CN107334312A - 一种智能家居温度跟随式水床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能家居温度跟随式水床，内温传感器，耦接处理单元，设置于水床袋内部，用于检测液态物质的温度T1；外温传感器，耦接处理单元，设置于水床袋外部，用于检测环境温度T2；体表温度传感器，耦接处理单元，用于检测人体体表温度T3；处理单元根据跟随策略调节液态物质的温度，跟随策略包括通过跟随公式计算加热组件的输出功率P；跟随公式为P=‑Cm/t[T1‑a(Tx2‑T2+Tx3)‑b(3*Tx3‑2*T3)]。由于水床温度需要符合人体睡眠的标准，所以温度的调节以及设置尤为重要，所以通过三个不同位置的温度传感器采集温度，对水床的温度进行调节，使得调节符合人体睡眠需求，根据人体体表温度、环境温度以及物质温度控制输出，起到一个合理的调节效果，保证人体睡眠质量。

Description

一种智能家居温度跟随式水床

技术领域

本发明涉及智能家居，更具体的说，涉及一种智能家居温度跟随式水床。

背景技术

水床能够完全贴合身体曲线，无论如何变换睡姿，都能均匀地支撑全身重量，使颈椎、腰椎不再悬空，减轻身体自重对脊椎、肌肉、微血管和神经系统的压力，对脊柱起到特别护理作用。把水排干后，健康水床的零部件比绝大部分普通床更容易搬动，长型水床甚至可以被搬到进入口小的房间、狭窄的楼道。

水床的漂浮睡眠，能均匀托浮身体，贴合脊椎生理曲线;水的分散压力，有效解除身心疲惫促进深度睡眠。水床经科学设计，出厂通过严格压力测试，绝不漏水。脑力劳动者的疲劳，只要因神经细胞活力下降及体内代谢废弃物堆积所致，普通的睡眠方式被称为"表态睡眠"，不能在较短睡眠周期内有效消除这种疲劳。水床能够产生良好的热敷效果，温热效应促进血液循环恢复细胞活力，能快速、彻底清除体内代谢废弃物。此外，水流的均匀浮力支撑使身体每一点的受压远小于35厘米水银柱的酸痛临界点，保证良好的血液循环，显著减少因酸痛、循环障碍等引起的辗转反侧次数，防止睡眠品质的流失。

一般为了保证睡眠质量，都会设置加热系统，水床的加热系统安装在床垫和衬垫之间。可变的自动调温器在控制垫板开关状态的同时将水温持续保持在你预设的温度。而这种通过加热的预设温度的加热系统不具有智能的效果，无法根据人体皮肤温度以及环境温度做出智能适应，而达到对人体舒适睡眠健康状态管理的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种智能家居温度跟随式水床。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种智能家居温度跟随式水床，包括

水床袋，所述水床袋内部可填充液态物质；

加热组件，设置于所述水床袋的底部，所述加热组件工作时加热所述水床袋内部的液态物质；

处理单元，耦接所述加热组件，用于控制加热组件工作；

内温传感器，耦接所述处理单元，设置于所述水床袋内部，用于检测所述液态物质的温度T1；

外温传感器，耦接所述处理单元，设置于所述水床袋外部，用于检测环境温度T2；

体表温度传感器，耦接所述处理单元，用于检测人体体表温度T3；

所述处理单元根据所述跟随策略调节所述液态物质的温度，所述跟随策略包括通过跟随公式计算所述加热组件的输出功率P；所述跟随公式为

P=-Cm/t[T1-a(Tx2-T2+Tx3)-b(3*Tx3-2*T3)];

其中，Cm为所述液态物质的热容量、t为预设的调节时间、a为外温调节参数、b为体温调节参数、Tx2为预设的外温常数、Tx3为预设的体温常数。

进一步地，所述体表温度传感器设置为智能手表内置的体表温度传感器，所述智能手表和所述处理单元通过蓝牙连接。

进一步地，所述外温传感器设置为智能手表内置的外温传感器，所述智能手表和所述处理单元通过蓝牙连接。

进一步地，所述预设的外温常数Tx2设置范围为26-28摄氏度之间，所述预设的体温常数的范围为36.5-37.5摄氏度之间。

进一步地，所述体表温度传感器阵列地设置于所述水床袋的上表面，所述体表温度传感器包括人体接触开关、温度探头以及寄存器，所述温度探头受控于所述人体接触开关动作，当所述人体接触开关接触人体时，所述温度探头工作检测接触位置的温度，并将温度值送至所述寄存器，当所述温度探头工作一定时间后，所述寄存器输出所述人体体表温度至所述处理单元。

