CN107065719B - 一种智能床垫的数据分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能床垫的数据分析系统，包括采集装置、通道选择模块、云服务器、智能终端和警报发送模块，采集装置包括由与至少一个信号通道连接的若干个陶瓷压电传感器组成的压力采集装置，通道选择模块基于数据源阈值和在限定时间内信号通道中来源于陶瓷压电传感器且满足数据选择条件的合格数据的数据源数量筛选至少一个用于接收并发送压力数据的信号通道，云服务器基于信号通道发送的压力数据统计第一生理信息数据并识别睡眠模式，以将第一生理信息、存储的第二生理信息和/或睡眠模式交互关联的方式确定至少一个用户、分析并反馈用户的睡眠质量信息、异常状态信息和/或医疗建议至智能终端。本发明保证采集数据完整，分析结果准确。

Description

一种智能床垫的数据分析系统

技术领域

本发明涉及智能床垫技术领域，尤其涉及一种智能床垫的数据分析系统。

背景技术

每个人每天大约有四分之一到三分之一的时间是在床上度过的。智能床垫是一种针对人们的睡眠习惯，采用健康优质的天然原材料，经过科学的组合制作成为的一种具有特殊功能的床垫。智能床垫适合不同的人使用，具有使血液回流，对心脏、大脑和腿部大有裨益的功能，腿部震动式按摩系统，可放松肌体、调节身心、舒筋松骨。在家里很多地方都可以自由的使用智能床垫在上面看书看电视睡觉都是不错的选择，给睡眠质量提供了一层保障。目前市场上的智能床垫功能众多，智能床垫上安装有多种传感器，能够监测用户的多种生理数据，并对用户的睡眠质量进行分析和反馈。

中国专利(CN106175263A)公开了一种智能床垫，包括床垫，其特征在于：所述床垫内腔的两侧均设有磁石，所述床垫的内腔设有磁条，所述床垫的内腔设有环境检测装置，所述环境检测装置包括度传感器、噪音传感器、亮度传感器和湿度传感器，所述环境检测装置与温度传感器、噪音传感器、亮度传感器和湿度传感器之间电连接，所述环境检测装置的输出端与中央处理器的输入端电连接，所述中央处理器的输出端与温度调节模块的输入端之间电连接，所述中央处理器的输出端数据反馈模块的输入端之间电连接，所述中央处理器与数据对比模块之间双向连接，所述数据反馈模块的输出端分别与数据对比模块和温度调节模块的输入端之间电连接。虽然该专利能够通过传感器监测用户的多种数据并进行反馈，但是，传感器持续监测会产生庞大的数据量，而其中包括大部分无用的数据。庞大的数据量不仅占据大量的存储空间，而且计算和分析过程缓慢，不能快速有效的得到分析结果。并且，由于大量无效的数据的影响，分析结果存在较大误差，分析结果不准确。因此，市场上迫切需要一种能够对数据准确采集并得到准确分析结果的智能床垫的数据分析系统，从而如实反馈用户的睡眠质量和异常状态。

发明内容

针对如何准确采集用户的生理数据并针对不同年龄的用户准确分析睡眠质量的技术问题，本发明提供一种智能床垫的数据分析系统，其特征在于，所述数据分析系统包括采集装置、通道选择模块、云服务器、智能终端和警报发送模块，所述采集装置包括由与至少一个信号通道连接的若干个陶瓷压电传感器组成的压力采集装置，所述通道选择模块基于数据源阈值和在限定时间内所述信号通道中来源于所述陶瓷压电传感器且满足数据选择条件的合格数据的数据源数量筛选至少一个用于接收并发送压力数据的信号通道，所述云服务器基于所述信号通道发送的压力数据统计第一生理信息数据并识别睡眠模式，并且以将所述第一生理信息、存储的第二生理信息和/或睡眠模式交互关联的方式确定至少一个用户、分析并反馈所述用户的睡眠质量信息、异常状态信息和/或医疗建议至所述智能终端，所述智能终端基于所述异常状态的等级程度启动所述警报发送模块从而向预设的联系人和/或医疗机构发送救助信息。本发明通过对信号通道进行选择，获得了最准确的采集数据，从而降低了采集数据的误差，也不会由于采用多个信号通道同时进行数据处理而增大数据处理量。

为了避免由于切换信号通道引起数据丢失的问题，所述通道选择模块基于所述信号通道内的数据变化和变化阈值切换所述信号通道，其中，所述通道选择模块在所述信号通道内的合格数据的数据差值和数据源数量均不小于变化阈值的情况下，再次检测所述信号通道内满足数据选择条件的合格数据的数据源数量从而筛选并切换信号通道。本发明对于只引起变化微小的人体动作，不进行切换通道，以降低切换通道引起的数据丢失的影响。对于动作移动较大的人体动作，本发明选择切换通道以获得丰富的数据，从而准确计算关于用户的睡眠状态和生理信息。

如何对数据进行准确分析，从而确定用户的数据以及对应的睡眠模式是重要的技术问题。特别是针对床垫上同时躺了用户及其家庭成员的情况，如何将采集的数据，分析结果与用户及其家庭成员分别匹配是很难解决的问题。为了解决这一技术问题，本发明的云服务器基于所述第一生理信息、所述第二生理信息和/或睡眠模式的交互关联的关系对数据进行分析。

