CN110703626A - 一种睡眠质量监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监测系统，其包括服务器/云平台(108)；其特征在于，所述服务器/云平台(108)中的数据预处理模块(108a)基于储存于方案数据库(108b)中的数据预处理方案完成对移动终端(107)发送的包含用户压力信息数据、湿度信息数据、温度信息数据和心音信息数据的二层数据进行数值范围分类的预处理并将完成预处理后形成的三层数据发送至综合数据处理模块(108c)这种具有报警功能的辅助睡眠床垫可以智能化实现用户生理状况的监测，并基于监测结果实现反馈报警或睡眠建议反馈。本发明的监测系统能够确定睡眠质量的异常状态，进行分析和预警，从而帮助用户改善睡眠质量。

Description

一种睡眠质量监测系统

本发明是申请号为201710238263.X，名称为一种辅助睡眠的床垫的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种智能监测系统，尤其涉及一种睡眠质量监测系统。

背景技术

中国专利一种智能床垫系统(专利号：201510653930.1)公开了，所述系统包括：主体床垫，所述主体床垫铺设在用户床上；温度控制单元，所述温度控制单元用于将主体床垫表面温度控制在预设范围内；睡眠记录单元，所述睡眠记录单元用于记录用户的睡眠信息；分析单元，所述分析单元用于对用户的睡眠信息进行分析，获得睡眠质量报告；显示单元，所述显示单元用于对所述睡眠质量报告进行显示。该专利不具有对用户的生理信息进行实时监控的功能，不能对用户生理异常进行报警，同时也不涉及根据用户睡眠姿势调整床垫硬度的技术方案，不具备根据用户睡眠姿势调整床垫硬度实现预防颈椎病的功效。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种辅助睡眠的床垫，其特征在于，所述床垫至少包括：数据采集单元、单片机处理单元、移动终端和服务器/云平台；所述服务器/云平台基于移动终端发送的三层数据完成用户当前生理状态、睡眠姿势和离床信息的分析与统计，并基于用户当前生理状态、睡眠姿势、离床情况的分析与统计结果以及从方案数据库调取的综合处理方案实现用户生理安全等级、睡眠姿势和离床情况的判定，同时形成反馈数据发送至移动终端和/或单片机处理单元；所述反馈数据至少包括有命令数据，所述命令数据为发送至单片机处理单元的用于控制数据采集单元中的至少一个传感器进行传感数据二次采集的命令信息；所述传感数据二次采集为所述服务器/云平台中的综合数据处理模块通过压力传感器监测到所述用户睡眠姿势发生变化时发送的进行压力信息数据和/或湿度信息数据和/或温度信息数据和/或心音信息数据的二次采集；所述传感单元进行二次采集的传感数据由所述服务器/云平台进行数据处理。

本床垫装置的数据采集单元进行数据采集的过程中，床垫上所有传感器不是同时进行数据采集，从而降低了服务器/云平台的数据处理压力。同时，所述数据采集单元中各传感器仅根据单片机处理单元的控制命令实现数据采集，而不必一直维持工作状态从而增加各个传感器的使用寿命，并降低了床垫能耗，减少了不必要的用电量。

根据一个优选的实施方式，所述湿度信息数据和/或温度信息数据和/或心音信息数据的二次采集为基于所述压力传感器进行压力信息二次采集并通过服务器/云平台分析确认用户的睡眠姿势以及用户与所述床垫的接触区域实现对应区域的湿度信息数据和/或温度信息数据和/或心音信息数据的二次采集。

所述床垫的湿度信息数据和/或温度信息数据和/或心音信息数据的二次采集都是基于压力传感器重新对用户的睡眠姿势以及与床垫的接触位置进行确认后进行的，使得湿度、温度和心音传感器都是基于用户与床垫新的接触区域或位置进行的数据再采集，避免了开启整个床垫上的传感器进行数据采集和数据分析过程，避免了床垫上与用户在非接触区域传感器的不必要的数据采集，降低了服务器/云平台的数据处理压力。

根据一个优选的实施方式，所述命令数据还包括基于采集的用户温度信息的温度调节数据以及基于用户睡眠姿势的床垫区域硬度调节数据；所述温度调节数据用于控制位于床垫上的温度调整单元实现温度调整；所述床垫区域硬度调节数据为基于用户的睡眠姿势以及用户与床垫的接触区域完成对应区域的硬度调节。

本床垫装置通过数据传感单元检测到的温度信息可以通过服务器/云平台的综合数据处理单元实现床垫的温度调节，提高用户的睡眠体检。同时，通过用户对床垫的压力信息分析出的睡眠姿势，所述床垫还可以基于用户不同的睡眠姿势完成床垫硬度的调节，从而达到保护人体颈椎的目的。

