CN109008434A - 一种能模拟父母怀抱的智能婴幼儿床及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能模拟父母怀抱的智能婴幼儿床，其特征是，包括恒温水床，所述恒温水床设有处理器和与处理器连接的控制单元和检测单元，所述控制单元设有与处理器连接的加热单元、恒温控制单元和微震动控制单元，所述检测单元设有与处理器连接的一组压力传感器、温度检测仪和一组湿度传感器。这种智能婴幼儿床成本低、舒适耐用、安全方便，可模拟父母的心率跳动与呼吸微动，实现最逼真的父母怀抱环境，能为婴幼儿提供理想的睡眠环境。本发明同时还公开了一种智能婴幼儿床能模拟父母怀抱的方法。这种方法操作简单、容易实现。

Description

一种能模拟父母怀抱的智能婴幼儿床及其模拟方法

技术领域

本发明涉及智能家居技术，具体是一种能模拟父母怀抱的智能婴幼儿床及其模拟方法。

背景技术

随着现代电子技术的飞速发展和智能家居的实现，智能婴幼儿床开始成为可能。考虑到婴幼儿特别是2岁以下的孩子睡眠占大多数时间，而现代年轻的父母们忙于工作有不能提供足够的看顾与陪伴，尤其是在夜间的时段；而缺少父母的陪伴会影响婴幼儿的睡眠质量进而影响孩子的发育。因此，通过智能婴幼儿床生成类似父亲或母亲心率和呼吸节奏的微动状态环境，为婴幼儿提供一种模拟的父亲或母亲怀抱，并辅助以多种监控等功能，在为孩子提供最佳的睡眠环境的同时，解放了年轻的父母，为孩子的健康快乐成长和年轻父母的事业发展，提供了可靠的保障。

发明内容

本发明的目的针对现有技术的不足，而提供一种能模拟父母怀抱的智能婴幼儿床及其模拟方法。这种智能婴幼儿床成本低、舒适耐用、安全方便，可模拟父母的心率跳动与呼吸微动，实现最逼真的父母怀抱环境，能为婴幼儿提供理想的睡眠环境。这种方法操作简单、容易实现。 该模拟方法通过生成类似父亲或母亲心率和呼吸节奏的微动，模拟在父母怀抱中的呼吸起伏与心率跳动，不仅为婴幼儿提供良好的睡眠环境，还能给婴幼儿带来父母就在身边的安全感，让婴幼儿睡眠过程中更踏实、安心。

实现本发明目的的技术方案是：

一种能模拟父母怀抱的智能婴幼儿床，与现有技术不同的是，包括恒温水床，所述恒温水床设有处理器和与处理器连接的控制单元和检测单元，所述控制单元设有与处理器连接的加热单元、恒温控制单元和微震动控制单元，所述检测单元设有与处理器连接的一组压力传感器、温度检测仪和一组湿度传感器。

所述恒温水床温度为36-37^oC，恒温水床为婴幼儿营造一个舒适温暖的睡眠环境，有效地降低了着凉带来的健康隐患。

所述处理器包括2个性能相同的互为备份处理器，作为双处理器系统冗余备份，当其中一片处理器出现故障时，备用处理器可正常工作，保证婴幼儿床的整体系统安全可靠，提高了整体系统的鲁棒性和可靠性。

所述微震动控制单元包括并联接入处理器的第一微震动控制单元和第二微震动控制单元，其中，第一微震动控制单元依照父亲或母亲的呼吸频率产生微震动，震动频次范围为10-25次/分钟，第二微震动控制单元依照父亲或母亲的心率产生微震动，震动频次范围为50-100次/分钟。

所述第一微震动控制单元设有相连的电机和曲柄滑块机构。

所述第二微震动控制单元设有顺序连接的D/A转换电路、放大电路和压电陶瓷片。

所述压力传感器的数量为至少6个。

所述湿度传感器的数量为至少6个。

使用上述能模拟父母怀抱的智能婴幼儿床模拟父母怀抱的方法，包括如下步骤：

1）使用数据采集设备采集父亲或母亲一天内的呼吸频率信号、心率频率信号，以及在特定情绪状态下的呼吸频率信号、心率频率信号，如兴奋状态、睡眠状态下的呼吸频率信号、心率频率信号；

2）依据步骤1）采集到的心率频率信号绘制出父母心率曲线图，并将呼吸频率信号、心率频率信号储存至处理器中；

3）打开加热开关，通过加热单元对恒温水床进行加热，当恒温水床温度达到处理器预设置的额定温度37^oC时，启动恒温控制单元使恒温水床的整体温度保持在36-37^oC，使用温度检测仪显示当前恒温水床的温度；

4）启动微震动控制单元，依据存储在处理器中的父亲或母亲呼吸频率信号电平来驱动电机工作，电机连接的曲柄滑块机构使得驱动电机的旋转运动转换成上下往复运动，实现恒温水床的上下微动，模拟出在父亲或母亲怀抱中的呼吸震动；存储在处理器内的父亲或母亲心率曲线信号为数字信号，需要经过D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号，经由放大电路放大模拟信号驱动压电陶瓷片工作，模拟在父亲或母亲怀抱中的心率跳动；