根据一个优选实施方式，所述云服务器包括生理数据统计模块、模式识别模块和分析模块，所述生理数据统计模块基于所述信号通道的合格数据统计床垫上的至少一个用户的第一生理数据信息，所述模式识别模块基于所述信号通道的合格数据识别至少一个用户的睡眠模式，所述分析模块基于所述第一生理信息、所述第二生理信息和/或睡眠模式的交互关联的关系将所述合格数据、所述第一生理信息和/或睡眠模式与用户或其家庭成员进行匹配，并且所述分析模块基于所述第一生理信息和睡眠模式分析所述用户或其家庭成员的生活规律并向所述智能终端反馈生活建议。通过对第一生理信息、第二生理信息和/或睡眠模式的交互关联的关系的分析，容易确定数据、分析结果和匹配的用户，从而向用户反馈其和家庭成员的睡眠分析结果和建议，而不会造成由于数据和用户的关系混淆而形成的错误建议，降低了在多人同时睡眠的情况下得到错误分析结果的可能性。

为了进一步降低分析结果的错误率，所述分析模块设置有校正模块，所述第一生理信息至少包括呼吸频率、心跳频率、体动频率和/或打鼾频率，所述校正模块基于所述睡眠模式和所述呼吸频率、心跳频率、体动频率和/或打鼾频率的与时间相关的曲线以交互参照的方式校正所述睡眠模式和所述第一生理信息。同一时刻的呼吸频率曲线、心跳频率曲线、打鼾频率曲线和睡眠模式存在彼此一致的对照关系。对于呼吸频率曲线、心跳频率曲线、打鼾频率曲线和睡眠模式的交互参照关系，能够降低分析模块的分析误差，避免反馈互相矛盾的第一生理信息和分析结果，进一步提高了分析结果的准确度。

记录用户在睡眠过程中的翻身、离床、呼吸暂停、心跳暂停等异常情况具有很大的难度。特别是在第一时间发现和记录不能自理的用户的离床、呼吸暂停、心跳暂停的危险情况。因此，本发明的数据分析系统还包括异常统计模块，所述异常统计模块基于所述信号通道的压力数据的变化统计至少一个用户的异常状态模式和次数，其中，所述异常统计模块基于至少一个陶瓷压电传感器的数据归零变化和/或启动变化以及所述陶瓷压电传感器的分布区域确定用户的异常状态以及次数，所述异常统计模块基于所述陶瓷压电传感器的压力数据的归零概率以及归零速率判断离床模式。异常统计模块不需要对数据进行处理，仅需要监测数据信号的归零情况以及归零概率、归零速率便可以快速发现和记录用户的异常状态。即快速又准确，不会错过危险情况，从而能够在第一时间发出预警信息，帮助用户脱离危险。

为了解决在用户离床后确定用户是否处于危险情况的技术问题，特别是对于不能自理的婴幼儿和老年人的危险情况进行确定的技术问题，所述采集装置还包括图像采集装置，所述分析模块基于所述异常统计模块统计的离床模式、所述图形采集装置采集的图像信息和/或所述用户的第二生理信息判断用户的离床模式是否属于预警模式，所述分析模块在所述离床模式相对于用户属于预警模式的情况下，基于所述异常统计模块统计的离床模式以及预设的离床时间阈值向所述智能终端的警报发送模块发送预警请求信息。通过图像采集装置采集的图像信息，能够确定离床的用户是否在床垫周围以及状态。在确定用户在床垫周围且受伤不能移动的情况下，向预设的联系人进行预警，从而使用户得到救助。

在床垫与云服务器和智能终端断开连接的情况下，如何对不能自理的用户的异常状态进行报警和救助，是亟需解决的技术问题。根据一个优选实施方式，所述异常统计模块基于统计的离床模式、自理能力指数、个体特征信息和/或离床时间阈值确定异常状态的等级程度，所述异常统计模块基于所述异常状态的等级程度启动所述图像采集装置以采集所述床垫周围的人体情况，并且将所述图像采集装置采集的图像信息发送至所述分析模块，在与所述云服务器和所述智能终端断开连接的情况下，所述异常统计模块基于所述图像信息中的人体情况启动设置于所述床垫上的警示模块以发出示警信息。本发明通过异常统计模块与示警模块的设计，在没有无线信号的情况下，床垫依然可以发出预警信息，使在床垫附近的人听到预警声音或信号从而帮助用户脱离危险。

在云服务器断开的情况下，如何保存采集数据并保证数据分析系统的正常运行是一个亟需解决的问题。为了解决该问题，所述通道选择模块设置于床垫内，在所述床垫仅与所述智能终端以无线的方式连接的情况下，所述通道选择模块将所选择的信号通道中的压力数据发送至所述智能终端，所述智能终端的数据处理模块基于接收的数据统计至少一个用户的第一生理信息数据和睡眠模式，并且基于所述第一生理信息和所述第二生理信息判断异常状态信息，从而向所述警报发送模块发送预警请求信息。即使云服务器断开连接，床垫依然可以与智能终端通过蓝牙信号、红外信号等短程信号连接，从而使才记得数据在智能终端进行处理和分析，避免了由于云服务器进行维护等行为而影响数据分析系统的分析。