进一步地，所述预设的调节时间取值范围为300-600秒。

进一步地，所述处理单元还包括一维持策略，所述跟随策略包括，当所述液态物质的温度T1满足一判断条件时，执行所述维持策略以维持所述液态物质的温度；

所述判断条件为

T1>a(Tx2-T2+Tx3)+b(3*Tx3-2*T3)+c;

其中，c为判断调节常量。

进一步地，所述维持策略包括通过一维持公式调节所述加热组件的输出功率P；

P=d(T1-T3)；

其中，d为预设的热传递效率常量。

进一步地，所述判断调节常量设置为0.5摄氏度。

进一步地，所述处理单元包括有定时模块，所述定时模块配置有预设的刷新时间tp，所述刷新时间tp=t/10，每隔所述刷新时间重新执行一次所述跟随策略。

本发明技术效果主要体现在以下方面：由于水床温度需要符合人体睡眠的标准，所以温度的调节以及设置尤为重要，所以通过三个不同位置的温度传感器采集温度，对水床的温度进行调节，使得调节符合人体睡眠需求，根据人体体表温度、环境温度以及物质温度控制输出，起到一个合理的调节效果，保证人体睡眠质量。

附图说明

图1：本发明水床俯视示意图；

图2：本发明电路结构示意图；

图3：本发明水床正视结构示意图；

图4：本发明外温传感器示意图。

附图标记：1、水床袋；2、液态物质；3、体表温度传感器；31、人体接触开关；32、温度探头；4、内温传感器；5、外温传感器；6、处理单元；7、加热组件。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

一种智能家居温度跟随式水床，包括

水床袋，水床袋内部可填充液态物质；

加热组件，设置于水床袋的底部，加热组件工作时加热水床袋内部的液态物质；

处理单元，耦接加热组件，用于控制加热组件工作；

内温传感器，耦接处理单元，设置于水床袋内部，用于检测液态物质的温度T1；

外温传感器，耦接处理单元，设置于水床袋外部，用于检测环境温度T2；

体表温度传感器，耦接处理单元，用于检测人体体表温度T3；

处理单元根据跟随策略调节液态物质的温度，跟随策略包括通过跟随公式计算加热组件的输出功率P；跟随公式为

P=-Cm/t[T1-a(Tx2-T2+Tx3)-b(3*Tx3-2*T3)];

其中，Cm为液态物质的热容量、t为预设的调节时间、a为外温调节参数、b为体温调节参数、Tx2为预设的外温常数、Tx3为预设的体温常数。

首先，对本发明的核心内容，输出功率（跟随公式）的原理进行详述，参照图2所示，需要实时获取三个读数，T1\T2\T3，得到三个读数后，根据这三个读数实时进行运算，首先根据热容量公式有：

Cm*△T=△Q（公式1）；也就是说，液态物质的热容量乘以温度值等于其吸收的内能，所以可以理解为如果需要让温度变化△T，则需要为热容量为Cm的液态物质提供△Q的内能。

再根据公式：

P*t=△Q(公式2)；也就是说，在理想状态下，提供的内能等于加热组件输出功率乘以输出时间（这里的输出时间也就是预设的调节时间），此时如果将加热时间t设置为已知量，那么则可以得到输出功率和内能的关系。

而：

△T=Tx1-T1（公式3）；其中Tx1是调节目标温度，也就是说，需要将液态物质加热达到的温度（如果不需要加热，则不需要执行对应的跟随策略，换言之，也就是在启动跟随策略时，调节目标温度一定会高于当前温度），所以结合公式1、2、3，可以得到：

Cm*（Tx1-T1）=P*t（公式4）；得到P=-Cm/t（T1-Tx1）（公式5），而此时仅仅需要计算出调节目标温度（在这种状态下，最适合人体睡眠的温度即可）；

首先，本数学模型罗列的几个条件：

1、环境温度对睡眠的影响：如果环境温度较低，且低于人体体温，那么此时睡眠时会有较大的热能散失，要达到合适的睡眠温度，则需要提供一个略高于人体体表温度的调节目标温度Tx1，反之，则需要一个略低于人体体表温度的调节目标温度Tx1；