根据一个优选的实施方式，所述反馈数据还包括结果展示数据和/或报警数据，其中，所述展示数据为发送至移动终端形成的用于展示给用户的包括文字、数字列表和图像中的至少一个数据；所述报警数据包括发送至单片机处理单元通过控制报警单元完成包括发出警示音和蜂鸣的警示，同时所述服务器/云平台将报警信息发送给用户的至少一个关联对象。

根据一个优选的实施方式，所述服务器/云平台将报警信息发送到至少一个关联对象过程中包括将所述报警信息发送至与所述用户地理关联的和/或逻辑关联的至少一个关联对象，并按照与所述用户的关联强度值由大至小的顺序发送到至少一个关联对象；其中，与所述用户地理关联的至少一个关联对象包括与所述用户物理距离小于等于预设阈值的至少一个关联对象；其中，与所述用户逻辑关联的至少一个关联对象包括与所述用户具有亲属关系、隶属关系和救护关系的至少一个关联对象。

根据一个优选的实施方式，所述数据采集单元将包含压力信息、湿度信息、温度信息和心音信息中的一种或多种信息作为一层数据发送至单片机处理单元；所述单片机处理单元将按不同通道接收的一层数据进行分类储存，并将类别信息作为标记信息链接至一层数据中各个传感器对应的传感数据记录之上，并储存于数据储存单元。

根据一个优选的实施方式，所述单片机处理单元将包含各个传感器对应的传感数据记录以及链接至一层数据中各个传感器对应的传感数据记录之上的标记信息作为二层数据经数据传输单元以有线和/或无线的方式发送至移动终端。

根据一个优选的实施方式，所述服务器/云平台中的数据预处理模块基于储存于方案数据库中的数据预处理方案完成对移动终端发送的包含用户压力信息数据、湿度信息数据、温度信息数据和心音信息数据的二层数据进行数值范围分类的预处理并将完成预处理后形成的三层数据发送至综合数据处理模块。

通过所述辅助睡眠的床垫，所述床垫可以智能化实现用户生理状况的监测，并基于监测结果实现反馈报警或睡眠建议反馈，从而有助于用户了解自身睡眠情况并改善自身睡眠质量，同时，所述床垫通过对采集的数据进行分阶段处理分模块处理，避免通过单个数据处理单元进行数据处理时出现的反应速度变慢和处理单元过热等问题，并方便了对整个数据采集和处理过程的监控。

根据一个优选的实施方式，所述数据采集单元中压力传感器与放大电路相连，湿度传感器与放大电路相连，温度传感器(与放大电路相连，心音传感器与放大电路相连；所述放大电路将完成放大的包含压力信息数据、湿度信息数据、温度信息数据以及心音信息数据经A/D转换电路发送至单片机处理单元进行一层数据的初步处理。

根据一个优选的实施方式，所述压力传感器为半导体压电电阻传感器、静电容量型压力传感器和扩散硅压力变送器中的一种或多种；所述湿度传感器为电阻式氯化锂湿度计、露点式氯化锂湿度计、碳湿敏式湿度计、氧化铝湿度计和陶瓷湿度传感器中的一种或多种；所述温度传感器为接触式或非接触式温度计传感器；所述心音传感器为红外脉搏传感器、心率脉搏传感器、光电脉搏传感器、数字脉搏传感器、心音脉搏传感器和集成化脉搏传感器中的一种或多种。

附图说明

图1是本发明的床垫功能模块示意图；

图2是本发明的传感模块示意图；

图3是本发明A/D转换电路30s内六个数据采集通道的值画图；

图4是本发明A/D转换电路滤波后30s内六个数据采集通道的值画图；

图5是本发明用于呼吸判断的A/D转换电路30s的值画图；

图6是本发明用于呼吸监测的数据图；

图7是本发明用于翻身判断的A/D转换电路30s内的值画图；和

图8是本发明用于离床判断的A/D转换电路30s内的值画图。

附图标记列表

101：电源模块 102：数据采集单元 103：单片机处理单元

104：数据传输单元 105：报警单元 106：显示单元

107：移动终端 108：服务器/云平台 109：数据储存单元

102a：压力传感器 102b：湿度传感器

102c：温度传感器 102d：心音传感器

102e：放大电路 102f：A/D转换电路

108a：数据预处理模块 108b：方案数据库

108c：综合数据处理模块

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

图1示出了本发明的床垫的功能模块示意图。如图1所示，本发明床垫的功能模块包括位于床垫上的电源模块101、数据采集单元102、单片机处理单元103、数据传输单元104、报警单元105、显示模块106和数据储存单元109。所述床垫功能模块还包括位于远端的移动终端107和服务器/云平台108。

所述数据采集单元102包括用于采集压力数据的压力传感器102a、用于采集湿度数据的湿度传感器102b、用于采集温度数据的温度传感器102c、用于采集心音数据的心音传感器102d、用于实现信号放大处理的放大电路102e和A/D转换电路102f。所述服务器/云平台108包括有数据预处理模块108a、方案数据库108b和综合数据处理模块108c。所述方案数据库108b设有针对不同人群的数据处理方案，例如针对儿童、成年人和老人的数据处理方案，以及针对病人的处理方案等。

