CN108618880A - 一种具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，属于床上用品领域。本发明包括柔性枕头、柔性气垫（和枕头相连接）、PVDF呼吸传感器，柔性枕头内嵌微型充气泵、气囊、微型麦克风、低通滤波器、中央处理器、蓝牙模块、储存器以及充电电池。柔性气垫内部设有气囊，柔性枕头内的气囊与柔性气垫内部的气囊连接，微型麦克风与中央处理器连接，PVDF呼吸传感器与蓝牙接收模块连接，微型充气泵、低通滤波器、充电电池、蓝牙接收模块均与中央处理器连接。本发明通过PVDF呼吸传感器、声音传感器、气囊的三者结合，实现枕头和气垫自动调节高度和斜度，以此消除鼾声；当PVDF呼吸传感器，实现防止呼吸暂停发生的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，属于床上用品领域。
背景技术
说起打鼾，很多人都不把它当回事，有人甚至认为这是睡得香的标志。但是，经常忽高忽低地不规则打熟，就可能隐藏着大问题，既睡眠呼吸暂停综合症。随着社会竞争加剧，人们生活节奏加快，睡眠呼吸暂停综合症的发病率不断升高，已经成为常见疾病，临床表现复杂多样。世界各国都面临睡眠障碍难题。据估计，目前全球每天约有3千人死于睡眠疾病，而几乎所有的患者都有在睡觉时打熟的临床表现。
睡眠呼吸暂停综合征(Sleep Apnea Syndrome, SAS )是一种具有潜在危险的病症，可能诱发心肌梗死、脑血管意外等病症，严重的情况下，甚至发生睡眠中碎死，危及生命。通过对患者睡眠呼吸情况的实时监控，可以发现睡眠呼吸暂停综合症的长度和频度，智能枕头根据实时监控的睡眠信号调节高度和斜度，不仅可以帮助患者诊治和止酣，而且可以极早预防各种并发症的发生，提高患者的存活率。
现阶段已有监测用户的睡眠状态，使用户能够了解自身的睡眠情况的设备。例如当前新兴的智能手环或者类似的设备，就具备监测用户睡眠的功能，但缺陷是不具备睡姿调节功能。
现阶段也有少数智能终端设备，如具有可调节高度的枕头等，以此来改变睡姿，但都结构复杂，调整时严重影响使用舒适度且不具备睡眠相关数据的储存功能，最大的问题在于仅通过改变枕头高度来调节睡姿会造成使用者出现落枕现象，不适合长时间使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，巧妙的通过PVDF呼吸传感器、声音检测装置、气囊的三者结合，实现枕头和气垫自动调节高度和斜度，同时改变嗜酣者的头部和身体的睡眠姿势，避免落枕发生，以此消除鼾声，特别地，当PVDF呼吸传感器检测到无呼吸活动时，微型充气泵快速运行，通过枕头和气垫的反复快速震动唤醒酣睡者，达到预防呼吸暂停的作用。
本发明采用的技术方案是：一种具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，包括柔性枕头1、柔性气垫4、PVDF呼吸传感器，柔性气垫4与柔性枕头1连接，柔性枕头1表面设有气孔3、USB接口2，柔性枕头1内部设有微型充气泵、气囊、微型麦克风、中央处理器、低通滤波器、充电电池、蓝牙接收模块，柔性气垫4内部设有气囊，柔性枕头1内的气囊位于柔性枕头1的左右两端且均与微型充气泵连接，柔性气垫4内的气囊位于柔性气垫4的左右两端，柔性气垫4左端的气囊与柔性枕头1左端的气囊连接，柔性气垫4右端的气囊与柔性枕头1右端的气囊连接，USB接口2与充电电池连接，气孔3与微型充气泵连接，微型麦克风与低通滤波器连接，PVDF呼吸传感器安装在酣睡者腹部且内含蓝牙发射模块，蓝牙发射模块与蓝牙接收模块无线通讯，微型充气泵、低通滤波器、充电电池、蓝牙接收模块均与中央处理器连接。