5）采集分布在恒温水床上的压力传感器上的压力信号，可以检测出婴幼儿的睡觉期间的翻身次数、睡觉时间长度信息；

6）采集分布在恒温水床上的湿度传感器上的湿度信号，可检测出婴幼儿是否尿床，并将尿湿信号反馈至处理器，由处理器提供尿湿警报。

恒温水床中微震动控制单元、压力传感器和湿度传感器协同作用，用来模拟父亲或母亲怀抱和反馈婴幼儿当前睡眠状态，协助父母更好地照顾婴幼儿。微震动控制单元可以模拟父亲或母亲的心率跳动、呼吸微动，并且可依据父亲或母亲的呼吸以及心率智能地调节恒温水床的震动模式，最大化的拟合出日常状态下的父亲或母亲怀抱，压力传感器可以检测出婴幼儿的睡觉期间的翻身次数、睡觉时间长度信息，为父亲或母亲提供更全面的数据信息，让父亲或母亲更了解婴幼儿的作息习惯，所述湿度传感器可以检测感知出婴幼儿是否尿床。

本技术方案的优点是：1.是采用恒温水床设计，对婴幼儿进行360^o环绕包围，为婴幼儿提供更安全的睡眠环境；2.是对婴儿床采用恒温保护，能有效避免如感冒等健康隐患；3.考虑到婴幼儿对父亲或母亲的依赖程度，通过获取父亲或母亲日常状态下的心率情况以及在特定情绪状态下的心率信息预先存储在处理器2中来指导婴儿床的震动，模拟最逼真的父母怀抱环境，让婴幼儿有更强的安全感；

这种智能婴幼儿床成本低、舒适耐用、安全方便，可模拟父母的心率跳动与呼吸微动，实现最逼真的父母怀抱环境，能为婴幼儿提供理想的睡眠环境。这种方法操作简单、容易实现。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为实施例中第一微震动控制单元的结构示意图；

图3为实施例中第二微震动控制单元的结构示意图。

图中，1. 恒温水床 2. 处理器 3. 控制单元 4. 检测单元 5. 加热单元 6. 恒温控制单元 7. 微震动控制单元 8. 压力传感器 9. 温度检测仪 10. 湿度传感器 13.第一微震动控制单元 14. 第二微震动控制单元 15. 电机 16. 曲柄滑块机构 17. D/A转换电路 18. 放大电路 19. 压电陶瓷片。

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1，一种智能婴幼儿床，包括恒温水床1，所述恒温水床1设有处理器2和与处理器2连接的控制单元3和检测单元4，所述控制单元3设有与处理器2连接的加热单元5、恒温控制单元6和微震动控制单元7，所述检测单元4设有与处理器2连接的一组压力传感器8、温度检测仪9和一组湿度传感器10，本例中，加热单元5为碳纤维发热丝组成的碳纤维发热网组成，恒温控制单元6由DS18B20系列恒温控制芯片组成，温度检测仪9由MAX31865铂电阻温度传感器组成。

所述恒温水床1的温度为36-37^oC，恒温水床为婴幼儿营造一个舒适温暖的睡眠环境，有效地降低了着凉带来的健康隐患。

所述处理器2包括2个性能相同的互为备份处理器，作为双处理器系统冗余备份，当其中一片处理器出现故障时，备用处理器可正常工作，保证婴幼儿床的整体系统安全可靠，提高了整体系统的鲁棒性和可靠性，该系统中处理器将所有的信息汇集处理，本例中，处理器由Raspberry嵌入式控制板组成，且不局限于stm32系列单片机控制板，具体处理器为RPi3。

所述微震动控制单元7包括并联接入处理器2的第一微震动控制单元13和第二微震动控制单元14，其中，第一微震动控制单元13依照父亲或母亲的呼吸频率产生微震动，震动频次范围为10-25次/分钟，第二微震动控制单元14依照父亲或母亲的心率产生微震动，震动频次范围为50-100次/分钟。

所述第一微震动控制单元13设有相连的电机15和曲柄滑块机构16，如图2所示。

所述第二微震动控制单元14设有顺序连接的D/A转换电路17、放大电路18和压电陶瓷片19，如图3所示。

所述压力传感器8的数量为至少6个，本例中压力传感器8为HX711系列称重压力传感器。

所述湿度传感器10的数量为至少6个，本例中湿度传感器10为DHT11湿度传感器。

使用上述能模拟父母怀抱的智能婴幼儿床模拟父母怀抱的方法，包括如下步骤：

1）使用数据采集设备采集父亲或母亲一天内的呼吸频率信号、心率频率信号，以及在特定情绪状态下的呼吸频率信号、心率频率信号，如兴奋状态、睡眠状态下的呼吸频率信号、心率频率信号；

2）依据步骤1）采集到的心率频率信号绘制出父母心率曲线图，并将呼吸频率信号、心率频率信号储存至处理器2中；

3）打开加热开关，通过加热单元5对恒温水床1进行加热，当恒温水床温1度达到处理器2预设置的额定温度37^oC时，启动恒温控制单元6使恒温水床1的整体温度保持在36-37^oC，使用温度检测仪9显示当前恒温水床1的温度，本例温度为37^oC；