特别地，如何防止采集的数据由于无线信号的中断而丢失是一个严重的技术问题。在用户查询历史数据的时候，若存在某一段时间的数据缺失，必然影响用户的分析结果和医疗诊断。因此，所述通道选择模块还包括临时存储模块，在所述通道选择模块与所述云服务器和所述智能终端断开连接的情况下，所述通道选择模块将所述信号通道的合格数据存储至所述临时存储模块并发送至所述异常统计模块，所述异常统计模块基于至少一个陶瓷压电传感器的合格数据归零变化和/或启动变化以及采集合格数据的所述陶瓷压电传感器的分布区域确定用户的异常状态以及次数，并且基于预设的异常状态次数阈值启动设置于所述床垫上的警示模块以发出示警信息。临时存储模块的设置，解决了数据的临时存储问题。无论何时，只要采集装置正常运行，数据分析系统的数据信息就是完整的。在床垫与云服务器和智能终端建立连接后得到的分析结果也是准确的。本发明解决了使用户的历史记录完整的技术问题，使得用户能够查询连续的历史记录，避免由于特殊的异常状态未记录而导致的危险情况。

人体突发高温是危险的情况，虽然云服务器的分析模块能够根据呼吸频率和心脏频率分析得到高温的异常状态，但是对于儿童，迅速发现发烧的紧急情况，有助于儿童早一点脱离生命危险，避免引起其它更危险的疾病。因此，所述采集装置还包括用于采集温度数据的温度采集模块，所述异常统计模块基于预设的第二生理信息和温度采集模块采集的超出正常阈值范围的温度数据启动设置于所述床垫上的警示模块以发出示警信息。即使在云服务器和智能终端故障的情况下，异常统计模块也能够根据温度采集模块迅速发出预警信息，使用户附近的亲友对用户进行紧急救助，降低危险程度。优选的，温度采集模块为敏感的温度传感器。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明能够根据采集的数据和预设的生理信息确定智能床垫上的用户，并且将采集的数据以及分析结果存储至与用户对应的账户中，不会在智能床垫同时有2个用户使用时导致数据错乱；

(2)本发明针对儿童和成人设置有不同的预警阈值，从而根据用户的不同生理特征进行预警，避免了错误的预警；

(3)本发明根据用户的翻身和移动情况统计用户的异常状态，在用户的异常状态不合理的情况下对用户或与用户的相关人员进行预警；

(4)本发明能够结合图像采集装置针对老人和婴幼儿的离床状态进行有效监测，在老人和婴幼儿长期离床的情况下进行预警，便于亲友照料老人和婴幼儿。

附图说明

图1是本发明的结构模块示意图；

图2是优选的6个信号通道的AD电压值曲线图；

图3是经过去噪处理的6个信号通道的AD电压值曲线图；

图4是优选的其中一个信号通道的AD电压值曲线图；

图5是优选的呼吸次数统计图；

图6是翻身模式的信号通道的AD电压值曲线图；和

图7是离床模式的信号通道的AD电压值曲线图。

附图标记列表

100：床垫 10：采集装置 20：通道选择模块

30：云服务器 40：智能终端 50：异常统计模块

60：警示模块 31：生理数据统计模块 32：模式识别模块

33：分析模块 34：校正模块 41：信息输入模块

42：数据处理模块 43：警报发送模块 11：图像采集装置

12：压力采集模块 13：温度采集模块 35：数据库

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

本发明提供一种智能床垫的数据分析系统。如图1所示，一种智能床垫的数据分析系统，包括采集装置10、通道选择模块20、云服务器30和智能终端40。采集装置10、通道选择模块20、云服务器30和智能终端40以有线或无线的方式互相连接。无线的方式包括通过无线信号连接。无线信号包括蓝牙信号、红外信号、wifi信号、Zigbee信号、iBecon信号和Enocean信号。

所述采集装置10包括由与至少一个信号通道连接的若干个陶瓷压电传感器组成的压力采集装置12。所述通道选择模块20基于数据源阈值和在限定时间内所述信号通道中来源于所述陶瓷压电传感器且满足数据选择条件的合格数据的数据源数量筛选至少一个用于接收并发送压力数据的信号通道。所述云服务器30基于所述信号通道发送的压力数据统计第一生理信息数据并识别睡眠模式，并且以将所述第一生理信息、存储的第二生理信息和/或睡眠模式交互关联的方式确定至少一个用户、分析并反馈所述用户的睡眠质量信息、异常状态信息和/或医疗建议至所述智能终端40。所述智能终端40基于所述异常状态的等级程度启动所述警报发送模块43从而向预设的联系人和/或医疗机构发送救助信息。

云服务器30基于至少一个采集通道发送的压力数据识别用户的睡眠模式并统计第一生理信息数据。云服务器30将智能终端40发送的个人生理信息数据与采集装置10采集的压力数据进行交互关联来确定智能床垫上的至少一个用户并综合分析所述智能床垫上的用户的睡眠质量指数。云服务器30基于用户的第一生理信息数据和所述采集装置10采集的图像数据和压力数据的变化状态判断用户的异常状态，并且在异常状态达到时间阈值时启动警示模块60并指示所述智能终端40的警报发送模块43向相关警报终端发送警报信息。

云服务器30包括生理数据统计模块31、模式识别模块32、分析模块33和数据库35。生理数据统计模块31用于根据采集装置10的采集数据统计至少一个用户的第一生理信息。模式识别模块32用于根据采集装置10的采集数据统计用户的睡眠模式。

睡眠模式包括入睡模式、浅睡模式、深睡模式、延续深睡模式。入睡模式是指从昏昏欲睡开始逐渐入睡，不再保持觉醒的模式。入睡模式的呼吸变慢，肌肉张力下降，身体轻度放松，此时属于初睡状态，睡眠者较易被外界声音或触动所唤醒。浅睡模式是用户处于轻度至中度睡眠状态，睡眠者已不易被唤醒，此时肌肉进一步放松。深睡模式是指睡眠者进入深度睡眠状态，肌张力消失，肌肉充分松弛，感觉功能进一步降低，更不易被唤醒。延续深睡模式是指深睡状态的延伸。

