CN111897377A - 一种智能气囊床垫的控制方法 - Google Patents

一种智能气囊床垫的控制方法 Download PDF

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周文鹏
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Abstract

本发明提出一种智能气囊床垫的控制方法，包括：S1根据用户提供的体重W和身高H获得气囊床垫本体的初始压力值P0；S2通过压力传感器获取用户躺在床垫上时每一次翻身的压力浮动的最大压力值P2和最小压力值P3，并计算出压力浮动值P4＝P2‑P3；S3当P4＞P5时，控制器控制翻身次数S自动加1；S4将人体深度睡眠时间区间分成多个时间段，在每个时间段内，当S＞S1时，控制器控制初始压力值P0自动加上P1，并记录在整个人体深度睡眠时间区间内，初始压力值P0自动加上P1的次数为N；S5根据以上方法，获得人体睡眠的舒适压力值P＝P0+P1×N。该控制方法使得智能气囊床垫能提供给用户最佳的舒适压力值，实现零压感和零痛感，以达到最佳的睡眠质量。

Description

一种智能气囊床垫的控制方法
技术领域
本发明涉及智能家具技术领域，尤其涉及一种智能气囊床垫的控制方法。
背景技术
床垫是人们生活中必不可少的生活用品，床垫的好坏直接影响着人们的睡眠质量。传统的床垫通常由床垫芯和包裹在床垫芯外面的装饰套构成，长时间使用后，床垫往往产生凹陷变形，且软硬度难以保持，因而无法持续提供舒适的睡眠支撑，影响了消费者的睡眠质量。
随着科技的发展和人们生活水平的提高，市场上出现了智能气囊床垫，用户可以根据需求选择气囊床垫的压力档位，或者智能气囊床垫感知人体施加的压力并自动地调整床垫压力。然而，现有的智能气囊床垫普遍存在躺下时有压迫感、噪音大、调节方式单一、体验感不强的缺陷。另外，现有的智能气囊床垫没有考虑到在睡眠期间人体会起床的情况，人体躺在床垫上时会向床垫施加一个压力，当人体离开床垫时，压力值陡然减小，当人体再次躺下时，床垫提供的压力值已发生变化，无法提供舒适的压力，因此，现有的智能气囊床垫无法保证人体离开后和再次躺下时的压力值保持不变。
根据《2015中国睡眠质量白皮书》，好床垫有两个标准：一是人无论处于哪种睡眠姿势，脊柱都能保持平直舒展；二是压强均等，人躺在上面全身能够得到充分放松。最适合睡眠的床垫，应该是人躺在床垫上时脊柱成自然状态，并且保证零压感和零痛感。而当身体某部分在接触床垫被压住时，便会产生一些刺激神经线的代谢物质，身体会在这些位置未致于痛楚前自动转换睡姿，这就是人们常说的翻身，翻身次数过多则影响睡眠质量，从该角度来看，人在睡眠过程中翻身次数的多少也反映了床垫的舒适度。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提出一种智能气囊床垫的控制方法，其从翻身次数的角度出发调整气囊床垫的压力，获得最佳的舒适压力值，从而向用户提供最舒适的软硬度支撑。
为实现上述目的，本发明采用如下的实现方式：
一种智能气囊床垫的控制方法，智能气囊床垫包括：气囊床垫本体、气泵、用于控制气体流量的调节阀、用于感应气囊床垫本体受到压力大小的压力传感器，以及用于控制智能气囊床垫工作的控制器，控制方法包括如下步骤：
S1根据用户提供的体重W和身高H获得气囊床垫本体的初始压力值P0；
S2通过压力传感器获取用户躺在床垫上时每一次翻身的压力浮动的最大压力值P2和最小压力值P3，并计算出压力浮动值P4＝P2-P3；
S3当P4＞P5时，控制器控制翻身次数S自动加1，其中，P5表示压力变化平均值；
S4将人体深度睡眠时间区间分成多个时间段，在每个时间段内，当S＞S1时，控制器控制初始压力值P0自动加上P1，并记录在整个人体深度睡眠时间区间内，初始压力值P0自动加上P1的次数为N，其中，S1表示一个时间段内翻身次数平均值，P1表示压力叠加值；
S5根据以上方法，获得人体睡眠的舒适压力值P＝P0+P1×N。
进一步地，控制方法还包括步骤：当用户感觉气囊床垫本体的压力过大时，其操作用户互动界面以降低气囊床垫本体的压力值，控制器控制当前的压力值减去P1，并记录在整个人体深度睡眠时间区间内，减去P1的次数为M。
进一步地，若用户通过用户互动界面降低气囊床垫本体的压力值，则人体睡眠的舒适压力值P＝P0+P1×N-P1×M。