优选地，所述的柔性枕头1内部还设有储存器，储存器的输入端和中央处理器连接，输出端和USB接口2连接。
具体地，所述的PVDF呼吸传感器包括左边腹部镶嵌带5、贴合层6、液压层7、感应层8、右边腹部镶嵌带9，所述左边腹部镶嵌带5的一端连接在贴合层6左边，右边腹部镶嵌带9的一端连接在贴合层6右边，贴合层6直接和皮肤接触，右边腹部镶嵌带9的另一端设有安装孔，左边腹部镶嵌带5的另一端插入右边腹部镶嵌带9上的安装孔将右边腹部镶嵌带9的另一端与左边腹部镶嵌带5的另一端连接在一起；液压层7镶嵌在贴合层6内部，液压层7为存放液体的封闭液囊；感应层8紧贴于液压层7上部，感应层8上放置有连接在一起的PVDF压电薄膜和信号处理电路板。
优选地，所述的气孔3包括左右两个，对称安装在柔性枕头1的后半部分；微型充气泵包括对称设置的左右两个，左端微型充气泵一端与左端气孔连接，另一端与柔性枕头1内的左端气囊连接，右端微型充气泵一端与右端气孔连接，另一端与柔性枕头1内的右端气囊连接；所述的USB接口2包括左右两个，对称设置于柔性枕头1的左右两侧；充电电池的包括左右两个，对称安装在柔性枕头1的两端。
优选地，所述的微型麦克风、低通滤波器的数量为一个，且安装在柔性枕头1的中间位置，中央处理器的数量为两个，对称安装在柔性枕头1的中间位置。
优选地，所述的微型麦克风、低通滤波器均包括左右两个，均对称安装在柔性枕头1的左右两端，中央处理器的数量为一个，安装在柔性枕头1的中间位置。
优选地，所述的充电电池为具有储电功能的锂电池。
本发明的有益效果是：采用柔性枕头和柔性气垫，进一步提高使用该智能枕头的舒适度，通过PVDF呼吸传感器、声音传感器、气囊的三者结合，实现鼾声消除，达到预防呼吸暂停的作用。因为是身体和头部睡姿同时改变，避免了因单一改变头部睡姿而引起的落枕现象。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的PVDF呼吸传感器的俯视图；
图3为本发明的PVDF呼吸传感器的正视图；
图 4为本发明的硬件的连接结构框图。
图中各标号为：柔性枕头-1、气孔-2、USB接口-3、柔性气垫-4、左边腹部镶嵌带-5、贴合层-6、液压层-7、感应层-8、右边腹部镶嵌带-9、内嵌装置-10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明。
实施例1：如图1-4所示，一种具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，包括柔性枕头1、柔性气垫4、PVDF呼吸传感器，柔性气垫4与柔性枕头1连接，柔性枕头1表面设有气孔3、USB接口2，柔性枕头1内部设有微型充气泵、气囊、微型麦克风、中央处理器、低通滤波器、充电电池、蓝牙接收模块，柔性气垫4内部设有气囊，柔性枕头1内的气囊位于柔性枕头1的左右两端且均与微型充气泵连接，柔性气垫4内的气囊位于柔性气垫4的左右两端，柔性气垫4左端的气囊与柔性枕头1左端的气囊连接，柔性气垫4右端的气囊与柔性枕头1右端的气囊连接，USB接口2与充电电池连接，气孔3与微型充气泵连接，微型麦克风与低通滤波器连接，PVDF呼吸传感器安装在酣睡者腹部且内含蓝牙发射模块，蓝牙发射模块与蓝牙接收模块无线通讯，微型充气泵、低通滤波器、充电电池、蓝牙接收模块均与中央处理器连接。
