CN108652357A - 一种枕头高度及枕中心与枕边高度差可随人的颈椎生理曲线自动调节的结构枕 - Google Patents

Abstract

本发明工公开了一种枕头高度及枕中心与枕边高度差可随人的颈椎生理曲线自动调节的结构枕，包括枕头体，所述枕头体内设有单片机和通过自带第一压力传感器与单片机连接的第一气囊及通过自带第二压力传感器与单片机连接的第二气囊，第一气囊和第二气囊通过气管连通与单片机连接的自动充气泵，第一气囊上设有与单片机连接的第一充气阀和第一放气阀，第二气囊上设有与单片机连接的第二充气阀和第二放气阀，第一充气阀和第一放气阀、第二充气阀和第二放气阀分别连通的条气管分支头伸出枕头体外，单片机外接枕头体外的按键输入设备。这种结构枕，成本低、调节控制系统具有较好的稳定性与鲁棒性，可提高响睡眠质量。

Description

一种枕头高度及枕中心与枕边高度差可随人的颈椎生理曲线 自动调节的结构枕

技术领域

本发明涉及保健产品技术，具体是一种枕头高度及枕中心与枕边高度差可随人的颈椎生理曲线自动调节的结构枕。

背景技术

随着社会经济的快速发展，生活节奏的加快，失眠、颈椎病等逐渐成为人们常见的慢性病，且诱发多种疾病，严重影响人的身心健康。已有研究表明，全球6亿失眠者中，有1.5亿是因枕头不适造成的。

每个人都有不同的颈椎生理曲线，这种颈椎生理曲线既保证了颈椎外在的肌肉平衡，又保持了椎管内的生理解剖状态，因此枕头的高度要符合不同人的颈椎生理曲度。若枕头过高，头颈就会过度前屈，则颈椎后方的肌群与韧带易引起劳损，同时椎管硬膜囊后壁被拉紧，脊髓前移，并对脊髓造成压迫，使用久了，会加速颈椎的退行性变，易于诱发椎间盘退变与突、脱出，出现骨质增生改变，导致颈椎病的发生；枕头过低，头颈势必过度后仰，前凸曲度加大，使椎体前方的肌肉和韧带过度紧张，时间长了会出现疲劳，甚至引起慢性损伤，加速退行性变。所以枕头不宜过高或过低，以能维持人体生理曲线为佳，一般讲，仰卧于枕头上，枕头高以枕中央受压状态下8-10厘米为宜，或按公式计算：(肩宽-头宽)÷2，而在枕的两端应比中央高出6-8厘米左右，因为侧卧时，肩部在下垫起，会使颈椎弯曲，增加枕两端高度可消除这一不良影响。

现有的结构枕主要通过手动充气、放气的方式来调整枕头的高度来适应人的不同颈椎生理曲线。手动调整枕头高度的优点是调节简单，成本较低，在一定程度上解决枕头高度与人的颈椎生理曲线适应性问题，但是手动充气、放气操作不具备智能性，不能自动调节枕头高度及枕中心与枕边高度差与人的颈椎生理曲线达到最佳适应状态。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种枕头高度及枕中心与枕边高度差可随人的颈椎生理曲线自动调节的结构枕。这种结构枕可适应不同人的颈椎生理曲线自动调节枕头高度及头部与颈部的高度差，成本低、调节控制系统具有较好的稳定性与鲁棒性，可提高响睡眠质量。

实现本发明目的的技术方案是：

一种枕头高度及枕中心与枕边高度差可随人的颈椎生理曲线自动调节的结构枕，包括枕头体，与现有技术不同的是，所述枕头体内设有单片机和通过自带第一压力传感器与单片机连接的第一气囊及通过自带第二压力传感器与单片机连接的第二气囊，第一气囊和第二气囊通过气管连通与单片机连接的自动充气泵，第一气囊上设有与单片机连接的第一充气阀和第一放气阀，第二气囊上设有与单片机连接的第二充气阀和第二放气阀，第一充气阀和第一放气阀、第二充气阀和第二放气阀分别连通的2条气管分支头伸出枕头体外，单片机外接枕头体外的按键输入设备。