进一步地，初始压力值P0＝P00+P01+P02+P03，其中，
P00＝0.081W/2π(0.065H)2，表示人体头部的压强，
P01＝0.355W/(0.240H×0.174H)，表示人体背部的压强，
P02＝0.342W/(0.253H×0.191H)，表示人体臀部的压强，
P03＝0.222W/(2π×0.0275H×0.377H)，表示人体腿部的压强。
进一步地，控制器包含定时器，定时器计时每个时间段。
进一步地，在步骤S3中，在进入下一个时间段时，翻身次数S归0。
进一步地，在步骤S3中，当P4＞P5×2时，控制器判断用户发生起床行为而不是翻身行为，并控制翻身次数S不加1。
进一步地，控制方法还包括步骤：
S6当气囊床垫本体达到舒适压力值P时，控制器控制气泵、调节阀、传感器进入休眠状态，直到用户操作用户互动界面，控制方法再次执行步骤S2至S5。
本发明的智能气囊床垫的控制方法具有如下有益效果：
(1)本发明通过监测人体睡眠时的翻身次数，调整气囊床垫的压力值，直到翻身次数到达科学的翻身次数，也就是人体睡眠最舒适的状态，从而获得最舒适压力值，实现人体睡眠时的零压感和零痛感；
(2)本发明可以为用户提供定制化服务，专属用户体验后获得其最舒适的压力值，控制器记录该舒适压力值，并在下一次睡眠时直接提供该舒适压力值，本发明也适用于不同的用户，根据用户的身高、体重，通过本发明的控制方法获得适合不同用户的最舒适压力值；
(3)本发明的控制方法使得气囊床垫在达到舒适压力值时，所有电器元件进入休眠状态，因此降低了噪音，且减少了电能消耗，延长了设备的使用寿命；
(4)本发明的控制方法能识别用户在睡眠过程中的起床行为和翻身行为，如果用户是起床行为，则气囊床垫的压力值不发生变化，当用户再次躺下时，所感受到的压力值与起床前相同，解决了现有智能气囊床垫在用户躺下时有压迫感的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。
图1是本发明首选实施方式的智能气囊床垫的构造示意图。
图2是本发明首选实施方式的智能气囊床垫的原理框图。
图3是本发明首选实施方式的智能气囊床垫的控制方法的流程图。
图4是本发明的智能气囊床垫控制方法的实验图示。
具体实施方式
下面将结合附图、通过对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。
如图1所示，本发明首选实施方式的智能气囊床垫包括气囊床垫本体1、气泵2、用于控制气体流量的调节阀、用于感应气囊床垫本体受到压力大小的压力传感器4，以及用于控制智能气囊床垫工作的控制器5。
调节阀包括充气调节阀31和泄气调节阀32。在本实施方式中，调节阀3优先采用电磁阀。充气调节阀31和泄气调节阀32分别设置在气囊床垫本体1的充气管路和泄气管路上，并由控制器5控制，用于控制气囊床垫本体1的充气和泄气。
为便于与用户互动，智能气囊床垫还包括用户互动界面6，该用户互动界面6与控制器5连接，其包括手机APP、遥控器、语言控制端中的至少一个。
如图2和图3所示，本发明的智能气囊床垫的控制方法包括如下步骤：
S1根据用户提供的体重W和身高H获得气囊床垫本体的初始压力值P0。
具体地，用户通过用户互动界面6输入体重W和身高H，控制器5根据体重W和身高H计算出人体的头部、背部、臀部、腿部的压强，这四个部分的压强根据人体测量学获得，分别如下：
头部压强P00＝0.081W/2π(0.065H)2，
背部压强P01＝0.355W/(0.240H×0.174H)，
臀部压强P02＝0.342W/(0.253H×0.191H)，
腿部压强P03＝0.222W/(2π×0.0275H×0.377H)，
根据上述四个部分的压强，获得气囊床垫本体的初始压力值P0＝P00+P01+P02+P03。
S2通过压力传感器获取用户躺在床垫上时每一次翻身的压力浮动的最大压力值P2和最小压力值P3，并计算出压力浮动值P4＝P2-P3。
S3当P4＞P5时，控制器控制翻身次数S自动加1，其中，P5表示压力变化平均值；
S4将人体深度睡眠时间区间分成多个时间段，在每个时间段内，当S＞S1时，控制器控制初始压力值P0自动加上P1，并记录在整个人体深度睡眠时间区间内，初始压力值P0自动加上P1的次数为N，其中，S1表示一个时间段内翻身次数平均值，P1表示压力叠加值，S1和P1是通过对不同人群进行试验后得出的经验值，
