CN107280672A - 轻巧智能穿戴式睡眠和运动增益呼吸监测调理器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种智能感应、监测、分析、调理人的呼吸的设备和系统，着重为家庭和个人提供一种小巧、便捷、准确、智能的呼吸监测仪器，涉及智能穿戴、医疗器械领域。可用于睡眠和运动呼吸监测，收集呼吸数据，辅助睡眠、抑制打鼾、防止呼吸暂停等。采取模块化集成设计，集呼吸音频采集与处理功能于一体，集成于小型弧形设备体中，通过配戴在人体口鼻处，外加双管形音频采集装置，近距离采集呼吸音频，记录睡眠姿势、运动姿势等数据，并通过蓝牙数据模块，将呼吸和姿态数据传送到智能手机（设备）中进行分析智能辅助改善睡眠和呼吸。
Description
技术领域
本发明是一种智能感应、监测、分析、调理人的呼吸状况的设备和系统。涉及智能穿戴、医疗器械领域。可用于睡眠和运动呼吸监测，收集呼吸数据，辅助睡眠、抑制打鼾、防止呼吸暂停、记录睡眠状态和运动数据等。
背景技术
目前，呼吸监测的技术和设备主要有以下2种类型：一类是接触式。包括容积式呼吸检测法、速度式呼吸检测法、温度检测法、位移检测法、阻抗检测法、血氧检测法、可穿戴技术和睡眠床垫、枕头等。一类是非接触式。利用电磁波、光、红外线等媒介进行检测。这些技术运用在临床领域精准度高，但在家庭和个人方面，存在设计复杂，成本较高；配戴麻烦，舒适性不佳；数据繁杂，监测不直观；只反馈数据，不能智能分析调控等问题。其中，在近距离监测呼吸音频的技术中，大多采用了面罩、插入等方式，设备较大，人体舒适性差；在穿戴技术中，大多采用胸部穿戴、手部穿戴等方式，胸部穿戴舒适性差，手部穿戴不能直观监测到呼吸，准确性差。有一种直接放置在口鼻处的呼吸监测方式，采取耳机麦克风的方式配戴，但存在与口鼻距离较远，收集呼吸音频效率不高，对轻缓呼吸监测效果不好，大多用于运动呼吸监测；而且配戴容易晃动，臂杆也会产生振动，极大地影响了呼吸音频监测的准确性。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明着重为家庭和个人提供一种小巧、便捷、准确、智能的呼吸监测仪器，通过直接近距离采集呼吸音频，增益呼吸音频，增强呼吸监测的准确性；采取集成方式减小设备大小，体现配戴舒适性、稳固性；通过重力感应器，记录睡眠姿势；与智能手机等设备互联，通过分析呼吸音频和睡眠姿势，智能辅助改善睡眠和呼吸。
本发明所采用的技术方案是：采取模块化集成设计，集呼吸音频采集与处理功能于一体，将微处理器、微音器、存储器ROM、内存RAM、计时器、重力感应器、蓝牙数据模块、振动发生器、微电流发生器、电池、管状音频采集器等集成于小型弧形设备体中，采用高敏感的微音器，外加改进音频采集装置，采用双管形，直径微小于鼻孔口，一端分别置于两个鼻孔处，另一端适当延伸到上嘴唇下，使鼻、口呼吸时的气流通过圆管形成口哨效应，增大音量，同时也可屏蔽外部杂音。采集的音频通过微处理器增益计算，转化为反映呼吸频率、强弱的数据；通过重力感应器，生成人体姿态数据。通过蓝牙数据模块，将数据传送到智能手机等设备中。智能手机（设备）软件（APP）对接收的数据进行实时分析处理，根据设定，播放和停止助眠音乐或调节音量大小，向监测设备发出指令；统计数据，生成健康报告。监测设备根据指令启动内置振动器或微电流发生器等，叫醒人体调整呼吸。
本发明的有益效果是：通过集成设计，设备小巧，采用人体工程学设计，贴合面部，通过软性固定，靠近人体鼻口部位，外加管状采集口，使音频采集更加直接、准确；通过智能控制和动作反馈，辅助睡眠、抑制打鼾、防止呼吸暂停、记录睡眠状态和运动数据等。
附图说明：
图1 原理图：图中101.微处理器，102.音频采集模块，103.存储器ROM，104.内存RAM，105.计时器，106.重力感应器，107.蓝牙数据模块，108.振动发生器，109.微电流发生器；
