CN113180430A - 一种基于重量信息变化的智能枕头睡姿判别方法 - Google Patents

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刘瑜
邹振超
任佳
郭力宁
余益臻
倪欣
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Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Zhejiang University of Science and Technology ZUST
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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    • A47G9/10—Pillows
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开一种基于重量信息变化的智能枕头睡姿判别方法，所述的智能枕头包括底板，底板的上部设置称重传感器，称重传感器的上部设置气囊，气囊的上部设置海绵，所述的气囊通过气管连接进气阀，进气阀通过气管连接充气泵；称重传感器、充气泵和进气阀连接控制电路，控制电路设置处理器，称重信号处理电路，充气泵控制电路和进气阀控制电路；处理器设置睡姿判别方法，包括步骤：处理器读取称重信号处理电路的重量数据f(k)；当用户平稳躺在智能枕头上，计算N次重量数据的均值W1；在用户变换睡姿过程中，计算变换时间t；当用户再次平稳躺在智能枕头上，计算N次重量数据的均值W2；如果W2＞W1，用户从侧躺转换为平躺；如果W2＜W1，用户从平躺转换为侧躺。

Description

一种基于重量信息变化的智能枕头睡姿判别方法
技术领域
本专利涉及一种基于重量信息变化的智能枕头睡姿判别方法，属于智能控制技术领域。
背景技术
睡眠一般占据人们每天三分之一的时间，睡眠状态的好坏不仅影响第二天的精神状态，还影响身体的健康。其中，枕头对睡眠质量的影响不容忽视。“落枕”就是最明显而直接的相关常见病。入睡前并无任何症状，晨起后却感到项背部明显酸痛，颈部活动受限。主要原因是睡眠时枕头不合适，过高、过低或过硬，使头颈处于过伸或过屈状态，均可引起颈部一侧肌肉紧张，使颈椎小关节扭错，时间较长即可发生静力性损伤，使伤处局部疼痛不适，动作明显受限。因此枕头的适宜高度，可以给予头部良好的支撑，保障颈部、肩部健康，提升睡眠质量。因此枕头应该识别人们不同的睡姿，调整枕头高度进行适应。
有鉴于此特提出本专利。
发明内容
针对上述问题，本专利提供一种基于重量信息变化的智能枕头睡姿判别方法，识别人们在睡眠过程中的睡姿状态，为枕头高度调整提供依据。
本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于重量信息变化的智能枕头睡姿判别方法，所述的智能枕头包括进行支撑的底板，所述的底板的上部设置称重传感器，所述的称重传感器的上部设置气囊，所述的气囊的上部设置支撑头部的海绵，所述的底板、称重传感器、气囊和海绵的外面包裹枕套，所述的气囊通过气管连接进气阀，所述的进气阀通过气管连接充气泵，所述的称重传感器、进气阀和充气泵连接控制电路，所述的控制电路设置进行集中控制的处理器，和与所述的处理器连接的称重信号处理电路、充气泵控制电路和进气阀控制电路，所述的称重信号处理电路连接所述的称重传感器，所述的充气泵控制电路连接所述的充气泵，所述的进气阀控制电路连接所述的进气阀，所述的处理器设置睡姿判别方法，所述的睡姿判别方法包括以下步骤：
(1)所述的处理器读取所述的称重信号处理电路的重量数据f(k)，k＝0，1，2....，采样周期为T；
(2)当用户平稳躺在所述的智能枕头上，|f(k)-f(k-1)|＜ΔF，其中ΔF为幅度阈值；当|f(k1)-f(k1-1)|＞ΔF时，计算均值
Figure BSA0000238791900000021
其中N为计算区间长度；
(3)在用户变换睡姿过程中，|f(k)-f(k-1)|＞ΔF；当|f(k2)-f(k2-1)|＜ΔF时，用户恢复平稳睡姿，计算变换时间t＝(k2-k1)*T；
(4)当用户再次平稳躺在所述的智能枕头上，|f(k)-f(k-1)|＜ΔF；累计采样N次以后，计算均值
Figure BSA0000238791900000022
(5)当变换时间t＞Ti并且|W2-W1|＞ΔW，其中Ti为时间阈值，ΔW为重量阈值，则判断睡姿：如果W2＞W1，用户从侧躺转换为平躺；如果W2＜W1，用户从平躺转换为侧躺。
所述的称重传感器包括四个串联的应变传感器，均匀分布在所述的底板的四个角落，所述的应变传感器上方设置支撑板。
本专利的有益效果主要表现在：1、根据人们正躺和侧躺对枕头的压力不同，判别睡姿，不依据头部的绝对重量进行判断，适应性好；2、根据睡姿不同，调整枕头高度，改善睡眠过程中枕头对头部和颈部的支撑效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是平躺转换为侧躺的判别示意图；
图3是侧躺转换为平躺的判别示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本专利作进一步描述：
如图1-3所示，一种基于重量信息变化的智能枕头睡姿判别方法，所述的智能枕头包括进行支撑的底板1，所述的底板1的上部设置称重传感器3，所述的称重传感器3的上部设置气囊4，所述的气囊4的上部设置支撑头部的海绵2，所述的底板1、称重传感器3、气囊4和海绵2的外面包裹枕套5。