人体深度睡眠时间区间通常设置为晚上10:00至上午8:00，当然，该人体深度睡眠时间区间也可以根据用户的自身情况设定。控制器5包括定时器，用于计时每个时间段。
S5根据以上方法，获得人体睡眠的舒适压力值P＝P0+P1×N。
为了避免用户在睡眠期间的起床行为(例如起夜)被误认为是翻身行为，在上述步骤S3中，当P4＞P5×2时，控制器判断用户发生的是起床行为而不是翻身行为，并控制翻身次数S不加1，这是因为当人体离开床垫时，压力会急剧下降，该状态下的压力浮动值P4至少是压力变化平均值P5的两倍，所以，当压力浮动值P4大于压力变化平均值P5的两倍时，控制器控制翻身次数S不加1。这样的设计使得用户在起床时，气囊床垫本体的压力值不发生变化，当用户再次躺下时，其感受到的压力与起床前相同，不会产生压迫感。
上述的智能气囊床垫的控制方法通过判读并记录用户的翻身次数，对气囊床垫本体的初始压力值进行自动调整，当气囊床垫本体的压力值调整到翻身次数S低于翻身次数平均值S1时，即获得适合该用户的最舒适压力值，也即向该用户提供最佳的软硬度支撑，以达到最佳的睡眠质量。
本发明的控制方法还包括步骤：
S6当气囊床垫本体达到舒适压力值P时，控制器控制所有电器元件(即气泵、调节阀、传感器等)进入休眠状态，直到用户操作用户互动界面，控制方法再次执行步骤S2至S5。该方法降低了智能气囊床垫的造影，且大大减少了电能消耗，延长了设备的使用寿命。
在某些特殊情况下，例如用户偏爱较软的床垫，那么当用户感觉气囊床垫本体的压力过大时，其操作用户互动界面上相应的减压按钮，控制器控制当前的压力值减去P1，并记录在人体深度睡眠时间区间内，减去P1的次数为M，获得人体睡眠的舒适压力值P＝P0+P1×N-P1×M。通过这样的控制方法，提升了智能气囊床垫的学习能力，能根据用户的睡眠习惯更加智能地提供适合该用户的舒适压力值。
一方面，本发明能够向用户提供定制化服务，服务于专属用户，该用户在体验后，控制器获得并记录该用户的舒适压力值，在下一次睡眠时，直接向该用户提供舒适压力值；另一方面，本发明也适用于不同的用户，当不同用户使用时，控制器根据其身高和体重计算出初始压力值，再根据翻身次数的判读和记录，调整气囊床垫本体的压力值，直到获得最佳的舒适压力值。
下面以用户1和用户2为例体验由本发明控制方法控制的智能气囊床垫。在该实验中，人体深度睡眠时间设置为晚上10:00到上午8:00，这10个小时的人体深度睡眠时间分为10个时间段。根据科学研究发现，正常人每晚翻身大约20次，翻身次数过多或过少都是不利于健康的，因此将每个时间段的翻身次数平均值S1设置为2。
根据表1的实验数据，用户1的初始压力值P0为0.87Pa，随着翻身次数S的增加，压力值随之增加，当增加到一定数值时(也即压力值接近舒适压力值时)，翻身次数S开始下降，当翻身次数S为0时，得到舒适压力值P为3.27Pa。
为了进一步证明3.27Pa为最佳的舒适压力值P，气囊床垫本体的压力值继续升高至3.47Pa、3.67Pa……，从表1的实验数据可以得出，当压力值大于舒适压力值时，用户1的翻身次数随之增加，说明此时的压力值并非舒适压力值，反之，证明了3.27Pa为用户1的最佳舒适压力值P。
表1：用户1，身高163mm，体重124g
Figure BDA0002621167340000051
Figure BDA0002621167340000061
根据以下表2的实验数据，用户2的初始压力值P0为1.1Pa，随着翻身次数S的增加，压力值随之增加，当增加到一定数值时(也即压力值接近舒适压力值时)，翻身次数S开始下降，当翻身次数S为0时，得到舒适压力值P为3.7Pa。
为了进一步证明3.7Pa为最佳的舒适压力值P，气囊床垫本体的压力值继续升高至3.9Pa、4.1Pa……，从表2的实验数据可以得出，当压力值大于舒适压力值时，用户2的翻身次数随之增加，说明此时的压力值并非舒适压力值，反之，证明了3.7Pa为用户2的最佳舒适压力值P。
表2：用户2，身高180mm，体重186g
当前值P 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 ....... 3.7 3.9 ..... 4.5
P<sub>2</sub> 1.4 1.68 2.05 2.26 2.51 2.71 4.21 4.46 4.9
