CN110680116A - 可监测并改善睡眠质量的智能床垫 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可监测并改善睡眠质量的智能床垫，包括控制电路，所述的控制电路包括环境状态监测模块，用以监测睡眠环境的状态；床垫状态监测模块，用以监测床垫的状态；数据处理模块，用以处理环境状态监测模块及床垫状态监测模块的数据；数据存储模块，受数据处理模块控制并用以存储环境状态监测模块及床垫状态监测模块的数据；α波发生模块，受数据处理模块的控制并产生α波。上述智能床垫兼顾改善效果及安全性。

Description

可监测并改善睡眠质量的智能床垫
技术领域
本发明涉及智能家居技术领域，具体讲是一种可监测并改善睡眠质量的智能床垫。
背景技术
随着时代地进步，人们生活地节奏变得越来越快，随之而来的压力也越来越大。压力地不断增大不仅影响着人们的睡眠质量，而且会间接影响人们的身体健康。
为了降低影响，人们从食物治疗、药物治疗、心理疏导、仪器治疗等多种方法着手改善。但是效果却不十分理想。
食物治疗方法慢，而且效果甚微。
药物治疗效果相对好，却会产生副作用，对人身体伤害较大。
心理疏导则因人而异。
仪器的治疗效果明显，但是却会带来一定的危险性。
总之，上述方法及装置改善睡眠质量的效果及安全性无法兼顾。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种兼顾改善效果及安全性的可监测并改善睡眠质量的智能床垫。
本发明的技术方案是，提供一种可监测并改善睡眠质量的智能床垫，包括控制电路，所述的控制电路包括
环境状态监测模块，用以监测睡眠环境的状态；
床垫状态监测模块，用以监测床垫的状态；
数据处理模块，用以处理环境状态监测模块及床垫状态监测模块的数据；
数据存储模块，受数据处理模块控制并用以存储环境状态监测模块及床垫状态监测模块的数据；
α波发生模块，受数据处理模块的控制并产生α波。
所述的环境状态监测模块包括用于收集环境温度的温度传感器，所述的温度传感器与数据处理模块连接。
所述的环境状态监测模块包括用于收集环境湿度的湿度传感器，所述的湿度传感器与数据处理模块连接。
所述的环境状态监测模块包括用于收集声音分贝的噪声传感器，所述的噪声传感器与数据处理模块连接。
所述的床垫状态监测模块包括用于收集床垫受力数据的压力传感器，所述的压力传感器与数据处理模块连接。
所述的控制电路还包括α波音乐播放模块，所述的α波音乐播放模块与数据处理模块连接。
所述的控制电路还包括蓝牙模块，所述的蓝牙模块与数据处理模块连接。
所述的α波发生模块包括比较器U1，电阻R1、R2，电容C1、C2，天线L1；所述电阻R1的一端与公共接地端连接，所述电阻R1的另一端与电阻R2的一端、比较器U1的正输入端连接；所述电阻R2的另一端与数据处理模块连接；所述比较器U1的负输入端与电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与公共接地端连接；所述比较器U1的输出端与电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与天线L1的一端连接，所述天线L1的另一端与公共接地端连接。
采用以上结构后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明通过传感器对环境的温湿度、噪声级别进行测量，加上多个压力传感器对使用者睡觉时的活动状态进行分析，从而判定使用者的睡眠状态，确定是否使用α波进行辅助睡眠。由于仅采用α波进行辅助睡眠，与人的身体并未接触，因此安全性好。同时在睡眠时对周边环境及睡眠者的睡觉姿势及动作进行数据分析，因此能够根据睡眠者的情况产生不同强度的α波进行辅助睡眠，因此改善效果非常好。
作为改进， 所述的控制电路还包括α波音乐播放模块，所述的α波音乐播放模块与数据处理模块连接。作为辅助，本发明还可以播放α波音乐，在发送α波的同时还可以辅以音乐助眠，进一步增加了睡眠的改善效果。
作为改进，所述的控制电路还包括蓝牙模块，所述的蓝牙模块与数据处理模块连接。使用者可以通过蓝牙与手机APP控制设备通信，查看睡眠质量信息。
附图说明
图1是本发明可监测并改善睡眠质量的智能床垫的电路框图。
图2是单片机电路图。
图3是数据存储模块电路图。
图4是蓝牙模块的电路原理图。
图5是α波发生模块的电路原理图。
图6是温湿度传感器的电路图。
图7是噪声传感器和压力传感器的电路图。
图8是智能床垫监测方法的流程图。
图9是智能床垫学习阶段的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