图2结构图：图中201.微处理器，202.音频处理模块，203.存储器ROM，204.内存RAM，205.计时器，206.重力感应器，207.蓝牙数据模块，208.振动发生器，209.微电流发生器，210.电池，211.管状音频采集器，212.微音器，213.气流导孔，214.充电模块，215.设备主体，216.微电触点；
图3 配戴使用图：图中301.设备主体，302.固定松紧带，303.智能设备。
具体实施方式：
（1）基本构造：本发明是一种小巧的穿戴设备，采取模块化集成设计，集呼吸音频采集与处理功能于一体，将微处理器、微音器、存储器ROM、内存RAM、计时器、重力感应器、蓝牙数据模块、振动发生器、微电流发生器、电池、管状音频采集器等集成于长8cm左右、宽1cm左右、厚1cm左右的弧形设备体中；采用人体工程学设计，设备体中部软性设计，有一定弹性，保证弧度适合不同人体嘴唇上部，与人体接触面采用婴儿用品级硅胶，保证舒适性和配戴的稳固性；设备中间部位为音频采集器，两边内置其它芯片模块；音频采集器采用高敏感的微音器，外加改进音频采集装置，采用双管设计，材质采用硬度适中的环保塑料或硅胶，保证配戴的每只管直径微小于鼻孔口(5-8mm)，一端突出设备体1mm左右，另一端突出设备体8mm左右，并向内适当弯曲，4个管口分别开1-2mm的导流孔；两只管内中部设微音器。详见附图2；
（2）监测部位：使用松紧带绕过头部将设备固定在人体人中部位，将音频采集器的两个管口短的一端分别靠近对准两个鼻孔下方，另一端适当延伸到上嘴唇下。详见附图3；
（3）音频采集：当人通过鼻或口呼吸时，气流通过圆管形成口哨效应，增大音量，通过管内微音器采集鼻、口呼吸音频；
（4）数据处理：微处理器对微音器采集的音频模拟信号进行处理，适当进行计算增益，转化为数字信号，去除杂音，计算生成反映呼吸频率、强弱的数据。在数据处理中设置若干阙值（La、Lb、L1、L2、L3……Ln）作为对音频信号的处理基准，其中：La为最小值，音频信号波峰值P大于La时记录为呼吸；Lb为最大值，音频信号大于Lb时记录为鼾声；L1－Ln为强弱阙值，大于La，音频信号达到某值时，记录为强度数值P；据此记录呼吸的次数M、鼾声的次数N和强度数值P并暂存于RAM中，微处理器同时根据计时器的时间值T，计算出呼吸的频率F；同时，微处理器获取重力感应器的方位数据，生成人体姿态数据D和运动数据S，其中D可分为仰卧、左侧卧、右侧卧、直立等，S为振动次数（可记录为步数）；最后将呼吸和姿态数值M、N、P、F、D、S存储于存储器（ROM）中；
（5）数据通讯：微处理器提取ROM中的呼吸和姿态数据，通过蓝牙数据模块，将设备与智能手机等设备联接，并将呼吸和姿态数据传送到智能手机（设备）中；
（6）智能控制：智能手机（设备）通过软件（APP）对接收的数据进行实时分析，根据设定，记录数据，做出响应。在助眠模式下，智能软件播放节奏舒缓、单一的助眠音乐或固定频率的节奏音频，同步分析设备传送的数据，根据使用者设定的进入睡眠的时间值Ts，计算使用初期时间Ts内的呼吸频率F的平均值Fa和强度数值P的平均值Pa，当呼吸频率F持续小于Fa和强度数值P持续小于Pa时，软件确认人体进入睡眠状态，控制调节减小助眠音乐或音频音量，逐步关闭音量，停止播放。在睡眠监测模式下，人体进入睡眠后，智能软件对设备传送的数据进行实时分析，当监测到呼吸频率F大于10秒一次呼吸时，认定为呼吸暂停，然后通过蓝牙模块向设备发出指令，启动内置振动器或微电流发生器，叫醒人体调整呼吸；当监测到呼吸强度数值P>Lb，并以一定频率发生时，认定为打鼾，同时确定鼾声强度数值P，根据设定在一段时间连续发生后，通过蓝牙向设备发出指令，启动内置振动器或微电流发生器，叫醒人体调整呼吸；当监测到呼吸频率F在一段时间内增高时，记录为做梦；当监测到人体姿态数据D反复变化时，记录为浅睡眠，反之记录为深睡眠；同时将呼吸数据和姿态数据形成统计数据，生成睡眠健康报告。在运动监测模式下，记录呼吸频率值F、呼吸强度值P、运动数据S，计算出步数、卡路里消耗值等，生成运动健康报告。