所述第一气囊和第二气囊在枕头使用状态时第一气囊位于第二气囊的上方。

所述第一气囊和第二气囊的间距为6-8厘米。

所述结构枕自动调节高度的控制要求为：当第一压力传感器输出电压的值变化超过10％或者第二压力传感器与第一压力传感器的差值变化超过10％，则通过打开第一充气阀、第二充气阀，第一放气阀、第二放气阀进行自动调节，直到满足第一压力传感器输出电压的值变化不超过10％同时第二压力传感器与第一压力传感器的差值变化不超过10％为止，所述第一气囊和第二气囊可自动调节高度为8-10厘米。

所述结构枕自动调整模式参考标准中的枕头最佳高度对应的第一压力传感器、第二压力传感器输出电压及第二气囊和第一气囊的最佳高度差对应的电压差通过人为手动设定，并作为以后自动调整模式的参考标准，所述第一气囊充满气后的高度小于第二气囊充满气后的高度。

所述枕头体内还设有与单片机连接的可充电电源，可充电电源连接设在枕头体上的充电接口。

这种结构枕的工作过程和原理为：

1)首先单片机进行复位，包括关闭第一充气阀、第一放气阀、第二充气阀和第二放气阀；

2)确定自动调整模式的参考标准；人体仰卧或者侧卧于枕头上，通过按键输入设备给单片机发出指令，控制第一气囊和第二气囊上的第一充气阀、第一放气阀、第二充气阀和第二放气阀来给第一气囊和第二气囊充气、放气，进而调整适应自己颈椎生理曲线的枕头高度h以及第二气囊和第一气囊的高度差Δh，依据人的颈椎生理曲线，第二气囊充满气后的高度要大于第一气囊充满气后的高度，当人体感到最舒适时，按键输入设备调整停止，单片机记录枕头的最佳高度h^*对应的第一压力传感器、第二压力传感器输出电压第二气囊和第一气囊的最佳高度差Δh^*对应的电压差作为以后自动调整模式的参考标准；

3)枕头最佳高度h^*、最佳高度差Δh^*对应的及计算与滤波处理：根据有关研究可知，为了适应人体的颈椎生理曲线，枕头高度最佳高度h^*调整到8厘米左右，个体略有差别，Δh^*计算过程如下：

假设枕头中第一气囊处受压时的高度为h₁厘米，第二气囊充气后的高度为h₂厘米，当人的头部枕到枕头上时，第二气囊处的第二充气阀打开，第二气囊被充入气体，第二气囊的高度随之增加，人体颈椎作用在第二气囊的压力也越来越大，它们之间的关系满足线性关系，即F₂＝k₁*h₂，其中k₁表示颈椎压力与高度之间的线性系数，而F₂又通过第二压力传感器转换为电压信号它们之间的关系满足线性关系，即U₂＝k₂*F₂，其中k₂表示压力传感器与电压信号之间的线性系数，显而易见，同理可得其中k₁、k₂可以通过反复实验得到，由此可以得到当调当整到人仰卧或者侧卧感到最舒适状态时，得到最佳高度差为

滤波处理：滤波算法采用中值滤波方法对第一压力传感器和第二压力传感器的输出电压U₁、U₂进行滤波处理，滤波处理后，单片机记录最佳h^*、Δh^*对应的和及的值，进入自动控制模式；

4)单片机的自动调整模式：夜晚人休息睡眠时，单片机自动检测第一压力传感器、第二压力传感器的输出电压U₁、U₂并计算U₂-U₁的值，设定U₂-U₁的值变化不超过10％时，认为枕头高度及头部与颈部的高度差仍保持在最佳值，不需要自动充气调整，

