CN107713513A - 一种基于物联网的睡眠监控智能床垫 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的睡眠监控智能床垫，包括床垫本体(1)，其特征在于，还包括设置在床垫本体(1)上的监测装置(2)；所述床垫本体(1)包括包裹层(3)，设置在包裹层(3)内部且由上置下依次设置的柔性检测层(4)、上透气层(5)、弹簧层(6)以及下透气层(7)。本发明通过在床垫本体内设置非接触式心电传感器和呼吸传感器，在睡觉时可以检测人的心率信号和呼吸频率信号，并将心率信号和呼吸频率信号传送给移动终端，可以通过移动端监测睡眠者的睡眠状态数据，远程了解睡眠者的身体健康情况。

Description

一种基于物联网的睡眠监控智能床垫

技术领域

本发明涉及一种床垫，具体是指一种基于物联网的睡眠监控智能床垫。

背景技术

医学数据表明，夜间是疾病的高发期，急性心肌梗塞在夜间的发病率约占全天总发病率的一半，脑血栓患者在睡眠中发病猝死的人数高达70％～80％。另外，许多疾病也多在夜间加重，包括心功能不全、支气管炎、哮喘等。尤其是老年和重症患者，夜间发病概率更大，基于此，睡眠监控系统对尽早诊断和治疗疾病起到重要作用。睡眠监控系统可以提供宝贵数据，让人们可以更加充分的认识个人的睡眠情况，给出睡眠指引或者监督。目前市面上的睡眠监控系统大部分都需要专业人员来使用，并且使用这些仪器的成本非常高。现有技术中，可以佩戴在手臂上的人体活动记录仪，可以提供使用者动作信息，但是，这些设备必须要佩戴在身上，这会让用户觉得不舒服，所以设置一种可以为医学保健提供一些睡眠状态数据，同时不影响个人睡眠的睡眠监控系统显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于解决目前的睡眠监控系统所存在的缺陷，提供一种基于物联网的睡眠监控智能床垫。

本发明的目的通过下述技术方案现实：一种基于物联网的睡眠监控智能床垫，包括床垫本体，还包括设置在床垫本体上的监测装置；所述床垫本体包括包裹层，设置在包裹层内部且由上置下依次设置的柔性检测层、上透气层、弹簧层以及下透气层；所述监测装置设置在包裹层上；所述柔性检测层内部设置有非接触式心电传感器和呼吸传感器，所述非接触式心电传感器和呼吸传感器均与监测装置电连接；所述监测装置包括微处理器，均与微处理器相连接的第一A/D转换模块、第二A/D转换模块、时钟模块、储存器以及输出放大模块，与第一A/D转换模块相连接的心率信号处理模块，以及与第二A/D转换模块相连接的呼吸信号调理模块，与输出放大模块相连接的无线发送模块，以及通过无线网络与无线发送模块相连接的移动终端；所述心率信号处理模块与非接触式心电传感器相连接，所述呼吸信号调理模块与呼吸传感器相连接。

进一步的，所述心率信号处理模块包括放大器P1，一端与放大器P1的负极相连接、另一端与放大器P1的正极共同形成该心率信号处理模块的输入端的电阻R1，正极与放大器P1的负极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的电容C2，与电容C2相并联的电阻R3，正极与放大器P1的正极相连接、负极接地的电容C1，一端与电容C1的正极相连接、另一端接地的电阻R2，正极与放大器P1的输出端相连接、负极接地的电容C3，P极经电阻R4后与放大器P1的输出端相连接、N极与第一A/D转换模块相连接的二极管D1，正极与二极管D1的N极相连接、负极经电容C5后接地的电容C4，以及串接在二极管D1的P极和电容C4的负极之间的电阻R5；所述心率信号处理模块的输入端与非接触式心电传感器的信号输出端相连接。