Claims (8)
1.一种穿戴呼吸监测设备，其特征是采取模块化集成设计，集呼吸音频采集与处理功能于一体，将微处理器、微音器、存储器ROM、内存RAM、计时器、重力感应器、蓝牙数据模块、振动发生器、微电流发生器、电池、管状音频采集器集成于弧形设备体中；采用人体工程学设计，设备体中部软性设计，有一定弹性，保证弧度适合不同人体嘴唇上部，与人体接触面采用婴儿用品级硅胶，保证舒适性和配戴的稳固性；设备中间部位为音频采集器，两边内置其它芯片模块；音频采集器采用高敏感的微音器，外加改进音频采集装置，采用双管设计，材质采用硬度适中的环保塑料或硅胶，保证配戴的每只管直径微小于鼻孔口，一端突出设备体，另一端突出设备体并向内适当弯曲，4个管口分别开导流孔；两只管内中部设音频采集口，与微音器相连。
2.根据权利要求1所述的穿戴呼吸监测设备，其特征是使用松紧带绕过头部将设备固定在人体人中部位，将音频采集器的两个管口短的一端分别靠近对准两个鼻孔下方，另一端适当延伸到上嘴唇下；当人通过鼻或口呼吸时，气流通过圆管形成口哨效应，增大音量，通过管内微音器采集鼻、口呼吸音频。
3.根据权利要求1所述的穿戴呼吸监测设备，其特征是微处理器对微音器采集的音频模拟信号进行处理，适当进行计算增益，转化为数字信号，去除杂音，计算生成呼吸次数、鼾声次数、呼吸频率、呼吸强度的数据。
4.根据权利要求1所述的穿戴呼吸监测设备，其特征是微处理器获取重力感应器的方位数据，生成人体姿态数据D和运动数据S，其中D可分为仰卧、左侧卧、右侧卧、直立，S为振动次数（可记录为步数）。
5.根据权利要求1所述的穿戴呼吸监测设备，其特征是通过蓝牙数据模块，将设备与智能手机（设备）联接，并将呼吸和姿态数据传送到智能手机（设备）中，智能手机（设备）通过软件（APP）对接收的数据进行实时分析，根据设定，记录数据，做出响应。
6.根据权利要求5所述的穿戴呼吸监测设备，其特征是在助眠模式下，智能软件播放节奏舒缓、单一的助眠音乐或固定频率的节奏音频，同步分析设备传送的数据，根据使用者设定的进入睡眠的时间值Ts，计算使用初期时间Ts内的呼吸频率F的平均值Fa和强度数值P的平均值Pa，当呼吸频率F持续小于Fa和强度数值P持续小于Pa时，软件确认人体进入睡眠状态，控制调节减小助眠音乐或音频音量，逐步关闭音量，停止播放。
7.根据权利要求5所述的穿戴呼吸监测设备，其特征是在睡眠监测模式下，人体进入睡眠后，智能软件对设备传送的数据进行实时分析，当监测到呼吸频率F大于10秒一次呼吸时，认定为呼吸暂停，然后通过蓝牙模块向设备发出指令，启动内置振动器或微电流发生器，叫醒人体，调整呼吸；当监测到呼吸强度数值P大于设定阙值，并以一定频率发生时，认定为打鼾，根据设定在一段时间连续发生后，通过蓝牙向设备发出指令，启动内置振动器或微电流发生器，叫醒人体，调整呼吸；当监测到呼吸频率F在一段时间内增高时，记录为做梦；当监测到人体姿态数据D反复变化时，记录为浅睡眠，反之记录为深睡眠；同时将呼吸数据和姿态数据形成统计数据，生成睡眠健康报告。
8.根据权利要求5所述的穿戴呼吸监测设备，其特征是在运动监测模式下，记录呼吸频率值F、呼吸强度值P、运动数据S，计算出步数、卡路里消耗值等，生成运动健康报告。
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Application publication date: 20171024 |
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