当或者时，说明气体有泄漏，需要自动调整；否则枕头高度及第二气囊和第一气囊的高度差Δh认为接近最佳状态，不需要调整，结束自动调整模式；

5)单片机1的自动控制过程如下：

打开第一充气阀、第二充气阀，关闭第一放气阀、第二放气阀，进行自动充气，直到满足条件和为止，关闭第一充气阀、第二充气阀，此时枕头高度h以及气囊和气囊的高度差Δh接近最佳值h^*、Δh^*，即枕头高度及第二气囊和第一气囊高度差与人的颈椎生理曲线达到最佳适应状态。

这种结构枕可适应不同人的颈椎生理曲线自动调节枕头高度及头部与颈部的高度差，成本低、调节控制系统具有较好的稳定性与鲁棒性，可提高响睡眠质量。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图中，1.单片机 2.第一压力传感器 3.第一气囊 4.第二压力传感器 5.第二气囊6.气管 7.自动充气泵 8.第一充气阀 9.第一放气阀 10.第二充气阀 11.第二放气阀 12.可充电电源 13.充电接口 14.按键输入设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

参照图1，一种枕头高度及枕中心与枕边高度差可随人的颈椎生理曲线自动调节的结构枕，包括枕头体，所述枕头体内设有单片机1和通过自带第一压力传感器2与单片机1连接的第一气囊3及通过自带第二压力传感器4与单片机1连接的第二气囊5，第一气囊3和第二气囊5通过气管6连通与单片机1连接的自动充气泵7，第一气囊3上设有与单片机1连接的第一充气阀8和第一放气阀9，第二气囊5上设有与单片机1连接的第二充气阀10和第二放气阀11，第一充气阀8和第一放气阀9、第二充气阀10和第二放气阀11分别连通的2条气管分支头伸出枕头体外，单片机1外接枕头体外的按键输入设备14。

所述第一气囊3和第二气囊5在枕头使用状态时第一气囊3位于第二气囊5的上方。

所述第一气囊3和第二气囊5的间距为6-8厘米，本例为6厘米。

所述结构枕自动调节高度的控制要求为：当第一压力传感器2输出电压的值变化超过10％或者第二压力传感器4与第一压力传感器2的差值变化超过10％，则通过打开第一充气阀8、第二充气阀10，第一放气阀9、第二放气阀11进行自动调节，直到满足第一压力传感器2输出电压的值变化不超过10％同时第二压力传感器4与第一压力传感器2的差值变化不超过10％为止，所述第一气囊3和第二气囊5可自动调节高度为8-10厘米，本例为9厘米。

所述结构枕自动调整模式参考标准中的枕头最佳高度对应的压力传感器2、第二压力传感器4输出电压及第二气囊5和第一气囊3的最佳高度差对应的电压差通过人为手动设定，并作为以后自动调整模式的参考标准，所述第一气囊3充满气后的高度小于第二气囊5充满气后的高度。

所述枕头体内还设有与单片机1连接的可充电电源12，可充电电源12连接设在枕头体上的充电接口13。

本例的单片机1选用stc89c51芯片。

这种结构枕的工作过程和原理为：

1)首先单片机1进行复位，包括关闭第一充气阀8、第一放气阀9、第二充气阀10和第二放气阀11；

2)确定自动调整模式的参考标准；人体仰卧或者侧卧于枕头上，通过按键输入设备14给单片机1发出指令，控制第一气囊3和第二气囊5上的第一充气阀8和第一放气阀9、第二充气阀10和第二放气阀11来给第一气囊3和第二气囊5充气、放气，进而调整适应自己颈椎生理曲线的枕头高度h以及第二气囊5和第一气囊3的高度差Δh，依据人的颈椎生理曲线，第二气囊5充满气后的高度要大于第一气囊3充满气后的高度，当人体感到最舒适时，按键输入设备14调整停止，单片机1记录枕头的最佳高度h^*对应的第一压力传感器2、第二压力传感器4输出电压第二气囊和第一气囊的最佳高度差Δh^*对应的电压差作为以后自动调整模式的参考标准；

3)枕头最佳高度h^*、最佳高度差Δh^*对应的及计算与滤波处理：根据有关研究可知，为了适应人体的颈椎生理曲线，枕头高度最佳高度h^*调整到8厘米左右，个体略有差别，Δh^*计算过程如下：

