，采用量子反馈机制对当前环境的空气质量进行控制；图2提供了本实施例的量子反馈控制的示意图，空气检测模块包括多个传感器采集数据：温度传感器、湿度传感器、微颗粒物传感器，并将采集的数据信息传输给控制模块，控制模块根据数据信息发出控制指令，有选择地启动空气过滤单元、水分发生单元、负离子发生单元、制氧单元，在开启设定单元后，再次对系统所处空间的空气质量进行测量，根据所获得的新数据信息动态调整和改变控制模块对4种单元的启动。上述过程通过人机界面显示或操控。
家庭中空气质量的状态变化遵从薛定谔方程，本实施例的量子反馈控制系统的数学模型为：
公式[1]中i是虚数单位，是普朗克常熟，ψ表示系统状态变量，H0表示系统的总能量算符，下角标0表示与时间无关，Hj是外部控制作用于系统的哈密尔顿算符，uj(t)是控制场。为了达到最优控制目的，将系统[1]看作齐次双线性系统，表达式为：
公式[2]中，A、B为斜共轭对称阵，即A++A＝0,B++B＝0。本实施例用于家庭，在空气净化这一环节强调的是量子反馈控制系统状态的精度，为了达到较好地控制效果，本实施例利用双线性系统的控制方法对量子反馈系统进行设计，使系统在控制作用下从给定初态到达另一个给定终态，要达到最优控制，需要使性能指标最小，性能指标的表达式定义如下：
公式[3]中，T为给定初态到达另一个给定终态的时间，||x(T)-xf||表示范数；根据最优控制理论，哈密尔顿算符为：
公式[4]中，λ＝[λ1,λ2,λ3,···λN]T是拉格朗日乘子，其中N表示系统维度，且标量a0≥0；
相应的最优控制方程为：
此外，
此时分为两种情况，
一种是a0＝0，根据公式[6]得到系统的控制律为：
xTBjλ＝0 [7]；
另一种是a0＞0，根据公式[6]得到系统的控制律为：
边值条件的定义为：x(0)＝x0,x(T)＝xf [9]；
公式[9]中，x0是初始状态向量，xf是最终状态向量；
对于反馈控制过程实际应用中a0的取值问题，需要根据所要达到的控制效果来作相应调整，一般而言，a0越小，越容易达到期望的终态值。
所述人体数据整合模块包括身体指标检测装置、数据采集模块、数据存储模块和数据查询及评估模块，其中所述数据采集模块用于采集身体指标检测装置检测的人体数据信息；所述数据存储模块用于存储所述数据采集模块采集的信息并将该信息传输至数据查询及评估模块；所述数据查询及评估模块用于对人体数据进行整体健康评估并随时调用及查看人体数据；所述数据采集模块和所述数据查询及评估模块与所述PLC处理器连接；所述身体指标检测装置包括智能体重仪、红外脉搏传感器、血压检测器、红外体温传感器、智能血糖仪，前4种检测设备为基础配置，用于测定人体的体重、脉搏、血压和温度，智能血糖仪为增设配置，用于测定人体的血糖，尤其适用于糖尿病患者和疑似糖料病患者；测定的数据通过人工输入或采集后导入至所述数据采集模块，形成基于图表的人体数据信息，在数据存储模块中存储后并传送至数据查询及评估模块，数据查询及评估模块内部预设多种基于成年人的健康评估等级，通过比对检测数据与相应年龄段人体数据的正常状态阀值和运动阀值来判断人体当前的基础健康状态；所述数据查询及评估模块还设有人体数据统计软件，通过提取一段时间内的检测数据，初步判断人体健康状态。
所述数据查询及评估模块可连接外部智能终端，将用户的身体指标数据通过所述智能终端传输至其它电脑装置，比如医院电脑系统，可方便医生实时掌控患者在一段时间内的身体状态；所述智能终端包括移动智能终端、智能电视、可穿戴设备。
本实施例的养生系统还包括遥控装置(图中未体现)和遥控接收模块，所述遥控装置和所述遥控接收模块无线通讯连接，所述遥控接收模块连接所述PLC控制器。
本发明还提供一种适用于健身房的基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，包括人机界面、PLC控制器、多个电磁发生模块、多个太阳能光电转换模块、多个空气净化模块和多个人体数据整合模块，其中所述人机界面连接所述PLC控制器，所述多个电磁发生模块、所述多个太阳能光电转换模块、所述多个空气净化模块和所述多个人体数据整合模块采用并联方式与所述PLC控制器连接，所述PLC控制器还可设置多级子控制器来控制这些模块的闭合；