α波是脑电波的基本波形之一，频率为8~13赫兹，振幅为20~100微伏，在枕叶及顶叶后部记录时最为明显。α波在大脑中有时出现，有时消失，它并不总是存在。人在清醒、安静、闭目时，α波出现，波幅呈现由大变小，再由小变大的规律变化，呈梭状图式。另在初睡、初醒、半睡半醒时也会有α波出现。
如图1所示，本发明一种可监测并改善睡眠质量的智能床垫，包括控制电路，所述的控制电路包括
环境状态监测模块，用以监测睡眠环境的状态；在本实施例中，环境状态监测模块包括温度传感器、湿度传感器、噪声传感器等传感器，用以监测周边环境的情况变化。
床垫状态监测模块，用以监测床垫的状态；床垫状态监测模块主要为压力传感器，可以获取睡眠者的睡姿及睡觉中的运动状态。
数据处理模块，用以处理环境状态监测模块及床垫状态监测模块的数据；在本实施例中，数据处理模块为单片机，型号为GD32F190C8T6。数据处理模块还包括时钟电路、按键电路、调试电路、电源电路及显示模块等外围电路，用以辅助数据处理模块进行数据处理，这些电路及模块均为市面上可买到的产品。其中，其中，单片机的电路如图2所示，C17、C20、R37、X1组的单片机主时钟电路，C18、C21、X2组成单片机的副时钟电路。C22、C27、C28、C32为去耦电容。
数据存储模块，受数据处理模块控制并用以存储环境状态监测模块及床垫状态监测模块的数据，数据存储模块为EEPROM电路模块，采用大容量新品对数据进行存储，数据由IIC协议输出，R23、R24将总线上拉到3.3V，有效抑制总线的干扰脉冲进入设备，提高可靠性；其中，数据存储模块的电路如图3所示
α波发生模块，受数据处理模块的控制并产生α波。
由睡眠状态控制α波是否发生。在压力传感器检测到开始躺下的一段时间内收集压力变化到APP，由APP判断使用者当前的睡眠状况若为初睡，则播放α波音乐且由α波发生器发出α波，以诱导大脑产生α波，使用者开始进入浅睡状态则停止播放α音乐及发生α波。
所述的环境状态监测模块包括用于收集环境温度的温度传感器，所述的温度传感器与数据处理模块连接。
所述的环境状态监测模块包括用于收集环境湿度的湿度传感器，所述的湿度传感器与数据处理模块连接。在本实施例中，温度传感器和湿度传感器集成到一起，如图6所示，SHT30温湿度传感器U7为高精度的温湿度传感器，数据由IIC协议输出，R28、R29将总线上拉到3.3V，有效抑制总线的干扰脉冲进入设备，提高可靠性。本设备未使用第6脚的复位功能，所以需要通过R32上拉到3.3V。电容C16起到去耦的作用。
所述的环境状态监测模块包括用于收集声音分贝的噪声传感器，所述的噪声传感器与数据处理模块连接。
所述的床垫状态监测模块包括用于收集床垫受力数据的压力传感器，所述的压力传感器与数据处理模块连接。在本实施例中，噪声传感器和压力传感器集成到一起，如图7所示，为四组运算放大电路。每组由两个33K电阻、两个2.2M电阻和一个1.2K电阻组成，还有一个0.1Uf的去耦电容对保证输出稳定。
所述的控制电路还包括α波音乐播放模块，所述的α波音乐播放模块与数据处理模块连接。本设备支持音乐播放，使用者可以用TF卡导入α脑波音乐，调节合适的音量，从而辅助α波发生器，对大脑进行诱导，产生α波，进入初睡状态。α波音乐是一种脑电波音乐。它的频率在8-14赫兹左右，每分钟60-70节拍的音乐。它能把人们带入到α脑波状态，用来开发大脑、激发潜能、协调身心。本发明可监测使用者的失眠状况，使用者可以观察和对比自己的睡眠状况。本发明在产生仿α波的磁场的同时，可辅以播放α脑波音乐，使得助眠效果能够大大提升。
所述的控制电路还包括蓝牙模块，所述的蓝牙模块与数据处理模块连接。蓝牙模块的电路如图4所示，电容C5的作用为稳压、去耦。R4、R5，R6、R7，R8、R9为三对配对电路，使单片机的5V输入输出和蓝牙模块的3.3V输入输出进行转换配对，以免造成蓝牙模块烧毁。
如图5所示，所述的α波发生模块包括比较器U1，电阻R1、R2，电容C1、C2，天线L1；所述电阻R1的一端与公共接地端连接，所述电阻R1的另一端与电阻R2的一端、比较器U1的正输入端连接；所述电阻R2的另一端与数据处理模块连接；所述比较器U1的负输入端与电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与公共接地端连接；所述比较器U1的输出端与电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与天线L1的一端连接，所述天线L1的另一端与公共接地端连接。α波发生器将输入波形由R1、R2、C1、U1进行处理并放大，C2过滤掉直流部分，输出信号与线圈配合产生仿α波磁场。为了更好实现效果，电容C1、C2采用了电解电容。
如图8、图9所示，一种适用于上述智能床垫的监测方法，包括以下步骤：
（1）、系统开启；
（2）、是否进入学习阶段，如果进入学习阶段，则执行步骤A；