进一步地，所述的柔性枕头1内部还设有储存器，储存器的输入端和中央处理器连接，输出端和USB接口2连接。所述的储存器用于储存酣睡者的睡眠数据，比如呼声的间隙，分贝，还有腹部因呼吸产生的震动规律信号等，用户可以通过与储存器连接的USB接口2导出存储器中存储的内容，便于用户了解自己的睡眠信息。微型充气泵、气囊、微型麦克风、中央处理器、低通滤波器、充电电池、蓝牙接收模块和储存器一起组成内嵌装置10。
进一步地，如图2、3所示，所述的PVDF呼吸传感器包括左边腹部镶嵌带5、贴合层6、液压层7、感应层8、右边腹部镶嵌带9，所述左边腹部镶嵌带5的一端连接在贴合层6左边，右边腹部镶嵌带9的一端连接在贴合层6右边，贴合层6直接和皮肤接触，右边腹部镶嵌带9的另一端设有安装孔，左边腹部镶嵌带5的另一端插入右边腹部镶嵌带9上的安装孔将右边腹部镶嵌带9的另一端与左边腹部镶嵌带5的另一端连接在一起；液压层7镶嵌在贴合层6内部，液压层7为存放液体的封闭液囊；感应层8紧贴于液压层7上部，感应层8上放置有连接在一起的PVDF压电薄膜和信号处理电路板。
PVDF呼吸传感器具体工作时：将PVDF压电薄膜安装在感应层8的卡槽内，感应层8紧贴于液压层7上壁，液压层7的下壁（贴合层）和皮肤接触，利用橡胶的弹性和腹部皮肤贴合，从而增加了传感器的接触面积。腹部呼吸震动就会由液压层7中的液体传导至PVDF压电薄膜的感应面，PVDF聚偏氟乙烯压电薄膜在受到应力作用时，会将薄膜两侧受到的应力变化转换为薄膜两侧的电荷变化输出给信号预处理模块，信号预处理模块将PVDF压电薄膜的输出信号通过差分电荷放大器后进行分析，进而判断出使用者的睡眠呼吸状态。
进一步地，所述的气孔3包括左右两个，对称安装在柔性枕头1的后半部分；微型充气泵包括对称设置的左右两个，左端微型充气泵一端与左端气孔连接，另一端与柔性枕头1内的左端气囊连接，右端微型充气泵一端与右端气孔连接，另一端与柔性枕头1内的右端气囊连接；所述的USB接口2包括左右两个，对称设置于柔性枕头1的左右两侧；充电电池的包括左右两个，对称安装在柔性枕头1的两端。通过两个气孔、两个微型充气泵分别对两个气囊进行充放气，可以使气囊快速实现充放气。储存器也包括左右两个，左右两USB接口作用相同，分别与左右两个充电电池连接，充电口和数据读取接口都使用同一个USB接口3，也可以分开使用。
更进一步地，所述的微型麦克风、低通滤波器的数量为一个，且安装在柔性枕头1的中间位置，中央处理器的数量为两个，对称安装在柔性枕头1的中间位置。
进一步地，所述的充电电池为具有储电功能的锂电池。
具体地，所述的微型麦克风用于采集酣睡者的鼾声，微型麦克风输出端与低通滤波器的输入端相连接，本实施例中，仅含有一个微型麦克风及低通滤波器，且微型麦克风以及低通滤波器放置在柔性枕头1的中间（高度不变处），所述的气孔3、微型充气泵、USB接口2、充电电池、中央处理器的数量均为两个，且均以对称方式内嵌在枕头左右两端。所述的低通滤波器对采集到的鼾声信号进行低通滤波处理。低通滤波器输出端分别和左右两端的中央处理器相连接；所述的蓝牙接收模块用于接收PVDF呼吸传感器传来的酣睡者腹部震动信号，蓝牙接收模块的输出端和任一中央处理器相连接，将酣睡者胸部震动信号传输给中央处理器进行分析；所述的微型充气泵用于智能枕头的充气和放气，以此调节枕头的高度和斜度，微型充气泵的信号输入端和中央处理器相连接；所述的微型充气泵输出端和气囊相连接；充电电池输出端和中央处理器相连接，为内嵌装置供电；电池输入端和USB接口连接，可实现外部充电。