所述电磁发生模块可以采用温度控制器和电磁感应线圈的组合方式，所述温度控制器与所述PLC控制器和电磁感应线圈连接，在健身房中采用电磁感应线圈能够产生较大范围的磁场，磁场强度可控制在100～300mT之间，主要功效为促进身体运动后的代谢，加强成骨细胞的修复和抑制破骨细胞生成等。
所述太阳能光电转换模块包括太阳能控制器、光电转换控制器和太阳能光伏板，所述太阳能控制器的输入端连接所述PLC控制器，输出端连接所述光电转换控制器，所述光电转换控制器连接所述太阳能光伏板；所述太阳能光电转换模块用于将太阳能转化电能，实现系统的运转，以降低能耗，所述系统也可以在用电模式下运行。
所述空气净化模块包括：空气检测模块，用于获取养生系统所处封闭环境的空气质量数据；控制模块，基于所述养生系统所处封闭环境的空气质量数据，采用量子反馈控制机制决定空气过滤单元、水分发生单元、负离子发生单元、制氧单元的控制状态，所述量子反馈控制系统包括量子控制器，所述量子控制器用于获取空气检测数据，并对数据处理得到当前环境的空气质量数据；然后在当前环境的空气质量数据基础上，采用量子反馈机制对当前环境的空气质量进行控制；图3提供了本实施例的复合量子反馈控制的示意图，空气检测模块包括多个传感器采集数据：温度传感器、湿度传感器、微颗粒物传感器，并将采集的数据信息传输给控制模块，控制模块根据数据信息发出控制指令，有选择地启动空气过滤单元、水分发生单元、负离子发生单元、制氧单元，在开启设定单元后，再次对系统所处空间的空气质量进行测量，根据所获得的新数据信息动态调整和改变控制模块对4种单元的启动，以决定哪些单元需要再次或保持启动，哪些单元停止启动。通过人机界面显示或操控上述过程。
健身房中每个独立空间空气质量的状态变化遵从薛定谔方程，在本实施例中，根据量子反馈控制机制的相干叠加性，量子复合控制机制的状态演化仍然遵从公式[1]的数学模型：
但在本实施例的最优控制模型中，将J1以及范数最小化，这样可以放松系统对时间T(给定初态到达另一个给定终态的时间)的精度要求，此外，对于量子系统而言，存在以下关系式：
则目标函数J2表达如下：
边值条件为：x(0)＝x0,λ(T)＝-xf [12]；
这样，在本实施例中，对于这种应用于健身场所这种多变性较强的量子反馈系统而言，时间的精度要求降低，更加强调的是量子反馈控制系统的控制器精度，对于任何给定T，都可以保证J2具有最小值，具体求解过程为：
(1)选择任意初态控制u1(t),t∈[0,T]，并解方程：
(2)进行到状态n，对于a0＝0的状态，求解方程：
公式[14]中，c为大于0的参数，其取值对控制效果影响较小，一般在0.95～0.99之间；
对于a0＞0的状态，求解方程：[15]；以及求解方程：
(3)重复步骤(2)，当ΔJ≤0.0001时停止；
同样，在本实施例反馈控制过程a0的取值问题，需要根据所要达到的控制效果来作相应调整，一般而言，a0越小，越容易达到期望的终态值。
所述人体数据整合模块包括身体指标检测装置、数据采集模块、数据存储模块和数据查询及评估模块，其中所述数据采集模块用于采集身体指标检测装置检测的人体数据信息；所述数据存储模块用于存储所述数据采集模块采集的信息并将该信息传输至数据查询及评估模块；所述数据查询及评估模块用于对人体数据进行整体健康评估并随时调用及查看人体数据；所述数据采集模块和所述数据查询及评估模块与所述PLC处理器连接；所述身体指标检测装置包括智能体重仪、红外脉搏传感器、血压检测器、红外体温传感器、智能血糖仪，前4种检测设备为基础配置，用于测定人体的体重、脉搏、血压和温度，智能血糖仪为增设配置，用于测定人体的血糖，尤其适用于糖尿病患者和疑似糖尿病患者；测定的数据通过人工输入或采集后导入至所述数据采集模块，形成基于图表的人体数据信息，在数据存储模块中存储后并传送至数据查询及评估模块，数据查询及评估模块内部预设多种基于成年人的健康评估等级，通过比对检测数据与相应年龄段人体数据的正常状态阀值和运动阀值来判断人体当前的基础健康状态，当检测数据累积到一定程度，用户可以进一步判断某个时间段的人体健康状态；所述数据查询及评估模块还设有饮食结构和运动计划评估软件，不同的用户可以通过设置用户进入权限来打开针对其个人的饮食结构和运动计划评估软件，获知适宜的饮食及运动计划意见。