分析模块33用于所述第一生理数据信息和用户通过所述智能终端40输入的第二生理数据信息交互关联从而确定所述用户的身份，并且基于睡眠模式和第一生理信息分析所述用户的睡姿、睡眠质量指数并基于限定时间内的睡眠质量指数曲线反馈活动建议。

智能终端40用于输入用户个人生理信息和家庭成员生理信息并显示用户各个睡眠模式的详细信息。优选的，智能终端40通过以形状、色彩和/或曲线的形式显示云服务器30分析并反馈的信息及建议。例如，将呼吸频率、心跳频率、打鼾频率以与时间相关的曲线形式展示。曲线可以具有各种颜色的曲线。优选的，智能终端40基于用户的请求将不同日期的同一时间段的第一生理信息以不同颜色和/或形状的曲线或图形展示在同一个画面，以便用户进行比较。

智能终端40包括信息输入模块41、数据处理模块42和警报发送模块43。信息输入模块41用于用户注册/登录云服务器30并输入和上传个人及家庭成员的第二生理信息和健康状况信息。

本发明中，第一生理信息包括统计得到的心跳频率、呼吸频率、体动频率、打鼾频率和/或体重。第二生理信息包括身高、体重、年龄、性别、自理能力参数、离床阈值等信息。健康状况信息包括历史疾病参数、现有疾病参数等信息。

优选的，本发明的压力采集装置12包括至少一个陶瓷压电传感器。至少一个陶瓷压电传感器以阵列的形式分布在床垫实体内部或表面。至少一个陶瓷压电传感器分布形成的阵列包括矩形阵列、圆阵列和相邻行/列错位且彼此距离相等的错位阵列。优选的，陶瓷压电传感器之间设置有至少一个信号通道，并且陶瓷压电传感器与至少一个信号通道连接和发送信号数据。

优选的，通道选择模块20基于信号通道中的合格数据的数据源阈值筛选至少一个所述信号通道，并且基于所述信号通道的信号数据的变化和变化阈值更换所述信号通道。

合格数据是指符合选择阈值范围的，不具有较大误差的数据。数据源是指数据来源。例如，压力数据的数据源为陶瓷压电传感器。数据源阈值是指符合信号通道内数据源的数量必须满足的最小值。优选的，对于满足数据源阈值的至少一个信号通道，信号通道选择模块20优选数据源较多的信号通道。

优选的，在用户变换睡眠姿势或翻身时，由于采集压力数据的陶瓷压电传感器的更换导致信号通道内的压力数据产生变化。通道选择模块20基于信号数据的变化和变化阈值重新选择并切换信号通道。例如，用户在床垫上轻微移动身体，信号通道内的信号数据变化差值较小，则通道选择模块20不进行信号通道的切换，以降低信号通道切换引起的数据丢失。例如，用户在床垫上更换睡姿，身体移动较大，采集数据的陶瓷压电传感器发生更换，陶瓷压电传感器发生更换，各个信号通道内的信号发生较大变化。当信号通道内的数据源变化大于变化阈值时，通道选择模块20基于信号通道内的信号数据的变化，优先选择具有合格数据的数据源较多的信号通道并进行信号通道切换。

优选的，本发明的数据分析系统还包括异常统计模块50。异常统计模块50用于统计用户睡眠中的异常状态，设置于床垫的内部或表面。本发明的异常状态包括体动、翻身、离床、呼吸暂停、心率暂停等异常状态。异常统计模块50基于所述信号通道的压力数据变化情况统计至少一个用户的异常状态模式和次数。其中，异常统计模块50基于睡眠模式中至少一个陶瓷压电传感器的数据归零变化和/或启动变化以及采集变化数据的陶瓷压电传感器的分布区域确定用户的异常状态以及次数。

优选的，所述异常统计模块50基于所述陶瓷压电传感器的压力数据的归零概率以及归零速率判断离床模式。

例如，当用户离开床垫时，受力的陶瓷压电传感器不再受力，陶瓷压电传感器的数据发生变化。当所有信号通道中的所有压力信号缓慢归零，陶瓷压电传感器的压力数据的归零概率为百分之百，异常统计模块50判断用户处于离床模式。

当用户翻身时，信号通道内的部分压力数据迅速归零，归零速率大于归零阈值，并且其它信号通道内的压力信号增加，陶瓷压电传感器的压力数据的归零概率小于百分之百，则异常统计模块50判断用户处于翻身模式。

优选的，生理数据统计模块31基于信号通道中的压力数据提取与生理信息有关的数据并进行转换计算，得到用户的呼吸频率、心跳频率、体动频率和/或打鼾频率。

例如，生理数据统计模块31将呼吸频率、心跳频率、打鼾频率按照时间曲线图的形式发送至模式识别模块32。

优选的，生理数据统计模块31基于异常的第一生理信息向警示模块60发送警示请求信息。警示模块60响应警示请求信息并发出警示信息。

当生理数据统计模块31统计到呼吸频率、心跳频率超出呼吸频率阈值和心跳频率阈值时，生理数据统计模块31将警示模块60和智能终端40同时发送预警请求信息。警示模块60发出警示信息，智能终端40的警报发送信息43将警报信息发送至120急救中心和/或预设的亲友电话。