所述呼吸信号调理模块包括放大器P2，放大器P3，正极与呼吸传感器相连接、负极经电阻R8后与放大器P2的负极相连接的电容C6，正极与放大器P2的负极相连接、负极与放大器P2的输出端相连接的电容C9，与电容C9相并联的电阻R10，负极接地、正极经电阻R9后与放大器P2的正极相连接的电容C8，正极与电容C8的正极相连接、负极与电容C8的负极相连接的电容C7，与电容C7相并联的电阻R7，一端与电容C8的正极相连接、另一端接电源的电阻R6，一端与放大器P2的输出端相连接、另一端接地的电阻R11，负极接地、正极经电阻R12后与放大器P2的输出端相连接的电容C10，串接在电容C10的正极和放大器P3的正极之间的电阻R13，以及正极与电容C10的正极相连接、负极与放大器P3的负极相连接的电容C11；所述放大器P3的负极与其输出端相连接、其输出端与第二A/D转换模块相连接。

所述输出放大模块包括放大器P4，放大器P5，一端与放大器P4的正极相连接、负极接地的电阻R16，一端与放大器P4的负极相连接、另一端经电阻R14后与微处理器相连接的电阻R15，正极与放大器P4的负极相连接、负极与放大器P4的输出端相连接的电容C12，P极与电阻R14和电阻R15的连接点相连接、N极与放大器P5的负极相连接的二极管D2，正极与放大器P5的负极相连接、负极与放大器P5的输出端相连接的电容C13，与电容C13相并联的电阻R18，串接在放大器P4的输出端和放大器P5的正极之间的电阻R17，以及一端与放大器P5的正极相连接、另一端接地的电阻R19；所述放大器P5的输出端与无线发送模块相连接。

所述上透气层和下透气层上均设置有透气孔。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

1、本发明通过在床垫本体内设置非接触式心电传感器和呼吸传感器，在睡觉时可以检测人的心率信号和呼吸频率信号，并将心率信号和呼吸频率信号传送给移动终端，可以通过移动端监测睡眠者的睡眠状态数据，远程了解睡眠者的身体健康情况。

2、本发明的心率信号处理模块和呼吸信号调理模块可以对检测到的心跳信号和呼吸信号进行处理，提高了其对心跳和呼吸频率的监测精度。

3、本发明的输出放大模块可以对信号进行放大处理，以抑制信号在远距离传输的过程中所产生的削弱，并且还可以防止信号产生频率漂移，提高信号的稳定性。

附图说明

图1为本发明的整体结构图。

图2为本发明的床垫本体的剖示图。

图3为本发明的柔性检测层的剖示图。

图4为本发明的监测装置的结构图。

图5为本发明的心率信号处理模块的电路结构图。

图6为本发明的呼吸信号调理模块的电路结构图。

图7为本发明的输出放大模块的电路结构图。

以下为附图中附图标记的名称：1—床垫本体，2—监测装置，3—包裹层，4—柔性检测层，5—上透气层，6—弹簧层，7—下透气层，8—接触式心电传感器，9—呼吸传感器，10—透气孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例

如图1所示，本发明的基于物联网的睡眠监控智能床垫，包括床垫本体1，和设置在床垫本体1上的监测装置2。当人在床垫本体1上睡觉时，则可以监测人的心率和呼吸频率信息。

具体的，如图2所示，该床垫本体1包括包裹层3，设置在包裹层3内部且由上置下依次设置的柔性检测层4、上透气层5、弹簧层6以及下透气层7。上述各层之间可以通过缝纫线连接，从而形成一个整体。所述监测装置2设置在包裹层3上，该监测装置2可以设置在床垫本体1的侧面，如图1所示，该监测装置2可以通过纺织线与包裹层3连接在一起。

该上透气层5和下透气层7可起定型支撑作用；为了起到透气作用，该上透气层5和下透气层7上均设计有透气孔10。弹簧层6可以增加床垫本体1的弹性和承托力，防止床垫本体1变形，延长床垫的使用寿命。

柔性检测层4可以检测人在睡眠时的心率和呼吸频率信号；具体的，如图3所示，该柔性检测层4内部设置有非接触式心电传感器8和呼吸传感器9，所述非接触式心电传感器8和呼吸传感器9均与监测装置2电连接。该非接触式心电传感器8可以监测人在睡眠时的心率信号，呼吸传感器9可以监测人在睡眠时的呼吸频率信号。该非接触式心电传感器8和呼吸传感器9监测到的信号均传输给监测装置2。该柔性检测层4为无纺布，非接触式心电传感器8和呼吸传感器9通过纺织线固定在无纺布上。