所述数据查询及评估模块可连接外部智能终端，将用户的身体指标数据通过所述智能终端传输至其它电脑装置，比如医院电脑系统，可方便医生实时掌控患者在一段时间内的身体状态；所述智能终端包括移动智能终端、智能电视、可穿戴设备。
所述养生系统通过串口可连接外部智能器械(比如结合VR技术的健身器材)，或者结合其他辅助养生系统，如喷淋、汗蒸系统等，或者结合视听系统。
根据本发明实施例的系统，通过在空气净化中加入量子反馈控制环节，可以加强空气净化过程的效率并降低能耗，通过基于大数据的人体数据整合方式，可以指导人们获悉身体状态及进行科学养生。可以理解的是，上述实施例为本发明可以实施的某种实例方式，不能理解为具体的限制，本领域技术人员在不脱离本发明原理的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，其特征在于包括人机界面、PLC控制器、电磁发生模块、太阳能光电转换模块、空气净化模块和人体数据整合模块，其中所述人机界面连接所述PLC控制器，所述PLC控制器分别连接所述电磁发生模块、所述太阳能光电转换模块、所述空气净化模块和所述人体数据整合模块；
所述空气净化模块包括：空气检测模块，用于获取养生系统所处封闭环境的空气质量数据；控制模块，基于所述养生系统所处封闭环境的空气质量数据，采用量子反馈控制系统确定空气过滤单元、水分发生单元、负离子发生单元、制氧单元的控制状态；
所述人体数据整合模块包括身体指标检测装置、数据采集模块、数据存储模块和数据查询及评估模块，其中所述数据采集模块用于采集身体指标检测装置所检测的人体数据信息；所述数据存储模块用于存储所述数据采集模块采集的信息并将该信息传输至数据查询及评估模块；所述数据查询及评估模块用于对人体数据进行整体健康评估并随时调用及查看人体数据；所述数据采集模块和所述数据查询及评估模块与所述PLC控制器连接；
所述量子反馈控制系统包括量子控制器，所述量子控制器用于获取空气检测数据，并对数据处理得到当前环境的空气质量数据；然后在当前环境的空气质量数据基础上，采用量子反馈机制对当前环境的空气质量进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，其特征在于所述太阳能光电转换模块包括太阳能控制器、光电转换控制器和太阳能光伏板，所述太阳能控制器的输入端连接所述PLC控制器，输出端连接所述光电转换控制器，所述光电转换控制器连接所述太阳能光伏板。
3.根据权利要求2所述的一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，其特征在于所述空气检测模块包括温度检测、湿度检测和微颗粒物检测三个单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，其特征在于所述身体指标检测装置包括智能体重仪、红外脉搏传感器、血压检测器、红外体温传感器。
5.根据权利要求4所述的一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，其特征在于所述身体指标检测装置还包括智能血糖仪。
6.根据权利要求1所述的一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，其特征在于所述数据查询及评估模块可连接外部智能终端，将用户的身体指标数据通过所述智能终端传输至其它电脑装置。
7.根据权利要求6所述的一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，其特征在于所述智能终端包括移动智能终端、智能电视、可穿戴设备。
8.根据权利要求1～7任意一项权利要求所述的一种基于量子测控和大数据原理的能量养生系统，其特征在于所述养生系统还包括遥控装置和遥控接收模块，所述遥控装置和所述遥控接收模块无线通讯连接，所述遥控接收模块连接所述PLC控制器。
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