优选的，生理数据统计模块31将呼吸暂停、心跳暂停、呼吸频率异常数据、心跳频率异常数据及其对应的时间发送至异常统计模块50，由异常统计模块50进行记录。

例如，呼吸频率随年龄、性别和生理状态而异。成人平静时的呼吸频率约为每分钟16-18次，与心脏搏动次数的比例为1：4；儿童约为每分钟20次；一般女性比男性快1-2次。不同年龄段的用户正常心跳次数不同，婴儿的正常心跳次数在120次左右，而成人的心跳在60-80次左右。因此，生理数据统计模块基于用户的年龄确定呼吸频率异常数据、心跳频率异常数据。

优选的，模式识别模块32基于用户的睡眠时间、睡眠中的第一生理信息变化、异常状态的次数判断用户的睡眠模式。

例如，用户整晚睡眠过程中，进入睡眠后心跳减慢，呼吸变均匀，心率和呼吸慢而平稳，则模式识别模块32识别睡眠类型为深睡模式。在每一睡眠周期中，当由NREM睡眠进入REM睡眠时，通常有一个在6min以上的心率渐次升高的过程，则模式识别模块32识别睡眠类型为浅睡。而如果是由睡转醒，常见的在心率变化上的表现是更为陡峭的加快过程，且时常会伴有睡姿变化，则模式识别模块32识别用户进入觉醒。若用户在床垫上进入睡眠状态后，心跳和呼吸慢而平稳，间隔一段时间后心率加快，用户进入觉醒状态。如此反复，模式识别模块识别睡眠类型为失眠模式。

优选的，分析模块33根据第一生理信息和第二生理信息交叉关联确定用户的具体身份并且将第一生理信息和睡眠模式信息存储至与用户对应的存储帐号中。优选的，分析模块33基于第一生理信息、第二生理信息和睡眠模式综合判断用户的睡眠质量指数，并且将反馈的睡眠建议和健康建议发送至智能终端40以显示至用户。

优选的，分析模块33基于所述异常统计模块50统计的离床模式以及预设的离床时间阈值向所述智能终端40的警报发送模块43发送预警请求信息。

例如，婴幼儿和不能自理的老人需要亲友或相关人士的帮助才能离床。在分析模块33基于第一生理信息和第二生理信息确定床垫上的用户为婴幼儿和不能自理的老人的情况下，分析模块33将其离床模式判断为异常状态。在离床模式时间达到离床阈值时，向警示模块60和警报发送模块43发送预警请求信息。警示模块60和警报发送模块43响应预警请求信息，分别发出警示信息和向相关亲友的通讯设备发送预警信息。

优选的，分析模块33设置有校正模块34。校正模块34将用户的睡眠模式与呼吸频率曲线或心跳频率曲线通过交互参照进行校正。例如，人在清醒时不会发生呼吸暂停挥着低通气，因而，在发生呼吸暂停异常状态时，为睡眠状态，视为浅睡模式，或者根据心跳频率和呼吸频率的曲线，识别为REMS(快速眼动睡眠模式)。因此，在出现呼吸暂停的异常状态且睡眠模式为觉醒模式的情况时，校正模块34将觉醒模式纠正为浅睡模式或其它模式。

关于呼吸暂停，在呼吸频率曲线上具有波幅和形态上的改变。当前后有正常呼吸波，而其间有段呼吸频率曲线(10S～90S)表现为低幅，峰谷幅度小于之前正常波幅的20％时，可认定为一个呼吸事件。起始位置应为开始下降的波峰处，终止处应为波幅开始回升的前一个波峰。当波幅小于正常参照波波幅的50％以上时，可判定是呼吸暂停。当波幅大于20％而小于50％时，认为是低通气。若波幅降低的长度<10S，忽略不计。

当夜间睡眠过程中的心跳频率曲线与正常的心跳频率曲线差异较大，不能明显与睡眠模式对应时，分析模块33向用户反馈就医建议，建议其进行相关医疗检查。例如，用户具有心脏以及植物神经调节不良等疾病会影响到心跳频率变异，因此分析模块33立即向智能终端反馈就医建议。

优选的，所述采集装置10还包括用于采集床垫上图像的图像采集装置11。分析模块33基于异常统计模块50统计的离床模式、图形采集装置11采集的图像信息和/或用户的第二生理信息判断用户的离床模式是否属于预警模式。分析模块33在离床模式相对于用户属于预警模式的情况下向智能终端40的警报发送模块43发送预警请求信息。警报发送模块43响应预警请求信息，将预警信息发送至用户预设的联系人的通讯设备或120救护中心。联系人以远程连接的方式查看实时采集的图像。

优选的，异常统计模块50在接收到模式识别模块发送的离床模式信息后，自动向图像采集装置11发送启动请求信息。图像采集装置11响应启动请求信息启动并进行模式识别，若图像采集装置11未发现床垫上的人体，则判断用户离床。反之，若图像采集装置11未发现床垫存在人体，图像采集装置11判断用户出现紧急情况。紧急情况包括呼吸骤停和心脏骤停。

优选的，图像采集装置11包括相机和摄像头。优选的，摄像头是便于夜间采集图像的红外摄像头。

优选的，在所述通道选择模块20和所述智能终端40与所述云服务器30断开连接且所述采集装置10和所述智能终端40连接的情况下，所述通道选择模块20将所选择的信号通道中的数据发送至所述智能终端40。所述智能终端40的数据处理模块42基于接收的数据统计至少一个用户的第一生理信息数据、睡眠模式和睡眠质量指数，并且基于所述第一生理信息和所述第二生理信息判断异常生理信息，从而向所述警报发送模块43发送预警请求信息。