所述床垫表面按照矩形网格分为多个区域，每个区域皆为一个相同的矩形形状。例如，所述床垫可以分为横向具有九块矩形结构的区域，竖向具有十二块矩形结构的区域。所述床垫每块区域都设置有压力传感器102a、湿度传感器102b、温度传感器102c和心音传感器102d。同时，每块区域都具有通过充气或其它方式实现该区域硬度调节的调节机构。

所述电源模块101分别与数据采集单元102和单片机处理单元103相连，用于实现为位于床垫上各功能模块供电。所述数据采集单元102与单片机处理单元103相连。所述数据采集单元102用于实现包含压力数据、湿度数据、温度数据和心音数据的一层数据的数据采集。

所述单片机处理单元103用于实现对采集的一层数据进行包括分类、储存的初步处理，并形成二层数据。所述单片机处理单元103将按不同通道接收的一层数据进行分类储存，并将类别信息作为标记信息链接至一层数据中各个传感器对应的传感数据记录之上，并将包含各个传感器对应的传感数据记录以及链接至一层数据中各个传感器对应的传感数据记录之上的标记信息作为二层数据。

所述单片处理单元103与数据储存单元109相连，用于实现与单片处理单元103相关的数据的储存。所述单片机处理单元103还与位于床垫上的报警单元105相连。当服务器/云平台108检测到人体信号异常情况时，会触发报警单元105，报警单元105除发警示音、蜂鸣，还会发送警报提示给显示模块106，同时服务器/云平台108会将报警信息发送给用户的至少一个关联对象。

所述服务器/云平台108将报警信息发送到至少一个关联对象过程中包括将所述报警信息发送至与所述用户地理关联的和/或逻辑关联的至少一个关联对象，并按照与所述用户的关联强度值由大至小的顺序发送到至少一个关联对象。

其中，与所述用户地理关联的至少一个关联对象包括与所述用户物理距离小于等于预设阈值的至少一个关联对象。其中，与所述用户逻辑关联的至少一个关联对象包括与所述用户具有亲属关系、隶属关系和救护关系的至少一个关联对象。所述隶属关系包括所述用户隶属于某看护机构、某小区和/或归某物业公司管理，以及隶属于某街道办等。所述救护关系包括所述用户与某医院和/或某医疗机构的救护关系等。

同时，针对不同的关联强度值也确定了报警信息对关联对象的影响强度和/或关联强度，其关联性越强的关联对象越先反应。

其中，与所述用户地理关联的至少一个关联对象包括与所述用户物理距离小于等于预设阈值的至少一个关联对象。例如，可以将阈值设置为100m，并且在阈值距离范围内当与用户越近的关联对象有越大的关联值。例如，当与所述用户的距离小于等于1m时关联值为100，与所述用户的距离大于1m小于等于两米时关联值为95，离得越远其关联值越小，并按比例减小。

其中，与所述用户逻辑关联的至少一个关联对象包括与所述用户具有亲属关系、隶属关系和救护关系的至少一个关联对象。针对逻辑关联值，当报警数据为温度、湿度和/或压力类信息时，属于隶属关系的关联对象具有较大关联值，与亲属关系相关的关联对象具有较小关联值，与救护关系相关的关联对象具有最小关联值。当报警数据为心音类信息时，与救护相关关联对象具有较大关联值，与隶属相关的关联对象具有较小关联值。根据一个优选实施方式，发送至关联对象的反馈信息优先发送至逻辑关联相关的至少一个关联对象。

根据一个优选的实施方式，所述报警单元105还包括有摄像装置。所述摄像装置用于异常状态和离床监测，当用户处于异常状态时，服务器/云平台108会接收来自床垫的警报信号，同时会对异常状态进行级别判定，当用户出现紧急状态，将会联系用户设置的关联对象，关联对象可以远程打开摄像装置。当温度传感器102c和心音传感器102d数据全部归零达到一定时间，例如10s钟。摄像头会自动打开进行识别，如未能发现人体，则判定用户离床，反之则判定用户出现紧急情况，例如为呼吸骤停，心脏骤停等情况。

异常状态级别判定：当用户发出异常状态，将会针对不同级别的异常状态，同时结合用户提供的生理信息，进行警报。例如所述异常状态的级别有：睡眠不佳，疾病预防，需要救援等。当用户仅是翻转，可以判定用户健康状态良好，但是睡眠不佳。当用户出现辗转情况，可以判定用户需要观察，服务器/云平台108将会发送信息给用户设置的亲属关系或隶属关系的关联对象，关联对象可以在移动终端107或服务器/云平台108远程打开摄像装置实现视频观察。当用户出现需要救援情况，例如温度传感器102c和心音传感器102d数据突然归零，并且摄像头打开判定用户仍在床上，服务器/云平台108将会发出联系关联对象的命令信息，关联对象可以在移动端或云平台远程打开摄像头进行状态确认，并实现用户救护。