（3）、否则，进入监测阶段；
（4）、每隔T时间段采集一次环境状态的数据Ds1，若数据Ds超出数据库Db的范围，则发射α波；在本实施例中，数据库Db是一个较为宽泛的范围，在这个范围内均为正常的睡眠状态；
（6）、否则， 采集T时间段内的床垫状态的数据集Ds2，分析数据集Ds2的频次，若频次超出数据库Db的范围，则发射α波；
（7）、否则，返回步骤（4）；
A、所述的学习阶段包括以下步骤：
（a）、设置N个时间段；
（b）、每个时间段均监测睡眠者所处的环境数据、床垫数据状态；在本实施例中环境数据包括温度、湿度和噪声，床垫数据为压力数据。
（c）、根据睡眠者的自我判断，对N个时间段的睡眠状态进行评判，选出M个好的睡眠状态；在本实施例中，一般选出100个时间段进行评判，选出50个左右好的睡眠状态进行数据整理，然后形成一个宽范围的数据库；
（d）、将M个时间段中环境数据和床垫数据进行整理，建立一个标准睡眠范围的数据库Db；即数据库中温度、湿度和噪声的数据为一个范围，比如夏天温度在20-28之间为正常睡眠温度，在这个范围内可以判断人处于正常睡眠状态；压力数据则是根据多个压力变化数据得到一个翻身频次的范围，如果频次在这个一定的范围内，则认为正常，否则则认为超出。
（e）、进入步骤（3）；
工作原理：本发明通过温度传感器、湿度传感器获取环境温湿度信息；噪声传感器检测环境噪声信息，多个压力传感器获取使用者睡觉时的活动状态，由单片机进行处理，经蓝牙发送至手机APP，进行综合分析，得出使用者的睡眠状况。本发明采用32位单片机作为控制核心，其采用ARM Cortex®-M3内核，性能更稳定，使得设备在稳定性等方面有更好的保障。单片机通过软件编程，由DAC功能口输出频率为8~13赫兹的α波，再由运放电路配合线圈产生相应的仿α波的磁场。设备通过MP3解码芯片获取并解码TF卡的中α脑波音乐，输出音频信号到功放芯片进行放大，再输出到扬声器发出声音。单片机管脚输出模拟按键操作，MP3解码芯片通过获取到的电压值进行数模转换，从而判定操作，可实现对音乐播放的控制，如：开始、暂停、上一曲、下一曲、音量+、音量-、播放模式切换、工作模式切换、均衡器调整（EQ）操作。本发明采用了大容量的EEPROM进行数据存储，在没有连接手机APP的时候保障数据不漏记，不丢失。
本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种可监测并改善睡眠质量的智能床垫，包括控制电路，其特征在于：所述的控制电路包括
环境状态监测模块，用以监测睡眠环境的状态；
床垫状态监测模块，用以监测床垫的状态；
数据处理模块，用以处理环境状态监测模块及床垫状态监测模块的数据；
数据存储模块，受数据处理模块控制并用以存储环境状态监测模块及床垫状态监测模块的数据；
α波发生模块，受数据处理模块的控制并产生α波。
2.根据权利要求1所述的可监测并改善睡眠质量的智能床垫，其特征在于：所述的环境状态监测模块包括用于收集环境温度的温度传感器，所述的温度传感器与数据处理模块连接。
3.根据权利要求1所述的可监测并改善睡眠质量的智能床垫，其特征在于：所述的环境状态监测模块包括用于收集环境湿度的湿度传感器，所述的湿度传感器与数据处理模块连接。
4.根据权利要求1所述的可监测并改善睡眠质量的智能床垫，其特征在于：所述的环境状态监测模块包括用于收集声音分贝的噪声传感器，所述的噪声传感器与数据处理模块连接。
5.根据权利要求1所述的可监测并改善睡眠质量的智能床垫，其特征在于：所述的床垫状态监测模块包括用于收集床垫受力数据的压力传感器，所述的压力传感器与数据处理模块连接。
6.根据权利要求1所述的可监测并改善睡眠质量的智能床垫，其特征在于：所述的控制电路还包括α波音乐播放模块，所述的α波音乐播放模块与数据处理模块连接。
7.根据权利要求1所述的可监测并改善睡眠质量的智能床垫，其特征在于：所述的控制电路还包括蓝牙模块，所述的蓝牙模块与数据处理模块连接。
8.根据权利要求1所述的可监测并改善睡眠质量的智能床垫，其特征在于：所述的α波发生模块包括比较器U1，电阻R1、R2，电容C1、C2，天线L1；所述电阻R1的一端与公共接地端连接，所述电阻R1的另一端与电阻R2的一端、比较器U1的正输入端连接；所述电阻R2的另一端与数据处理模块连接；所述比较器U1的负输入端与电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与公共接地端连接；所述比较器U1的输出端与电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与天线L1的一端连接，所述天线L1的另一端与公共接地端连接。
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