另外，如图4所示，该监测装置2包括微处理器，第一A/D转换模块，第二A/D转换模块，时钟模块，储存器，输出放大模块，无线发送模块，呼吸信号调理模块，心率信号处理模块以及移动终端。

该心率信号处理模块可以对非接触式心电传感器输出的心率信号进行处理，并传输给第一A/D转换模块，其与第一A/D转换模块的信号输入接口连接。该第一A/D转换模块用于将接收到的心率信号转换为数字信号，并传输给微处理器，该第一A/D转换模块可采用TLV1544转换芯片，其信号输出接口与微处理器的信号输入接口相连接。呼吸信号调理模块可以对呼吸传感器输出的呼吸频率信号进行处理，并传输给第二A/D转换模块，其与第二A/D转换模块的信号输入接口连接。该第二A/D转换模块用于将接收到的呼吸频率信号转换为数字信号，并传输给微处理器，该第二A/D转换模块可采用TLV1544转换芯片，其信号输出接口与微处理器的信号输入接口相连接。微处理器可以将接收到的呼吸频率信号和心率信号发送到储存器储存，时钟模块可以提供监测时间，微处理器根据不同时间监测到的呼吸频率信号和心率信号进行处理，并发送给输出放大模块，该输出放大模块与微处理器相连接。输出放大模块对信号进行处理后发送给无线发送模块，该无线发送模块的输入接口与输出放大模块的输出端相连接。该无线发送模块通过无线网络与移动终端相连，无线发送模块通过无线网络将信号发送给移动终端。该时钟模块和储存器均与微处理器相连接。该微处理器可采用STC89C52单片机；该无线发送模块的型号为JF24D。该微处理器，第一A/D转换模块，第二A/D转换模块，时钟模块，储存器，输出放大模块，无线发送模块，呼吸信号调理模块，心率信号处理模块集成在一个盒体内。

为了提高心率监测的准确性，如图5所示，该心率信号处理模块包括放大器P1，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电容C1，电容C2，电容C3，电容C4，电容C5以及二极管D1。

连接时，电阻R1的一端与放大器P1的负极相连接、另一端与放大器P1的正极共同形成该心率信号处理模块的输入端。电容C2的正极与放大器P1的负极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接。电阻R3与电容C2相并联。电容C1的正极与放大器P1的正极相连接、负极接地。电阻R2的一端与电容C1的正极相连接、另一端接地。电容C3的正极与放大器P1的输出端相连接、负极接地。二极管D1的P极经电阻R4后与放大器P1的输出端相连接、N极与第一A/D转换模块相连接。电容C4的正极与二极管D1的N极相连接、负极经电容C5后接地。电阻R5串接在二极管D1的P极和电容C4的负极之间。所述心率信号处理模块的输入端与非接触式心电传感器8的信号输出端相连接。

非接触式心电传感器输出的微弱信号输入到放大器P1，由放大器P1进行放大处理，该电容C2可以限制放大器P1的增益，降低信号的干扰；电阻R3可以稳定放大器P1的工作点。电阻R5、电容C4以及电容C5共同构成一个带通滤波器，放大器P1输出的心率信号输入到带通滤波器中，由带通滤波器对心率信号中的干扰信号进行过滤，经处理后的心率信号输出给第一A/D转换模块，由第二A/D转换模块转换成数字信号后传输给微处理器。其中，放大器P1的型号为OPA27，电阻R1的阻值为1KΩ，电阻R2的阻值为100KΩ，电阻R3的阻值为10KΩ，电阻R4的阻值为4.7KΩ，电阻R5的阻值为15KΩ，电容C1的容值为0.1μF，电容C2的容值为0.01μF，电容C3的容值为1μF，电容C4和电容C5的容值均为0.047μF，二极管D1的型号为1N4001。