4）启动微震动控制单元7，依据存储在处理器2中的父亲或母亲呼吸频率信号电平来驱动电机15工作，电机15连接的曲柄滑块机构16使得驱动电机15的旋转运动转换成上下往复运动，实现恒温水床1的上下微动，模拟出在父亲或母亲怀抱中的呼吸震动；存储在处理器2内的父亲或母亲心率曲线信号为数字信号，需要经过D/A转换电路17将数字信号转换成模拟信号，经由放大电路18放大模拟信号驱动压电陶瓷片19工作，模拟在父亲或母亲怀抱中的心率跳动；

5）采集分布在恒温水床1上的压力传感器8上的压力信号，可以检测出婴幼儿的睡觉期间的翻身次数、睡觉时间长度信息；

6）采集分布在恒温水床1上的湿度传感器10上的湿度信号，可检测出婴幼儿是否尿床，并将尿湿信号反馈至处理器2，由处理器2提供尿湿警报。

恒温水床1中微震动控制单元7、压力传感器8和湿度传感器10协同作用，用来模拟父亲或母亲怀抱和反馈婴幼儿当前睡眠状态，协助父母更好地照顾婴幼儿。微震动控制单元7可以模拟父亲或母亲的心率跳动、呼吸微动，并且可依据父亲或母亲的呼吸以及心率智能地调节恒温水床1的震动模式，最大化的拟合出日常状态下的父亲或母亲怀抱，压力传感器8可以检测出婴幼儿的睡觉期间的翻身次数、睡觉时间长度信息，为父亲或母亲提供更全面的数据信息，让父亲或母亲更了解婴幼儿的作息习惯，所述湿度传感器10可以检测感知出婴幼儿是否尿床。

Claims (9)

1.一种能模拟父母怀抱的智能婴幼儿床，其特征是，包括恒温水床，所述恒温水床设有处理器和与处理器连接的控制单元和检测单元，所述控制单元设有与处理器连接的加热单元、恒温控制单元和微震动控制单元，所述检测单元设有与处理器连接的一组压力传感器、温度检测仪和一组湿度传感器。

2.根据权利要求1所述的智能婴幼儿床，其特征是，所述恒温水床温度为36-37^oC。

3.根据权利要求1所述的智能婴幼儿床，其特征是，所述处理器包括2个性能相同的互为备份处理器，作为双处理器系统冗余备份。

4.根据权利要求1所述的智能婴幼儿床，其特征是，所述微震动控制单元包括并联接入处理器的第一微震动控制单元和第二微震动控制单元，其中，第一微震动控制单元依照父亲或母亲的呼吸频率产生微震动，震动频次范围为10-25次/分钟，第二微震动控制单元依照父亲或母亲的心率产生微震动，震动频次范围为50-100次/分钟。

5.根据权利要求4所述的智能婴幼儿床，其特征是，所述第一微震动控制单元设有相连的电机和曲柄滑块机构。

6.根据权利要求4所述的智能婴幼儿床，其特征是，所述第二微震动控制单元设有顺讯连接的D/A转换电路、放大电路和压电陶瓷片。

7.根据权利要求1所述的智能婴幼儿床，其特征是，所述压力传感器的数量为至少6个。

8.根据权利要求1所述的智能婴幼儿床，其特征是，所述湿度传感器的数量为至少6个。

9.用权利要求1-8任意一项所述能模拟父母怀抱的智能婴幼儿床模拟父母怀抱的方法，其特征是，包括如下步骤：

1）使用数据采集设备采集父亲或母亲一天内的呼吸频率信号、心率频率信号，以及在特定情绪状态下的呼吸频率信号、心率频率信号；

2）依据步骤1）采集到的心率频率信号绘制出父母心率曲线图，并将呼吸频率信号、心率频率信号储存至处理器中；

3）打开加热开关，通过加热单元对恒温水床进行加热，当恒温水床温度达到处理器预设置的额定温度37^oC时，启动恒温控制单元使恒温水床的整体温度保持在36-37^oC，使用温度检测仪显示当前恒温水床1的温度；

4）启动微震动控制单元，依据存储在处理器中的父亲或母亲呼吸频率信号电平来驱动电机工作，电机连接的曲柄滑块机构使得驱动电机的旋转运动转换成上下往复运动，实现恒温水床的上下微动，模拟出在父亲或母亲怀抱中的呼吸震动；存储在处理器内的父亲或母亲心率曲线信号为数字信号，需要经过D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号，经由放大电路放大模拟信号驱动压电陶瓷片工作，模拟在父亲或母亲怀抱中的心率跳动；

5）采集分布在恒温水床上的压力传感器上的压力信号，可以检测出婴幼儿的睡觉期间的翻身次数、睡觉时间长度信息；

6）采集分布在恒温水床上的湿度传感器上的湿度信号，可检测出婴幼儿是否尿床，并将尿湿信号反馈至处理器，由处理器提供尿湿警报。