所述智能终端40在与云服务30连接后，再将接收的原始数据和处理后的第一生理信息数据和睡眠模式发送至云服务30。云服务器30将接收的原始数据和处理后的第一生理信息数据和睡眠模式存储至数据库35。这样，在智能床垫仅与智能终端40连接的情况下，用户也可以接收并查看睡眠模式、睡眠质量指数和睡眠过程中的第一生理信息，既不会降低用户体验，也不会导致数据由于无法传送而丢失。

优选的，所述通道选择模块20还包括临时存储模块21。在所述通道选择模块20与所述云服务器20和所述智能终端40断开连接的情况下，所述通道选择模块20将所述信号通道的合格数据存储至所述临时存储模块21并发送至所述异常统计模块50。所述异常统计模块50基于至少一个陶瓷压电传感器的数据归零变化和/或启动变化以及采集变化数据的所述陶瓷压电传感器的分布区域确定用户的异常状态以及次数。并且常统计模块50基于预设的异常状态次数阈值向所述警示模块60发送警示请求信息，所述警示模块60响应所述警示请求信息并发出警示信息。

优选的，所述采集装置10还包括用于采集温度数据的温度采集模块13。在所述通道选择模块20与所述云服务器30和所述智能终端40断开连接的情况下，所述异常统计模块50基于预设的第二生理信息和温度采集模块13发送的超出正常阈值范围的温度数据向所述警示模块60发送警示请求信息，所述警示模块60响应所述警示请求信息并发出警示信息。

例如，床垫上的用户为儿童。温度采集模块13监测到用户在睡眠中的体高于正常儿童的体温阈值，将温度数据发送至异常统计模块50。异常统计模块50记录体温数据并向警示模块60发送警示请求信息。所述警示模块60响应所述警示请求信息并发出警示信息。警示信息包括鸣叫、震动和语音提醒。家长在听见警示信息后立刻对体温异常的儿童进行护理和救助。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

优选的，异常统计模块50基于压力采集模块12采集的压力数据判断用户的个体特征信息。个体特征信息包括婴儿、儿童、男人和女人。其中，异常统计模块50基于陶瓷压电传感器信号的分布区域确定用户的个体特征信息。或者，异常统计模块50基于压力数据之和区分用户为婴儿、儿童、男人和女人。

优选的，异常统计模块50基于图像采集装置11采集的图像信息确定用户的个体特征信息。异常统计模块50根据图像信息中的人体长度、脸部图像和/或人体比例确定用户的个体特征信息。

优选的，所述异常统计模块50基于统计的离床模式、预设的自理能力指数、个体特征信息以及预设的离床时间阈值确定异常状态的等级程度。

例如，床垫上人体的个体特征为儿童，异常统计模块50基于用户预设的家中儿童年龄为2岁，自理能力指数为1的信息确定儿童自理能力较低，但会爬动。异常统计模块50基于离床信息判断儿童离床后，启动图像采集装置11确定儿童是否在床垫周围移动。异常统计模块50在确定儿童在床垫周围移动后确定异常等级为一级，危险度较低。异常统计模块50向智能终端40发送儿童离床的预警信息，而不发出紧急援助信息。

例如，异常统计模块50检测床垫上人体的个体特征为女人，则对于离床模式，异常统计模块50统计离床模式为异常等级为零级，没有危险，不向智能终端40或云服务器发送预警信息。

优选的，异常统计模块50基于用户的个体特征信息、第一生理信息、第二生理信息和/或睡眠模式的交互关联分析用户的异常生理信息和异常状态等级。

例如，用户为男性，家庭成员包括妻子和儿子。异常统计模块50检测床垫上人体的个体特征为男人，异常统计模块50确定床垫上为用户。用户的第一生理信息中呼吸频率异常，用户的第二生理信息中包括哮喘信息，睡眠模式为深度睡眠。则异常统计模块50判断用户的睡眠良好，睡眠指数高。异常的呼吸频率不影响用户的身体健康，异常状态等级为一级。分析模块33基于异常统计模块50判断的异常状态等级以反馈信息的形式发送睡眠信息。

但是，假如用户的第二生理信息不包含呼吸道疾病的相关信息，睡眠模式为浅度睡眠，则异常统计模块50判断异常状态等级为二级。分析模块33基于异常统计模块50判断的异常状态等级以反馈信息的形式发送医疗建议，提醒用户进行体检，预防疾病。

例如，异常状态等级包括第一级、第二级和第三级。

第一级是睡眠不佳的级别。当用户在睡眠过程中仅是翻转，可以判定用户健康状态良好，但是睡眠不佳。若用户的呼吸频率曲线、心跳频率曲线、打鼾频率曲线和睡眠模式之间交互参照有轻微的异常，分析模块33以反馈的方式向用户提供生活建议或医疗建议。

第二级是用户需要预防疾病的级别。用户在睡眠过程中出现辗转的情况，呼吸频率曲线、心跳频率曲线、打鼾频率曲线和睡眠模式之间交互参照有明显异常，分析模块33判断用户需要观察。分析模块33向预设的联系人发送援助信息。联系人通过智能终端40或通过互联网登录云服务器30，打开图像采集装置11进行视频观察。或者，异常统计模块50基于异常状态第二级自动启动图像采集装置11，将图像采集装置11采集的图像或动态视频发送至预设联系人的智能终端40和云服务器30的数据库35。