为了提高呼吸频率信号监测的准确性，如图6所示，该呼吸信号调理模块包括放大器P2，放大器P3，正极与呼吸传感器9相连接、负极经电阻R8后与放大器P2的负极相连接的电容C6，正极与放大器P2的负极相连接、负极与放大器P2的输出端相连接的电容C9，与电容C9相并联的电阻R10，负极接地、正极经电阻R9后与放大器P2的正极相连接的电容C8，正极与电容C8的正极相连接、负极与电容C8的负极相连接的电容C7，与电容C7相并联的电阻R7，一端与电容C8的正极相连接、另一端接电源的电阻R6，一端与放大器P2的输出端相连接、另一端接地的电阻R11，负极接地、正极经电阻R12后与放大器P2的输出端相连接的电容C10，串接在电容C10的正极和放大器P3的正极之间的电阻R13，以及正极与电容C10的正极相连接、负极与放大器P3的负极相连接的电容C11。所述放大器P3的负极与其输出端相连接、其输出端与第二A/D转换模块相连接。

该电容C6、电阻R8、放大器P2、电阻R10、电阻R11以及电容C9共同形成一个滤波电路，该滤波电路可以去除直流和极低频干扰，并抑制高频干扰，同时对50Hz的工频干扰有初步的衰减；该电阻R9可以消除放大器P2的偏置电压，电容C7和电容C8可以对电压进行过滤。放大器P2的型号为OPA27，电容C6的容值为0.1μF，电容C7的容值为220μF，电容C8的容值为0.1μF，电容C9的容值为0.01μF，电阻R6和电阻R7的阻值均为10KΩ，电阻R8的阻值为500Ω，电阻R9的阻值为2.2KΩ，电阻R10的阻值为100KΩ，电阻R11的阻值为5.1KΩ。呼吸传感器输出的呼吸频率信号经电容C6和电阻R8后输入放大器P2，再由放大器P2的输出端输出。该放大器P3、电容C11、电容C10以及电阻R13共同形成一个带阻滤波器，该带阻滤波器可以很好的对50Hz的工频干扰进行衰减。放大器P2输出的呼吸频率信号经电阻R12后输入到带阻滤波器中，经过处理后再从放大器P3的输出端输出给第二A/D转换模块，由第二A/D转换模块转换成数字信号后传输给微处理器。微处理器将接收到的呼吸频率信号和心率信号发送到储存器储存，时钟模块可以提供监测时间，微处理器根据不同时间监测到的呼吸频率信号和心率信号进行处理，并发送给输出放大模块。

如图7所示，所述输出放大模块包括放大器P4，放大器P5，一端与放大器P4的正极相连接、负极接地的电阻R16，一端与放大器P4的负极相连接、另一端经电阻R14后与微处理器相连接的电阻R15，正极与放大器P4的负极相连接、负极与放大器P4的输出端相连接的电容C12，P极与电阻R14和电阻R15的连接点相连接、N极与放大器P5的负极相连接的二极管D2，正极与放大器P5的负极相连接、负极与放大器P5的输出端相连接的电容C13，与电容C13相并联的电阻R18，串接在放大器P4的输出端和放大器P5的正极之间的电阻R17，以及一端与放大器P5的正极相连接、另一端接地的电阻R19；所述放大器P5的输出端与无线发送模块相连接。

微处理器输出的信号经电阻R14和电阻R15后输入给放大器P4，由放大器P4进行放大处理，处理后的信号从放大器P4的输出端输出给放大器P5，由放大器P5进行再次放大后输出给无线发送模块。该电容C12可以降低该放大器P4的频点的信号增益，并降低信号干扰；电容C13可以降低信号在放大过程中的信号干扰，电阻R18可以稳定放大器P5的工作点，从而防止信号产生频率漂移，提高信号的稳定性。通过对检测信号进行放大处理，可以很好的抑制信号在远距离传输的过程中所产生的削弱。其中，放大器P4和放大器P5的型号均为OP37，二极管D2的型号为1N4001，电阻R14和电阻R15的阻值均为5KΩ，电阻R16的阻值为10KΩ，电阻R17的阻值为2.2KΩ，电阻R19的阻值为15KΩ，电阻R18的阻值为10KΩ，电容C12的容值为4.7μF，电容C13的容值为2.2μF。