所述单片机处理单元103经数据传输单元104与移动终端107相连，用以实现将二层数据以有线和/或无线的方式传输至移动终端107，并用于接收由移动终端107传输至数据单片机处理单元103的反馈信息或数据。所述移动终端107可以用于实现二层数据的展示，用户可以通过移动终端107查看数据采集单元102采集的各种传感数据以及单片机处理单元103对一层数据进行处理后的数据信息。同时用户可以通过移动终端107查看服务器/云平台108的反馈数据。移动终端107还用于实现服务器/云平台108中的方案数据的输入以及用户个人信息的输入。所述移动终端107与服务器/云平台108相连。所述服务器/云平台108用于实现对经移动终端107传输至的二层数据的处理以及反馈过程。所述移动终端包含但不仅为手机、平板电脑，一切可以完成2G/3G/4G以及其他所有3GPP协议的通信的设备都可以认为是移动终端107。

所述服务器/云平台108中的数据预处理模块108a与移动终端107和方案数据库108b相连，并将接收的由移动终端107传输的二层数据进行数据预处理。所述数据预处理模块108a还与综合数据处理模块108c相连。所述数据预处理模块108a将对二层数据处理后形成的三层数据发送至综合数据处理模块108c。

所述数据预处理包括：对接收的二层数据中的传感数据种类进行确认。并基于二层数据中包含的一种或多种传感器数据种类信息调取储存于方案数据库108b中的数据分类方案，完成对二层数据中各种传感数据的数值范围分类。并由数据预处理模块108a将完成对二层数据的数值范围分类后形成的三层数据发送至综合数据处理模块108c。

所述综合数据处理模块108c将三层数据处理后形成的反馈数据发送至移动终端107和/或单片机处理单元103。

所述综合数据处理模块108c基于接收的包含用户压力信息数据、湿度信息数据、温度信息数据和心音数据完成用户当前生理状态、睡眠姿势和离床情况的分析，并基于用户当前生理状态、睡眠姿势、离床情况的分析结果以及从方案数据库108b调取的综合处理方案实现用户生理安全等级、睡眠姿势和离床情况的确认。

并基于用户生理安全等级、睡眠姿势和离床情况形成包括建议信息的反馈数据。所述反馈数据包括结果展示数据和/或报警数据和/或命令数据，其中，所述展示数据为发送至显示模块106和移动终端107形成的用于展示给用户的包括文字、数字列表和图像中的至少一个数据。所述报警数据包括发送至移动终端107通过控制装置和/或振动装置进行报警的数据和发送至位于床垫的单片机处理单元103通过控制报警单元105以及显示模块106进行报警提醒的数据。所述命令数据为发送至单片机处理单元103的用于控制数据采集单元102中的至少一个传感器进行数据再采集的命令信息。

根据一个优选的实施方式，所述反馈数据至少包括有命令数据，所述命令数据为发送至单片机处理单元103的用于控制数据采集单元102中的至少一个传感器进行传感数据二次采集的命令信息。所述传感数据二次采集为所述服务器/云平台108中的综合数据处理模块109c通过压力传感器102a监测到所述用户睡眠姿势发生变化时发送的进行压力信息数据和/或湿度信息数据和/或温度信息数据和/或心音信息数据的二次采集。本装置的数据采集单元102进行数据采集的过程中，床垫上所有传感器不是同时进行数据采集，从而降低了服务器/云平台108的数据处理压力。同时，所述数据采集单元102中各传感器仅根据单片机处理单元的控制命令实现数据采集，而不必一直维持工作状态从而增加各个传感器的使用寿命，并降低了床垫能耗，减少了不必要的用电量。

所述传感单元102进行二次采集的传感数据由所述服务器/云平台108进行数据处理。所述湿度信息数据和/或温度信息数据和/或心音信息数据的二次采集为基于所述压力传感器102a进行压力信息二次采集并通过服务器/云平台108分析确认用户的睡眠姿势以及用户与所述床垫的接触区域实现对应区域的湿度信息数据和/或温度信息数据和/或心音信息数据的二次采集。所述床垫的湿度信息数据和/或温度信息数据和/或心音信息数据的二次采集都是基于压力传感器102a重新对用户的睡眠姿势以及与床垫的接触位置进行确认后进行的，使得湿度、温度和心音传感器都是基于用户与床垫新的接触区域或位置进行的数据再采集，避免了开启整个床垫上的传感器进行数据采集和数据分析过程，避免了床垫上与用户在非接触区域传感器的不必要的数据采集，降低了服务器/云平台108的数据处理压力。