2、体表温度对睡眠的影响：如果体表温度高于正常体温，此时睡眠会出现因体温过高的散热困难现象，人体会出现流汗、干燥等辅助降温行为，不利于睡眠，此时需要提供一个略低于人体体表温度的目标调节温度Tx1，反之，如果体温过低会导致人体出现保护机制，例如蜷缩、发抖等等，也不利于人体睡眠，所以需要提供一个略高于人体体表温度的目标调节温度；

3、水床的温度对睡眠的影响：如果水床温度高于体表温度5-9摄氏度以上，则会刺激体表热敏小体兴奋，人体会感觉到受热，不利于睡眠，反之，如果水床温度低于体表温度5-8摄氏度以上，则会刺激冷敏小体兴奋，人体会感觉到受冷，同样不利于睡眠，所以目标调节温度Tx1不能超过或低于人体体表温度过多。预设的调节时间t取值范围为300-600秒。

由于条件3的限制，本发明选择采用加权的算法，保证目标调节温度Tx1不能超过或低于人体体表温度过多，由于加权算法通过配置权值实现，所以每个权项相互独立，那么则相对于条件1，则有：

Tx1=a1(Tx2-T2+Tx3)（公式6-1），Tx2是理想状态下，最佳的睡眠的环境温度，可以根据需求预先配置，也可以根据多次试验获得，在此不做局限，甚至可以根据用户睡眠习惯进行调节和变化，而此时本实施仅做举例，例如最佳的环境温度为27摄氏度，那么检测的环境温度如果高于这个温度（例如28摄氏度），而此时理想状态下的人体温度Tx3时37度，而调节参数a1预设为0.95（这个值与水床和皮肤接触面积、热传导效率，人体睡眠时习惯裸露的面积以及热传导效率有关，一般取值为1.05到0.95之间，如果忽略这些变量，也可以直接将a1设置为1），所以可以根据公式6-1得到Tx1=34.2摄氏度，也就是说，根据上述取值，调节温度34.2度可以满足人体散热和吸热的平衡，条件1。预设的外温常数Tx2设置范围为26-28摄氏度之间，预设的体温常数的范围为36.5-37.5摄氏度之间。

根据条件2，则有：

Tx1=3*Tx3-2*T3（公式6-2），Tx3是在理想状态下，最佳的体表温度，可以根据需求预先配置，也可以根据多次试验获得，甚至可以根据用户睡眠习惯进行调节和变化，而此时本实施仅做距离，例如最佳的人体体表温度是37摄氏度，如果此时实际的体表温度高于这个温度值38摄氏度，那么此时需要设置水床的温度Tx1 取值为35摄氏度，就可以起到对温度调节的效果，保证睡眠的质量，满足条件2。

而根据条件3可知，同时满足条件1和条件2，则有

Tx1=a2*a1(Tx2-T2+Tx3)+b*（3*Tx3-2*T3）；其中b和a2均为权值，根据实际情况配置，而b+a2=1;令a=a2*a1，化简得：

Tx1=a(Tx2-T2+Tx3)+b*（3*Tx3-2*T3）（公式6）；可以优选a为0.3，b为0.7以满足条件3。

将公式6带入公式5，则得到跟随公式；

P=-Cm/t[T1-a(Tx2-T2+Tx3)-b(3*Tx3-2*T3)];通过跟随公式调节输出功率，可以起到一个保证睡眠质量的效果。

在一个实施例中，体表温度传感器设置为智能手表内置的体表温度传感器，智能手表和处理单元通过蓝牙连接。外温传感器设置为智能手表内置的外温传感器，智能手表和处理单元通过蓝牙连接。智能手表作为目前较为流行的可穿戴设备，可以检测人体温度以及检测环境温度，通过蓝牙连接到处理单元，无需额外的线路敷设，较为简单可靠。

在另一实施例中，参照图1和图3所示，体表温度传感器阵列地设置于水床袋的上表面，体表温度传感器包括人体接触开关、温度探头以及寄存器，温度探头受控于人体接触开关动作，当人体接触开关接触人体时，温度探头工作检测接触位置的温度，并将温度值送至寄存器，当温度探头工作一定时间后，寄存器输出人体体表温度至处理单元。而外温传感器可以设置在墙体上，而通过线缆连接到处理单元。