第三级是用户需要救援的级别。在用户睡眠过程中，异常统计模块50统计信号通道内的压力数据归零并启动图像采集装置11。异常统计模块60根据图像采集装置11采集的图像信息确定用户仍然处于床上，则异常统计模块50判断用户需要紧急救援。异常统计模块50向警示模块60、云服务器30和智能终端40发送紧急救援的预警信息。云服务器30和/或智能终端40向预设联系人或120救助中心发送援助信息。联系人通过智能终端40或通过互联网登录云服务器30，打开图像采集装置11进行远程视频确认，同时到达睡眠现场进行紧急救援。

本发明的异常状态级别不限于三种。异常状态等级也可以分别更多、更详细的级别。

优选的，床垫上设置有蓝牙模块。蓝牙模块通过串口线uart2(串口2)与STM32l151芯片进行连接。蓝牙模块设置有打包模块。打包模块通过打包函数将需要发送的数据按照打包协议进行打包。蓝牙模块将打包的数据发送至智能终端40的蓝牙传输模块。智能终端40通过配置wifi的SSID与密码，将wifi的配置信息通过蓝牙传输模块发送至床垫上的电路板或单片机上，并由芯片传输串口数据配置wifi模块。

优选的，床垫上设置wifi模块。Wifi模块通过串口3与stm32L151芯片进行连接。Wifi模块将打包的数据发送至与互联网连接的无线路由器。无线路由器将数据发送至云服务器30，并存储至数据库35。

优选的，本发明以压力采集装置12为例进行生理信息统计的说明。陶瓷压电传感器将采集的数据转换为AD电压值。通道选择模块20同时监测到多个信号通道的AD电压值。图2至如5为信号通道内的AD电压值曲线图，横轴表示时间，单位为秒。纵轴表示AD电压值。陶瓷压电传感器由于压力变化会产生电压的变化，经过放大器方法和电压太高后，电压的变化阈值变化为(0V，+3V)。AD电压值2048对应电压为1.5V，AD电压值4096对应电压为3V。AD电压值的意义是对陶瓷压电传感器的AD采样结果。当陶瓷压电传感器处于静止状态时，信号通道内的电压处于1.5V即2048点附近。

如图2所示，通道选择模块20监测到6个信号通道的AD电压值。从上至下依次是信号通道1、信号通道2、信号通道3、信号通道4、信号通道5和信号通道6。通道选择模块20每间隔1秒将各个信号通道30秒内压力数据转换为的AD电压值进行监测。通道选择模块20将各个信号通道内AD电压值进行去噪处理，得到图3所示的AD电压值曲线图。通道选择模块20选择与数值2048的距离最大的AD压力值对应的信号通道5来判断呼吸频率。

如图4所示为信号通道5的AD电压值曲线图。如图5所示，异常统计模块对信号通道5的AD电压值曲线图进行呼吸统计。如果上穿2048线，记为1，下穿2048线记为0，计数30秒内的呼吸次数，乘以2得到每分钟呼吸数值，即呼吸频率。则用户30秒内呼吸次数为14次，一分钟的呼吸次数为28次。

本发明对异常状态中的翻身模式的统计进行举例说明。

如图6所示，异常统计模块50计算5秒内所有通道的AD电压值与2048的差值平方，对差值平方排序，选择最大的差值平方对应的两个信号通道作为统计翻身模式的信号通道。信号通道切换表示用户进行了一次翻身。图6中的虚线框内所选信号通道为连续时间内2个信号通道切换的2个新信号通道，表示用户翻身一次。

本发明对异常状态中的离床模式的统计进行举例说明。

如图7所示，当异常统计模块50监测所有信号通道内的AD电压值趋于2048，即采集装置没有采集到压力信号，则统计用户离床。图7中，在时间7秒后，所有信号通道的AD电压值区域2048，异常统计模块50判断用户离床。异常统计模块50判断用户离床后，结合用户的健康状况为不能自理的婴儿或老人，向预设联系人发送离床信息。预设联系人通过智能终端40或登录云服务器30远程开启图像采集装置11确认用户是离床模式还是需要救援的紧急状态。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种智能床垫的数据分析系统，其特征在于，所述数据分析系统包括采集装置(10)、通道选择模块(20)、云服务器(30)、智能终端(40)和警报发送模块(43)，

所述采集装置(10)包括由与至少一个信号通道连接的若干个陶瓷压电传感器组成的压力采集装置(12)，

所述通道选择模块(20)基于数据源阈值和在限定时间内所述信号通道中来源于所述陶瓷压电传感器且满足数据选择条件的合格数据的数据源数量筛选至少一个用于接收并发送压力数据的信号通道，

所述通道选择模块(20)基于所述信号通道内的数据变化和变化阈值切换所述信号通道，其中，所述通道选择模块(20)在所述信号通道内的合格数据的数据差值和数据源数量均不小于变化阈值的情况下，再次检测所述信号通道内满足数据选择条件的合格数据的数据源数量从而筛选并切换信号通道，当所述信号通道内的数据源变化大于变化阈值时，所述通道选择模块(20)基于信号通道内的信号数据的变化，优先选择具有合格数据的数据源较多的信号通道并进行信号通道切换，