所述命令数据还包括基于采集的用户温度信息的温度调节数据以及基于用户睡眠姿势的床垫区域硬度调节数据。所述温度调节数据用于控制位于床垫上的温度调整单元实现温度调整。所述床垫区域硬度调节数据为基于用户的睡眠姿势以及用户与床垫的接触区域完成对应区域的硬度调节。所述硬度调节为基于枕头高度与用户体重因素而定。所述床垫硬度调整为实现用户在平卧或侧睡情况下，用户头部受力区域与用户肩部受力区域在竖直方向上高度差为10cm至15cm。例如，用户睡眠枕头高度为8cm，则所述床垫变形区间为2cm至7cm，即是，所述床垫基于用户的重量情况完成对应受力区域硬度调节，并使得床垫对应受力区域的变形区间为2cm至7cm。本床垫装置通过数据传感单元102检测到的温度信息可以通过服务器/云平台108的综合数据处理单元实现床垫的温度调节，提高用户的睡眠体检。同时，通过用户对床垫的压力信息分析出的睡眠姿势，所述床垫还可以基于用户不同的睡眠姿势完成床垫硬度的调节，从而达到保护人体颈椎的目的。

图2示出了数据采集单元102与单片机处理单元103的连接关系。其中，压力传感器102a与放大电路102e相连，用于实现床垫对压力信息的采集，并完成信号的放大。所述压力传感器102a可以是半导体压电电阻传感器、静电容量型压力传感器和扩散硅压力变送器。湿度传感器102b与放大电路102e相连，用于实现床垫对湿度信息的采集，并完成信号的放大。所述湿度传感器可以是电阻式氯化锂湿度计、露点式氯化锂湿度计、碳湿敏式湿度计、氧化铝湿度计和陶瓷湿度传感器中的一种或多种。温度传感器102c与放大电路102e相连，用于实现床垫对温度信息的采集，并完成信号的放大。所述温度传感器102c可以是接触式或非接触式温度计，例如包括压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶式温度计的接触式温度传感器。心音传感器102d与放大电路102e相连，用于实现床垫对用户心音信息的采集，并完成信号的放大。所述心音传感器102d可以是红外脉搏传感器、心音脉搏传感器、光电脉搏传感器、数字脉搏传感器、心音脉搏传感器和集成化脉搏传感器中的一种或多种。所述放大电路102e将完成放大的包含压力信息数据、湿度信息数据、温度信息数据、心音信息数据经A/D转换电路发送至单片机处理单元103进行一层数据的初步处理。

根据一个优选的实施方式，所述床垫通过压力传感器102a完成用户床上姿态监测。因难以预测用户在床上以何种姿态作息，所以需要通过多通道下对用户数据进行采集，同时压力传感系统需要通过选取以得到最适合进行数据分析的通道。当用户在床上睡眠姿态改变，例如翻身、辗转，需要更改用于数据处理的通道，同时记录用户的异常状态，例如翻身次数等信息，可以实现初步对用户进行睡眠的质量分析。当用户为无法自理的群体，例如婴幼儿和老人时，可以及时发出警报信息。

进一步地，用户平躺在床上，所有通道上的压力传感器102a同时开始采集压力变化信号，经过一段时间后，例如6s后，开始对通道进行筛选。当通道内采集的数据满足一定条件，例如低于/高于某一阈值的点数目最多时，选择该通道用于数据处理，通过对选取通道进行数据处理可以得到用户的生理信号，如呼吸、心跳和温湿度等，所述生理信号分别通过湿度传感器102b、温度传感器102c和心音传感器102d采集获得。同时关闭与数据采集无关的通道对应的传感器。

当用户更改睡眠姿势，分布于床上的某些通道将会产生较大的信号变化，此时系统会再次进行通道选择。服务器/云平台108的综合数据处理模块108c基于数据采集单元102中的多个压力传感器102a采集的压力变化情况，完成用户姿势变化情况分析，并基于分析结果控制数据采集单元102更换数据采集通道或维持原数据采集通道继续进行数据采集。当出现超过1/10压力传感器102a数据采集消失或明显减小，例如压力数值减小了1/5，则判断用户卧床姿势发生了明显改变，需要控制数据采集单元102进行变更数据采集通道进行数据再采集。

所述变更数据采集通道过程为当所述服务器/云平台108通过数据采集单元102监测到人体卧床姿势发生改变时，通过单片机处理单元103控制数据采集单元102中分布于整个床垫表面上的压力传感器102a实现压力数据再采集，从而确定人体卧床的新姿势，在完成用户卧床姿势确定后，由原传感器采集通道切换至用户与床垫接触或受力区域传感器的采集通道，并由对应通道控制包括压力传感器102a、湿度传感器102b、温度传感器102c和心音传感器102d对用户进行传感数据采集。

如果压力传感器102a采集的压力信号并未产生较大变化，则不进行通道切换，例如人轻微移动身体，此时不进行通道切换，以降低通道切换带来的数据丢失。

当用户处于异常状态时，将会记录用户的异常状态类型和次数。在这里以翻身举例，用户翻身时，部分受力的压力传感器采集102a的数据会产生改变，例如原本压着的传感器，此时不再受力，当变化满足设定条件时，例如某些传感器数据归零，同时原本没有数据的传感器接收到数据时，记录用户处于翻身状态，并记录次数。