本实施例中，所述的柔性枕头1呈长方形，未充气时柔性枕头1表面高度一致，当气泵工作处于充气状态时，柔性枕头1的两头高度高于中间高度（中间处于起始高度），枕头呈一定斜度。所述的柔性气垫4和柔性枕头1相连接，其中左边的柔性气垫4和左边柔性枕头1相连接；右边的柔性气垫4和右边的柔性枕头1相连接。未充气时柔性气垫4表面高度一致，当气泵工作处于充气状态时，柔性气垫4的两头高度高于中间高度（中间处于起始高度），枕套呈一定斜度。
本发明的工作原理是：所述的柔性枕头1起始的表面高度一致，不存在斜度，柔性枕头1总体呈长方形，当微型麦克风收集到酣睡者的鼾声时，两个中央处理器会发出指令给两个微型充气泵，两个微型充气泵工作，通过两个气孔3给柔性枕头1充气，柔性枕头1的两头高度高于中间高度（中间处于起始高度），枕头呈一定斜度。所述的柔性气垫和柔性枕头相连接，其中左边的柔性气垫左边柔性枕头相连接；右边的柔性气垫和右边的柔性枕头相连接。未充气时柔性气垫表面高度一致，当气泵工作处于充气状态时，柔性气垫的两头高度高于中间高度（中间处于起始高度），枕套呈一定斜度。通过调节柔性气垫的高度和斜度改变酣睡者的身体睡姿，避免仅通过改变头部睡姿引起的落枕现象。
睡眠呼吸暂停综合征患者具有发生呼吸暂停的风险，因此用PVDF呼吸传感器检测睡眠者呼吸规律，当发生呼吸暂停时，腹部不会因呼吸凸起。本发明将液压PVDF传感器绑在腰部，利用橡胶的弹性和腹部皮肤贴合，增加传感器和皮肤的接触面积。呼吸时腹部震动就会由囊中的液体传导至传感器的感应面，以此检测人在睡眠呼吸时腹部运动产生的信号，根据监测到的信号判断人的睡眠呼吸的实时状态。PVDF呼吸传感器检测到睡眠者一定时间腹部无运动既发生呼吸暂停现象，通过无线蓝牙发送模块和蓝牙接收模块将信号传输给中央处理器，中央处理器发出指令使微型充气泵快速运行，通过枕头和气垫的反复快速震动唤醒酣睡者，达到预防呼吸暂停的作用。
实施例2：本实施例与实施例1的结构相同，区别点在于：所述的微型麦克风、低通滤波器均包括左右两个，均对称安装在柔性枕头1的左右两端，中央处理器的数量为一个，安装在柔性枕头1的中间位置，同时和柔性枕头1的左右两端内嵌的其他装置连接。
在这种结构下，柔性枕头1及气垫4的高度调节的原理和实施例1略有不同：工作柔性枕头1两边都有内嵌的微型麦克风，酣睡者睡在智能枕头上，靠近一边微型麦克风时，被靠近的微型麦克风接收到的鼾声一定大于远离一边的麦克风，中央处理器通过对比两边微型麦克风收集到的鼾声的微小分贝差值，以此确定酣睡者靠近柔性枕头1的左边还是右边，中央处理器控制酣睡者靠近微型麦克风的一边枕头提高，进而使酣睡者调整睡姿，使酣睡者咽喉部松弛的肌肉就不会闭合堵塞，呼气顺畅，就不会打鼾。
本发明通过PVDF呼吸传感器、声音传感器、气囊的三者结合，微型麦克风用于检测酣睡者鼾声，中央处理器根据微型麦克风检测到的鼾声，控制气囊充放气，进而实现枕头和气垫自动调节高度和斜度，同时改变嗜酣者的头部和身体的睡眠姿，避免落枕发生，以此消除鼾声。特别地，当PVDF呼吸传感器检测到无呼吸活动时，微型充气泵快速运行，通过枕头和气垫的反复快速震动唤醒酣睡者，达到预防呼吸暂停的作用。
上面结合附图对本发明的具体实施做出了详细说明，但本发明并不局限于上述实施例，凡在本发明的思想和原则之内，所做的任何修改、等同于替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，其特征在于：包括