所述云服务器(30)基于所述信号通道发送的压力数据统计第一生理信息数据并识别睡眠模式，并且以将所述第一生理信息、存储的第二生理信息和/或睡眠模式交互关联的方式确定至少一个用户、分析并反馈所述用户的睡眠质量信息、异常状态信息和/或医疗建议至所述智能终端(40)，

所述智能终端(40)基于所述异常状态的等级程度启动所述警报发送模块(43)从而向预设的联系人和/或医疗机构发送救助信息，

所述云服务器(30)包括生理数据统计模块(31)、模式识别模块(32)和分析模块(33)，所述生理数据统计模块(31)基于所述信号通道的合格数据统计床垫(100)上的至少一个用户的第一生理数据信息，所述模式识别模块(32)基于所述信号通道的合格数据识别至少一个用户的睡眠模式，所述分析模块(33)基于所述第一生理信息、所述第二生理信息和/或睡眠模式的交互关联的关系将所述合格数据、所述第一生理信息和/或睡眠模式与用户或其家庭成员进行匹配，并且所述分析模块(33)基于所述第一生理信息和睡眠模式分析所述用户或其家庭成员的生活规律并向所述智能终端(40)反馈生活建议；

分析模块(33)根据第一生理信息和第二生理信息交叉关联确定用户的具体身份并且将第一生理信息和睡眠模式信息存储至与用户对应的存储帐号中；

所述数据分析系统还包括异常统计模块(50)，

所述异常统计模块(50)基于所述信号通道的压力数据的变化统计至少一个用户的异常状态模式和次数，其中，

所述异常统计模块(50)基于至少一个陶瓷压电传感器的数据归零变化和/或启动变化以及所述陶瓷压电传感器的分布区域确定用户的异常状态以及次数，

所述异常统计模块(50)基于所述陶瓷压电传感器的压力数据的归零概率以及归零速率判断离床模式；

所述异常统计模块(50)在接收到模式识别模块发送的离床模式信息后，自动向图像采集装置(11)发送启动请求信息，图像采集装置(11)响应启动请求信息启动并进行模式识别，若图像采集装置(11)未发现床垫上的人体，则判断用户离床；反之，若图像采集装置(11)未发现床垫存在人体，图像采集装置(11)判断用户出现紧急情况，紧急情况包括呼吸骤停和心脏骤停。

2.如权利要求1所述的数据分析系统，其特征在于，所述分析模块(33)设置有校正模块(34)，

所述第一生理信息至少包括呼吸频率、心跳频率、体动频率和/或打鼾频率，

所述校正模块(34)基于所述睡眠模式和所述呼吸频率、心跳频率、体动频率和/或打鼾频率的与时间相关的曲线以交互参照的方式校正所述睡眠模式和所述第一生理信息。

3.如权利要求2所述的数据分析系统，其特征在于，所述采集装置(10)还包括图像采集装置(11)，

所述分析模块(33)基于所述异常统计模块(50)统计的离床模式、所述图像采集装置(11)采集的图像信息和/或所述用户的第二生理信息判断用户的离床模式是否属于预警模式，

所述分析模块(33)在所述离床模式相对于用户属于预警模式的情况下，基于所述异常统计模块(50)统计的离床模式以及预设的离床时间阈值向所述智能终端(40)的警报发送模块(43)发送预警请求信息。

4.如权利要求3所述的数据分析系统，其特征在于，所述异常统计模块(50)基于统计的离床模式、自理能力指数、个体特征信息和/或离床时间阈值确定异常状态的等级程度，

所述异常统计模块(50)基于所述异常状态的等级程度启动所述图像采集装置(11)以采集所述床垫(100)周围的人体情况，并且将所述图像采集装置(11)采集的图像信息发送至所述分析模块(33)，

在与所述云服务器(30)和所述智能终端(40)断开连接的情况下，所述异常统计模块(50)基于所述图像信息中的人体情况启动设置于所述床垫(100)上的警示模块(60)以发出示警信息。

5.如前述权利要求之一所述的数据分析系统，其特征在于，所述通道选择模块(20)设置于床垫(100)内，在所述床垫(100)仅与所述智能终端(40)以无线的方式连接的情况下，

所述通道选择模块(20)将所选择的信号通道中的压力数据发送至所述智能终端(40)，

所述智能终端(40)的数据处理模块(42)基于接收的数据统计至少一个用户的第一生理信息数据和睡眠模式，并且基于所述第一生理信息和所述第二生理信息判断异常状态信息，从而向所述警报发送模块(43)发送预警请求信息。

6.如权利要求5所述的数据分析系统，其特征在于，所述通道选择模块(20)还包括临时存储模块(21)，

在所述通道选择模块(20)与所述云服务器(20)和所述智能终端(40)断开连接的情况下，所述通道选择模块(20)将所述信号通道的合格数据存储至所述临时存储模块(21)并发送至异常统计模块(50)，

所述异常统计模块(50)基于至少一个陶瓷压电传感器的合格数据归零变化和/或启动变化以及采集合格数据的所述陶瓷压电传感器的分布区域确定用户的异常状态以及次数，并且

基于预设的异常状态次数阈值启动设置于所述床垫(100)上的警示模块(60)以发出示警信息。

7.如权利要求5所述的数据分析系统，其特征在于，所述采集装置(10)还包括用于采集温度数据的温度采集模块(13)，

所述异常统计模块(50)基于预设的第二生理信息和温度采集模块(13)采集的超出正常阈值范围的温度数据启动设置于所述床垫(100)上的警示模块(60)以发出示警信息。

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