当用户不再位于床垫上时，原本受力的传感器数据发生变化，当波形满足设定条件，例如，原本有数值的传感器信号迅速归零，与翻身不同的地方在于归零的速度，以及所有传感器都归零时，系统判定用户离床，如果用户为不能自理群体，则系统在离床状态达到一定时间长度后，例如10分钟后，发出警报信号。

进一步地，计算呼吸率的方法普遍为波形法，通过寻址呼吸波相邻的有效波峰和波谷计算周期，从而得到呼吸率。当前，诸多该领域研究集中在基于床垫式的生理信号监测系统，例如法国科学家J.MOLET在分析地震波时首先使用了小波变换。采用小波变换提取心跳及呼吸信号。小波是指具有一定的振幅、频率的震动波形。波形均值为零，幅值正负交替。而小波变换是这样一种变换：用不同频率的经过移位等变换的小波所形成的小波基来组成或分解时域信号。中心频率和带宽的比例不同决定了小波的差异。小波变换的过程和傅立叶变换十分相似。

例如美国学者Norden E.Huang等人提出了一种在时域上的非平稳信号处理方法-经验模态分解算法，简称EMD。任何复杂的数据序列都可以分解为有限个且通常是若干个固有模态函数(Intrinsic Mode Function，简称IMF)。这种方法具有很强的自适应和高效性，由于这种分解是基于数据时间尺度的局部特性，所以它适用于非线性和非稳定性的处理过程。固有模态函数的引出，使得瞬时频率的意义更加的突出。同时复杂数据序列的瞬时频率概念的引入，有效的避免了用杂散谐波来描述非线性和非稳定性信号的弊端。从信号处理的角度看，EMD是将信号逐步从高频到低频分解的过程。它体现了多分辨率的特性。无论是概念上还是信号分析方法上，都是对非平稳性信号处理的一个创新的突破，开辟了新的思路。与小波变换相比，EMD方法不需要选择基函数，而是针对于信号自身的特点，自适应的将信号分解成有限个频率从高到低的固有模态函数，同时不同的IMF分量也反映了信号在不同的时间尺度上的特征。通过对每一个IMF分量进行频谱分析和判断，再回到时域上分离和重构新生儿的呼吸及心跳信号，这样可以避免噪声和呼吸信号谐波等干扰。

本发明装置也可以通过小波算法或EMD算法实现用户呼吸率的统计。经过采样的信号为呼吸、心跳和体动等噪声的混合信号。信号含有不同频率的谐波分量，需进一步信号处理以获得准确的心跳、呼吸信号。采用EMD算法将信号分解成有限个固有模态函数之和，按照呼吸率和心率的频带范围来进行对呼吸和心跳波形的重构。首先对呼吸和心跳的混合信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，简称FFT)，找出最大谱峰对应的频率，从而估算出呼吸的和心跳的频带范围。再对同一信号进行EMD，可以分解成若干个频率不同的谐波分量。有些谐波分量是呼吸或心跳信号的组成部分，通过对每个谐波分量进行FFT，计算出在呼吸和心跳频率范围内的能量占某个谐波分量的比例。当该比例大于60％(经验参数)时，可以认为是呼吸和心跳的组成成分。对所有的谐波分量进行计算后，可以重构呼吸和心跳信号。在分别对呼吸和心跳信号进行FFT，计算出最高谱峰对应的频率，即为呼吸率和心率。

进一步地，基于不同人的呼吸、心跳频率会有很大的差别，同一个人不同时间段的呼吸、心率也各不相同，特殊情况下，呼吸率可高达150次/分钟(2.5Hz)，这将与正常情况时的心率范围重合。因此通过设定固定的呼吸率和心率频带范围来进行呼吸信号和心跳信号分离往往无法准确地测量各种异常状况下的生理信息。由于在信号采集器采集的混合信号中心跳信号相对来说比较微弱，呼吸信号的能量最大。因此，首先对初始混合信号进行快速傅立叶变换，计算出能量最大的谱峰所对应的频率值，即为呼吸率的估计值fc。利用人体在同一时间内呼吸和心跳在频域范围内存在差异且心率一般要高于呼吸率的特点，选择以fc为中值、0.2Hz范围内的频率为呼吸信号的频带范围，fc+0.2Hz至3Hz为心跳信号的频带范围。通过动态选取的呼吸及心跳信号的滤波频带，可更准确地计算实时呼吸率和心率，不受被测者异常生理状况影响。