假设枕头中第一气囊处受压时的高度为h₁厘米，第二气囊充气后的高度为h₂厘米，当人的头部枕到枕头上时，第二气囊5处的第二充气阀10打开，第二气囊5被充入气体，第二气囊5的高度随之增加，人体颈椎作用在第二气囊5的压力也越来越大，它们之间的关系满足线性关系，即F₂＝k₁*h₂，其中k₁表示颈椎压力与高度之间的线性系数，而F₂又通过第二压力传感器4转换为电压信号它们之间的关系满足线性关系，即U₂＝k₂*F₂，其中k₂表示压力传感器与电压信号之间的线性系数，显而易见，同理可得其中k₁、k₂可以通过反复实验得到，由此可以得到当调当整到人仰卧或者侧卧感到最舒适状态时，得到最佳高度差为

滤波处理：本例滤波算法采用中值滤波方法对第一压力传感器2和第二压力传感器4的输出电压U₁、U₂进行滤波处理，滤波处理后，单片机1记录最佳h^*、Δh^*对应的和及的值，进入自动控制模式；

4)单片机1的自动调整模式：夜晚人休息睡眠时，单片机1自动检测第一压力传感器2、第二压力传感器4的输出电压U₁、U₂并计算U₂-U₁的值，设定U₂-U₁的值变化不超过10％时，认为枕头高度及头部与颈部的高度差仍保持在最佳值，不需要自动充气调整，

当或者时，说明气体有泄漏，需要自动调整；否则枕头高度及第二气囊5和第一气囊3的高度差Δh认为接近最佳状态，不需要调整，结束自动调整模式；

5)单片机1的自动控制过程如下：打开第一充气阀8、第二充气阀10，第一放气阀9、第二放气阀11，进行自动充气，直到满足条件和为止，关闭第一充气阀8、第二充气阀10，此时枕头高度h以及气囊2和气囊1的高度差Δh接近最佳值h^*、Δh^*，即枕头高度及第二气囊5和第一气囊3高度差与人的颈椎生理曲线达到最佳适应状态。

Claims (3)

1.一种枕头高度及枕中心与枕边高度差可随人的颈椎生理曲线自动调节的结构枕，包括枕头体，其特征是，所述枕头体内设有单片机1和通过自带第一压力传感器2与单片机1连接的第一气囊3及通过自带第二压力传感器4与单片机1连接的第二气囊5，第一气囊3和第二气囊5通过气管6连通与单片机1连接的自动充气泵7，第一气囊3上设有与单片机1连接的第一充气阀8和第一放气阀9，第二气囊5上设有与单片机1连接的第二充气阀10和第二放气阀11，第一充气阀8和第一放气阀9、第二充气阀10和第二放气阀11分别连通的2条气管分支头伸出枕头体外，单片机1外接枕头体外的按键输入设备。

2.根据权利要求1所述的枕头高度及枕中心与枕边高度差可随人的颈椎生理曲线自动调节的结构枕，其特征是，所述结构枕自动调节高度的控制要求为：当第一压力传感器2输出电压的值变化超过10％或者第二压力传感器4与第一压力传感器2的差值变化超过10％，则通过打开第一充气阀8、第二充气阀10，第一放气阀9、第二放气阀11进行自动调节，直到满足第一压力传感器2输出电压的值变化不超过10％同时第二压力传感器4与第一压力传感器2的差值变化不超过10％为止，所述第一气囊3和第二气囊5可自动调节高度为8-10厘米。

3.根据权利要求1所述的枕头高度及枕中心与枕边高度差可随人的颈椎生理曲线自动调节的结构枕，其特征是，所述结构枕自动调整模式参考标准中的枕头最佳高度对应的压力传感器2、第二压力传感器4输出电压及第二气囊5和第一气囊3的最佳高度差对应的电压差通过人为手动设定，并作为以后自动调整模式的参考标准，所述第一气囊3充满气后的高度小于第二气囊5充满气后的高度。