柔性枕头（1）、柔性气垫（4）、PVDF呼吸传感器，柔性气垫（4）与柔性枕头（1）连接，柔性枕头（1）表面设有气孔（3）、USB接口（2），柔性枕头（1）内部设有微型充气泵、气囊、微型麦克风、中央处理器、低通滤波器、充电电池、蓝牙接收模块，柔性气垫（4）内部设有气囊，柔性枕头（1）内的气囊位于柔性枕头（1）的左右两端且均与微型充气泵连接，柔性气垫（4）内的气囊位于柔性气垫（4）的左右两端，柔性气垫（4）左端的气囊与柔性枕头（1）左端的气囊连接，柔性气垫（4）右端的气囊与柔性枕头（1）右端的气囊连接，USB接口（2）与充电电池连接，气孔（3）与微型充气泵连接，微型麦克风与低通滤波器连接，PVDF呼吸传感器安装在酣睡者腹部且内含蓝牙发射模块，蓝牙发射模块与蓝牙接收模块无线通讯，微型充气泵、低通滤波器、充电电池、蓝牙接收模块均与中央处理器连接。
2.根据权利要求1所述的具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，其特征在于：所述的柔性枕头（1）内部还设有储存器，储存器的输入端和中央处理器连接，输出端和USB接口（2）连接。
3.根据权利要求1所述的具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，其特征在于：所述的PVDF呼吸传感器包括左边腹部镶嵌带（5）、贴合层（6）、液压层（7）、感应层（8）、右边腹部镶嵌带（9），所述左边腹部镶嵌带（5）的一端连接在贴合层（6）左边，右边腹部镶嵌带（9）的一端连接在贴合层（6）右边，贴合层（6）直接和皮肤接触，右边腹部镶嵌带（9）的另一端设有安装孔，左边腹部镶嵌带（5）的另一端插入右边腹部镶嵌带（9）上的安装孔将右边腹部镶嵌带（9）的另一端与左边腹部镶嵌带（5）的另一端连接在一起；液压层（7）镶嵌在贴合层（6）内部，液压层（7）为存放液体的封闭液囊；感应层（8）紧贴于液压层（7）上部，感应层（8）上放置有连接在一起的PVDF压电薄膜和信号处理电路板。
4.根据权利要求1所述的具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，其特征在于：所述的气孔（3）包括左右两个，对称安装在柔性枕头（1）的后半部分；微型充气泵包括对称设置的左右两个，左端微型充气泵一端与左端气孔连接，另一端与柔性枕头（1）内的左端气囊连接，右端微型充气泵一端与右端气孔连接，另一端与柔性枕头（1）内的右端气囊连接；所述的USB接口（2）包括左右两个，对称设置于柔性枕头（1）的左右两侧；充电电池的包括左右两个，对称安装在柔性枕头（1）的两端。
5.根据权利要求4所述的具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，其特征在于：所述的微型麦克风、低通滤波器的数量为一个，且安装在柔性枕头（1）的中间位置，中央处理器的数量为两个，对称安装在柔性枕头（1）的中间位置。
6.根据权利要求4所述的具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，其特征在于：所述的微型麦克风、低通滤波器均包括左右两个，均对称安装在柔性枕头（1）的左右两端，中央处理器的数量为一个，安装在柔性枕头（1）的中间位置。
7.根据权利要求1所述的具有止酣和防止呼吸暂停发生功能的智能设备，其特征在于：所述的充电电池为具有储电功能的锂电池。
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