以所述床垫实现呼吸监测为例，人体卧于床垫上时，数据采集单元102中心音传感器102d开始进行参数采集，并将采集信息转化为电信号。经过放大电路102e，可以将电荷信号转化为电压信号，完成信号去噪后发送至A/D转换电路102f，并且将带有呼吸和心跳信号的混合电压信号进行去噪，分离出呼吸信号和心跳信号。电压信号经过A/D转换电路102f转换成数字信号，然后通过串行通信的方式将数据传输在单片机处理单元103中进行数字处理，同时通过显示单元将计算到的呼吸率等信息实时显示。当有窒息情况放生时，控制扬声器发出报警信号。

其中，所述A/D转换电路102f可以采用30s数据滑动窗口处理数据，每1s更新一次窗口。如图3所示，图中横坐标为时间，单位为秒，纵坐标为A/D转换电路102f电压值计数。所述床垫有多个根据用户与床垫接触区域有多个数据采集通道，图3为选取了6个通道的值画图。心音传感器102d采集信号经过放大电路102e完成平滑滤波，以去掉信号中的噪声，图4为滑动滤波后6个通道的值画图。从图4各数据采集通道中选取波峰或波谷距离2048值最大值对应的通道作为用于判断呼吸的通道，图中横坐标为时间，单位为秒，纵坐标为A/D转换电路102f电压值计数。其中心音传感器102d本身由于压力变化会产生电压的变化，经过数据采集单元102的放大和电压太高以后，电压的变化阈值抬高至(0V，+3V)，其中2048对应的即是1.5V，4096对应的即是3V。诸如2048或4096之类的数值意义就是对传感单元102总A/D转换电路102f采样的结果，当传感器处于静止状态时，系统采集到的电压处于1.5V，也即是2048点附近。图5为选取的用于呼吸判断的通道4，图中横坐标为时间，单位为秒，纵坐标为A/D转换电路102f电压值计数。图6为呼吸监测图。若上穿2048线，记为1，下穿2048记为0，计数30秒内的呼吸数，乘以2即可得到每分钟呼吸数值。

根据一个优选的实施方式，以压力传感器102a采集的数据为例，通道选择过程中，计算5秒内所有通道采样值与2048的差值平方，对差值平方排序，选择最大的两个通道作为当前所选通道，若通道切换表示对象进行了一次翻身。如图7所示，图中横坐标为时间，单位为秒，纵坐标为A/D转换电路102f电压值计数。虚线框内为所选通道，原来的2个通道切换为完全2个新的通道，表示对象翻身一次，对比实际情况，确实发生了翻身动作。

根据一个优选的实施方式，以传感单元102任一传感器采集的数据为例，当监测到所有通道的信号趋于2048，即没有感知到生理信号，则认为测试对象离床。如图8所示，图中横坐标为时间，单位为秒，纵坐标为A/D转换电路102f电压值计数。电压曲线(7秒时刻)后，所有信号值趋于2048，认为对象离床。

进一步地，通过本发明所述的床垫，用户可以智能化实现生命活动的感知记录：采用高感度传感器探测心跳、呼吸、体动等基础生命活动信息元素；采用数据模型分析计算及滤波分析分离出心跳、呼吸及异常体动事件。

通过本发明所述的床垫，用户可以智能化实现生命活动的危机值监视与报警：系统可以设定心脏搏动正常值，并提供数据监视功能，在超出设定范围后报警；系统可以设定呼吸次数正常值，并提供数据监视功能，在超出设定范围后报警；系统可以记录各种可分析测定的传感状态及生命活动状态，并提供数据监视功能，在超出设定范围后报警。

通过本发明所述的床垫，用户可以智能化实现基础生命活动事件的分析：测定正常活动状态：例如卧床；测定非活动状态：例如离床(符合离床预设方案)；测定特异性非活动状态：例如生命活动消失(符合特异性非活动状态数据预设方案)；测定为异常活动状态：例如持续咳嗽、翻滚等测定异常活动状态：例如摔床(符合摔床数据预设方案)；测定异常活动状态：例如夜间频繁离床等。

通过本发明所述的床垫，用户可以智能化实现基础生命活动事件特殊状态报警：服务器/云平台108可设定各种测定状态的阀值，将提供各种测定状态的通报、警示及报警功能，例如：离床报警：对部分不能离床的患者定义报警要求，在系统检测到状态为离床时报警用于防坠床；生命活动消失报警。特殊活动记录：系统对数据进行分析处理，分析并记录可能存在的活动状态，如心率异常、离床、翻滚等；夜间活动记录：将重点捕捉夜间生命活动事件，可以为临床医疗分析提供协助。

通过本发明所述的床垫，用户可以智能化实现触发时间的设定与提醒：系统将提供触发事件管理功能，如：按时间触发、按入院时间触发、按卧床时间触发、按离床时间触发、按呼吸或心跳数触发等；所有触发事件将提供显示、警示及报警，便携式监测终端将同步提供服务。