在另一个实施例中，处理单元还包括一维持策略，跟随策略包括，当液态物质的温度T1满足一判断条件时，执行维持策略以维持液态物质的温度；

判断条件为

T1>a(Tx2-T2+Tx3)+b(3*Tx3-2*T3)+c;

其中，c为判断调节常量。也就是说，当液态物质达到预设的温度值，就不再进行加热，而为了避免误差，则设置一个判断调节常量，可以设置为0.5，也就是说，当温度超过Tx1，0.5摄氏度时，则维持当前温度。

维持策略包括通过一维持公式调节加热组件的输出功率P；

P=d(T1-T3)；

其中，d为预设的热传递效率常量，而维持公式是根据体温和当前温度的差值，调节输出功率，也就是说，进入维持策略后，当前温度会逐渐靠近体温，起到一个恒温舒适的效果。

判断调节常量设置为0.5摄氏度。

处理单元包括有定时模块，定时模块配置有预设的刷新时间tp，刷新时间tp=t/10，每隔刷新时间重新执行一次跟随策略。如果t设置为300秒，那么也就是说，30秒刷新一次数据，起到一个较佳的更新效果。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种智能家居温度跟随式水床，其特征在于，包括

水床袋，所述水床袋内部可填充液态物质；

加热组件，设置于所述水床袋的底部，所述加热组件工作时加热所述水床袋内部的液态物质；

处理单元，耦接所述加热组件，用于控制加热组件工作；

内温传感器，耦接所述处理单元，设置于所述水床袋内部，用于检测所述液态物质的温度T1；

外温传感器，耦接所述处理单元，设置于所述水床袋外部，用于检测环境温度T2；

体表温度传感器，耦接所述处理单元，用于检测人体体表温度T3；

所述处理单元根据所述跟随策略调节所述液态物质的温度，所述跟随策略包括通过跟随公式计算所述加热组件的输出功率P；所述跟随公式为

P=-Cm/t[T1-a(Tx2-T2+Tx3)-b(3*Tx3-2*T3)];

其中，Cm为所述液态物质的热容量、t为预设的调节时间、a为外温调节参数、b为体温调节参数、Tx2为预设的外温常数、Tx3为预设的体温常数。

2.如权利要求1所述的一种智能家居温度跟随式水床，其特征在于，所述体表温度传感器设置为智能手表内置的体表温度传感器，所述智能手表和所述处理单元通过蓝牙连接。

3.如权利要求1所述的一种智能家居温度跟随式水床，其特征在于，所述外温传感器设置为智能手表内置的外温传感器，所述智能手表和所述处理单元通过蓝牙连接。

4.如权利要求1所述的一种智能家居温度跟随式水床，其特征在于，所述预设的外温常数Tx2设置范围为26-28摄氏度之间，所述预设的体温常数的范围为36.5-37.5摄氏度之间。

5.如权利要求1所述的一种智能家居温度跟随式水床，其特征在于，所述体表温度传感器阵列地设置于所述水床袋的上表面，所述体表温度传感器包括人体接触开关、温度探头以及寄存器，所述温度探头受控于所述人体接触开关动作，当所述人体接触开关接触人体时，所述温度探头工作检测接触位置的温度，并将温度值送至所述寄存器，当所述温度探头工作一定时间后，所述寄存器输出所述人体体表温度至所述处理单元。

6.如权利要求1所述的一种智能家居温度跟随式水床，其特征在于，所述预设的调节时间取值范围为300-600秒。

7.如权利要求1所述的一种智能家居温度跟随式水床，其特征在于，所述处理单元还包括一维持策略，所述跟随策略包括，当所述液态物质的温度T1满足一判断条件时，执行所述维持策略以维持所述液态物质的温度；

所述判断条件为

T1>a(Tx2-T2+Tx3)+b(3*Tx3-2*T3)+c;

其中，c为判断调节常量。

8.如权利要求7所述的一种智能家居温度跟随式水床，其特征在于，所述维持策略包括通过一维持公式调节所述加热组件的输出功率P；

P=d(T1-T3)；

其中，d为预设的热传递效率常量。

9.如权利要求7所述的一种智能家居温度跟随式水床，其特征在于，所述判断调节常量设置为0.5摄氏度。

10.如权利要求1所述的一种智能家居温度跟随式水床，其特征在于，所述处理单元包括有定时模块，所述定时模块配置有预设的刷新时间tp，所述刷新时间tp=t/10，每隔所述刷新时间重新执行一次所述跟随策略。