无线发送模块接收到检测信号后通过无线网络将信号发送给移动终端，通过移动终端则可以监测睡眠者的睡眠状态数据。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (5)

1.一种基于物联网的睡眠监控智能床垫，包括床垫本体(1)，其特征在于，还包括设置在床垫本体(1)上的监测装置(2)；所述床垫本体(1)包括包裹层(3)，设置在包裹层(3)内部且由上置下依次设置的柔性检测层(4)、上透气层(5)、弹簧层(6)以及下透气层(7)；所述监测装置(2)设置在包裹层(3)上；所述柔性检测层(4)内部设置有非接触式心电传感器(8)和呼吸传感器(9)，所述非接触式心电传感器(8)和呼吸传感器(9)均与监测装置(2)电连接；所述监测装置(2)包括微处理器，均与微处理器相连接的第一A/D转换模块、第二A/D转换模块、时钟模块、储存器以及输出放大模块，与第一A/D转换模块相连接的心率信号处理模块，以及与第二A/D转换模块相连接的呼吸信号调理模块，与输出放大模块相连接的无线发送模块，以及通过无线网络与无线发送模块相连接的移动终端；所述心率信号处理模块与非接触式心电传感器(8)相连接，所述呼吸信号调理模块与呼吸传感器(9)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的睡眠监控智能床垫，其特征在于，所述心率信号处理模块包括放大器P1，一端与放大器P1的负极相连接、另一端与放大器P1的正极共同形成该心率信号处理模块的输入端的电阻R1，正极与放大器P1的负极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的电容C2，与电容C2相并联的电阻R3，正极与放大器P1的正极相连接、负极接地的电容C1，一端与电容C1的正极相连接、另一端接地的电阻R2，正极与放大器P1的输出端相连接、负极接地的电容C3，P极经电阻R4后与放大器P1的输出端相连接、N极与第一A/D转换模块相连接的二极管D1，正极与二极管D1的N极相连接、负极经电容C5后接地的电容C4，以及串接在二极管D1的P极和电容C4的负极之间的电阻R5；所述心率信号处理模块的输入端与非接触式心电传感器(8)的信号输出端相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的睡眠监控智能床垫，其特征在于，所述呼吸信号调理模块包括放大器P2，放大器P3，正极与呼吸传感器(9)相连接、负极经电阻R8后与放大器P2的负极相连接的电容C6，正极与放大器P2的负极相连接、负极与放大器P2的输出端相连接的电容C9，与电容C9相并联的电阻R10，负极接地、正极经电阻R9后与放大器P2的正极相连接的电容C8，正极与电容C8的正极相连接、负极与电容C8的负极相连接的电容C7，与电容C7相并联的电阻R7，一端与电容C8的正极相连接、另一端接电源的电阻R6，一端与放大器P2的输出端相连接、另一端接地的电阻R11，负极接地、正极经电阻R12后与放大器P2的输出端相连接的电容C10，串接在电容C10的正极和放大器P3的正极之间的电阻R13，以及正极与电容C10的正极相连接、负极与放大器P3的负极相连接的电容C11；所述放大器P3的负极与其输出端相连接、其输出端与第二A/D转换模块相连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的睡眠监控智能床垫，其特征在于，所述输出放大模块包括放大器P4，放大器P5，一端与放大器P4的正极相连接、负极接地的电阻R16，一端与放大器P4的负极相连接、另一端经电阻R14后与微处理器相连接的电阻R15，正极与放大器P4的负极相连接、负极与放大器P4的输出端相连接的电容C12，P极与电阻R14和电阻R15的连接点相连接、N极与放大器P5的负极相连接的二极管D2，正极与放大器P5的负极相连接、负极与放大器P5的输出端相连接的电容C13，与电容C13相并联的电阻R18，串接在放大器P4的输出端和放大器P5的正极之间的电阻R17，以及一端与放大器P5的正极相连接、另一端接地的电阻R19；所述放大器P5的输出端与无线发送模块相连接。

5.根据权利要求1～4所述的一种基于物联网的睡眠监控智能床垫，其特征在于，所述上透气层(5)和下透气层(7)上均设置有透气孔(10)。