通过本发明所述的床垫，用户可以智能化实现紧急呼叫：提供床边贴身呼叫按钮，提供紧急呼叫服务。

通过本发明所述的床垫，关联对象可以实现对用户的智能化监测：提供可移动的生命活动传感数据浏览终端；可提供WIFI、3G、4G等不同的网络登陆及数据访问模式。

因此，通过本发明所述的床垫，用户可以智能化实现生理状况的监测，并基于监测结果实现反馈报警或睡眠建议反馈，从而有助于用户了解自身睡眠情况并改善自身睡眠质量。在数据采集单元102进行数据采集的过程中，所有传感器不是同时进行数据采集，从而降低了床垫的服务器/云平台108的数据处理压力。同时，所述数据采集单元102中各传感器仅根据单片机处理单元103的控制命令实现数据采集，而不必一直维持工作状态从而增加各个传感器的使用寿命，并降低了床垫能耗，减少了不必要的用电量。因此，本发明所述的床垫，不仅适用于医院、护理中心等场所，还适用于家庭，应用广泛。

需要注意的是，上述具体实施方式是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种监测系统，尤其是一种睡眠质量监测系统，其包括服务器/云平台(108)；其特征在于，

所述服务器/云平台(108)中的数据预处理模块(108a)基于储存于方案数据库(108b)中的数据预处理方案完成对移动终端(107)发送的包含用户压力信息数据、湿度信息数据、温度信息数据和心音信息数据的二层数据进行数值范围分类的预处理并将完成预处理后形成的三层数据发送至综合数据处理模块(108c)。

2.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述综合数据处理模块(108c)基于用户生理安全等级、睡眠姿势和离床情况形成包括建议信息的反馈数据，其中，所述反馈数据包括结果展示数据和/或报警数据和/或命令数据。

3.如权利要求2所述的监测系统，其特征在于，所述服务器/云平台(108)包括有数据预处理模块(108a)和方案数据库(108b)，其中，所述数据预处理模块(108a)与所述移动终端(107)和所述方案数据库(108b)相连并将接收的由所述移动终端(107)传输的二层数据进行数据预处理，所述方案数据库(108b)设有针对不同人群的数据处理方案。

4.如权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括数据采集单元(102)，所述数据采集单元将包含压力信息、湿度信息、温度信息和心音信息中的一种或多种信息作为一层数据发送至单片机处理单元(103)，

所述单片机处理单元(103)，用于将按不同通道接收的一层数据进行分类储存，并将类别信息作为标记信息链接至一层数据中各个传感器对应的传感数据记录之上，并储存于数据储存单元(109)。

5.如权利要求4所述的监测系统，其特征在于，所述单片机处理单元还将包含各个传感器对应的传感数据记录以及链接至一层数据中各个传感器对应的传感数据记录之上的标记信息作为二层数据经数据传输单元(104)以有线和/或无线的方式发送至移动终端(107)。

6.如前述权利要求之一所述的监测系统，其特征在于，所述数据预处理包括：对接收的二层数据中的传感数据种类进行确认，并基于二层数据中包含的一种或多种传感器数据种类信息调取储存于方案数据库(108b)中的数据分类方案，完成对二层数据中各种传感数据的数值范围分类。

7.如权利要求6所述的监测系统，其特征在于，所述服务器/云平台(108)基于移动终端(107)发送的三层数据完成用户当前生理状态、睡眠姿势和离床信息的分析与统计，并基于用户当前生理状态、睡眠姿势、离床情况的分析与统计结果以及从方案数据库(108b)调取的综合处理方案实现用户生理安全等级、睡眠姿势和离床情况的判定，同时形成反馈数据发送至移动终端(107)和/或单片机处理单元(103)。

8.如权利要求6所述的监测系统，其特征在于，所述命令数据为发送至单片机处理单元(103)的用于控制数据采集单元(102)中的至少一个传感器进行传感数据二次采集的命令信息；

所述传感数据二次采集为所述服务器/云平台(108)中的综合数据处理模块(109c)通过压力传感器(102a)监测到所述用户睡眠姿势发生变化时发送的进行压力信息数据和/或湿度信息数据和/或温度信息数据和/或心音信息数据的二次采集。

9.如权利要求6所述的监测系统，其特征在于，所述报警数据包括发送至所述移动终端(107)通过控制装置和/或振动装置进行报警的数据和发送至位于所述床垫的所述单片机处理单元(103)通过控制报警单元(105)以及显示模块(106)进行报警提醒的数据。

10.如前述权利要求之一所述的监测系统，其特征在于，所述服务器/云平台将报警信息发送到至少一个关联对象过程中包括将所述报警信息发送至与所述用户地理关联的和/或逻辑关联的至少一个关联对象，并按照与所述用户的关联强度值由大至小的顺序发送到至少一个关联对象；其中，与所述用户地理关联的至少一个关联对象包括与所述用户物理距离小于等于预设阈值的至少一个关联对象；其中，与所述用户逻辑关联的至少一个关联对象包括与所述用户具有亲属关系、隶属关系和救护关系的至少一个关联对象。

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