P<sub>3</sub> 0.83 1.15 1.48 1.71 1.98 2.18 3.68 3.88 4.32
P<sub>5</sub> 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
翻身次数S 14 14 12 11 11 10 0 4 8
S<sub>1</sub> 2 2 2 2 2 2 2 2 2
自动叠加值P<sub>1</sub> 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
定时器 1h 1h 1h 1h 1h 1h ....... 1h 1h ..... 1h
根据以上用户1和用户2的实验数据，结合图4所示，当用户的翻身次数逐渐降低，气囊床垫本体的压力值逐渐接近最佳的舒适压力值，当翻身次数小于或等于翻身次数平均值时，此时的压力值为最佳的舒适压力值，反之，智能气囊床垫向用户提供最佳的舒适压力值时，能有效降低翻身次数，达到最佳的睡眠质量。
上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (8)

1.一种智能气囊床垫的控制方法，所述智能气囊床垫包括：气囊床垫本体、气泵、用于控制气体流量的调节阀、用于感应所述气囊床垫本体受到压力大小的压力传感器，以及用于控制所述智能气囊床垫工作的控制器，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
S1根据用户提供的体重W和身高H获得气囊床垫本体的初始压力值P0；
S2通过压力传感器获取用户躺在床垫上时每一次翻身的压力浮动的最大压力值P2和最小压力值P3，并计算出压力浮动值P4＝P2-P3；
S3当P4＞P5时，控制器控制翻身次数S自动加1，其中，P5表示压力变化平均值；
S4将人体深度睡眠时间区间分成多个时间段，在每个时间段内，当S＞S1时，控制器控制初始压力值P0自动加上P1，并记录在整个人体深度睡眠时间区间内，初始压力值P0自动加上P1的次数为N，其中，S1表示一个时间段内翻身次数平均值，P1表示压力叠加值；
S5根据以上方法，获得人体睡眠的舒适压力值P＝P0+P1×N。
2.如权利要求1所述的智能气囊床垫的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤：当用户感觉气囊床垫本体的压力过大时，其操作用户互动界面以降低气囊床垫本体的压力值，所述控制器控制当前的压力值减去P1，并记录在整个人体深度睡眠时间区间内，减去P1的次数为M。
3.如权利要求2所述的智能气囊床垫的控制方法，其特征在于，若用户通过用户互动界面降低气囊床垫本体的压力值，则人体睡眠的舒适压力值P＝P0+P1×N-P1×M。
4.如权利要求1所述的智能气囊床垫的控制方法，其特征在于，所述初始压力值P0＝P00+P01+P02+P03，其中，
P00＝0.081W/2π(0.065H)2，表示人体头部的压强，
P01＝0.355W/(0.240H×0.174H)，表示人体背部的压强，
P02＝0.342W/(0.253H×0.191H)，表示人体臀部的压强，
P03＝0.222W/(2π×0.0275H×0.377H)，表示人体腿部的压强。
5.如权利要求1所述的智能气囊床垫的控制方法，其特征在于，所述控制器包含定时器，所述定时器计时每个时间段。
6.如权利要求5所述的智能气囊床垫的控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，在进入下一个时间段时，所述翻身次数S归0。
7.如权利要求6所述的智能气囊床垫的控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，当P4＞P5×2时，所述控制器判断用户发生起床行为而不是翻身行为，并控制翻身次数S不加1。
8.如权利要求1所述的智能气囊床垫的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤：
S6当气囊床垫本体达到舒适压力值P时，所述控制器控制所述气泵、调节阀、传感器进入休眠状态，直到用户操作用户互动界面，所述控制方法再次执行步骤S2至S5。
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