所述的称重传感器3用于测量头部施加在所述的智能枕头上的重量，可用于判断用户的睡姿。当用户正躺时，头部大部分重量都压在所述的智能枕头上；而侧躺时，由于肩部的支撑，头部的部分重量分担到肩部上，因此正躺时，所述的称重传感器3测量得到重量数据要大于用户侧躺时测量得到的重量数据。优选的，所述的称重传感器3包括四个串联的应变传感器，均匀分布在所述的底板1的四个角落，所述的应变传感器上方设置支撑板。
所述的气囊4通过充气或者放气来改变所述的智能枕头的高度，实现对头部和颈部的最佳支撑。为了实现充气和放气，所述的气囊4通过气管连接进气阀，所述的进气阀通过气管连接充气泵。当所述的进气阀打开，并且所述的充气泵工作，则对所述的气囊4进行充气；当所述的进气阀打开，并且所述的充气泵不工作，则对所述的气囊4进行放气。为了实现集中控制，所述的称重传感器3、充气泵和进气阀连接控制电路，所述的控制电路设置进行信息采集和处理的处理器，和与所述的处理器连接的称重信号处理电路、充气泵控制电路和进气阀控制电路。所述的称重信号处理电路连接所述的称重传感器3，包括信号放大滤波电路及模数转换电路；所述的充气泵控制电路连接所述的充气泵，设置为开关控制电路；所述的进气阀控制电路连接所述的进气阀，设置为开关控制电路。
所述的处理器设置睡姿判别方法，所述的睡姿判别方法包括以下步骤：
(1)所述的处理器读取所述的称重信号处理电路的重量数据f(k)，k＝0，1，2....，采样周期为T；
(2)当用户平稳躺在所述的智能枕头上，|f(k)-f(k-1)|＜ΔF，其中ΔF为幅度阈值；当|f(k1)-f(k1-1)|＞ΔF时，计算均值
Figure BSA0000238791900000041
其中N为计算区间长度；
当用户平稳躺在所述的智能枕头上时，用户头部在所述的称重传感器3上的重量保持不变。当重量发生波动时，说明用户睡姿可能发生调整，将平稳状态下的测量值f(k)进行平均，得到均值W1。
(3)在用户变换睡姿过程中，|f(k)-f(k-1)|＞ΔF；当|f(k2)-f(k2-1)|＜ΔF时，用户恢复平稳睡姿，计算变换时间t＝(k2-k1)*T；
当用户睡姿发生调整时，用户头部在所述的称重传感器3上的重量产生波动，不记录这个阶段的测量值f(k)的幅值，但是变换时间t可用于滤除可能的测量误差。
(4)当用户再次平稳躺在所述的智能枕头上，|f(k)-f(k-1)|＜ΔF；累计采样N次以后，计算均值
Figure BSA0000238791900000051
当用户再次平稳下来，则累计测量数据，并计算均值W2，利用W2与W1之间的大小关系进行睡姿判断。
(5)当变换时间t＞Ti并且|W2-W1|＞ΔW，其中Ti为时间阈值，ΔW为重量阈值，则判断睡姿：如果W2＞W1，用户从侧躺转换为平躺；如果W2＜W1，用户从平躺转换为侧躺。
前提条件“变换时间t＞Ti”表示为睡姿变换的实际过程，而非所述的称重传感器3的检测误差造成的重量变化。前提条件“|W2-W1|＞ΔW”表示所述的称重传感器3的检测重量发生变化，并且达到一定幅值。然后，根据W2与W1之间的大小关系进行睡姿判断。
综上所述，本发明公开的方案根据人们正躺和侧躺对枕头的压力不同，判别睡姿，不依据头部的绝对重量进行判断，适用于不同的人群，并且根据睡姿不同，调整枕头高度，改善睡眠过程中枕头对头部和颈部的支撑效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于重量信息变化的智能枕头睡姿判别方法，所述的智能枕头包括进行支撑的底板，所述的底板的上部设置称重传感器，所述的称重传感器的上部设置气囊，所述的气囊的上部设置支撑头部的海绵，所述的底板、称重传感器、气囊和海绵的外面包裹枕套，其特征在于：所述的气囊通过气管连接进气阀，所述的进气阀通过气管连接充气泵，所述的称重传感器、进气阀和充气泵连接控制电路，所述的控制电路设置进行集中控制的处理器，和与所述的处理器连接的称重信号处理电路、充气泵控制电路和进气阀控制电路，所述的称重信号处理电路连接所述的称重传感器，所述的充气泵控制电路连接所述的充气泵，所述的进气阀控制电路连接所述的进气阀，所述的处理器设置睡姿判别方法，所述的睡姿判别方法包括以下步骤：
(1)所述的处理器读取所述的称重信号处理电路的重量数据f(k)，k＝0，1，2....，采样周期为T；
(2)当用户平稳躺在所述的智能枕头上，|f(k)-f(k-1)|＜ΔF，其中ΔF为幅度阈值；当|f(k1)-f(k1-1)|＞ΔF时，计算均值
Figure FSA0000238791890000011
其中N为计算区间长度；
(3)在用户变换睡姿过程中，|f(k)-f(k-1)|＞ΔF；当|f(k2)-f(k2-1)|＜ΔF时，用户恢复平稳睡姿，计算变换时间t＝(k2-k1)*T；
(4)当用户再次平稳躺在所述的智能枕头上，|f(k)-f(k-1)|＜ΔF；累计采样N次以后，计算均值
Figure FSA0000238791890000012
(5)当变换时间t＞Ti并且|W2-W1|＞ΔW，其中Ti为时间阈值，ΔW为重量阈值，则判断睡姿：如果W2＞W1，用户从侧躺转换为平躺；如果W2＜W1，用户从平躺转换为侧躺。
2.如权利要求1所述的一种基于重量信息变化的智能枕头睡姿判别方法，其特征在于：所述的称重传感器包括四个串联的应变传感器，均匀分布在所述的底板的四个角落，所述的应变传感器上方设置支撑板。
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