CN113952587B - 一种基于睡眠状态控制播放装置的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能控制技术领域，公开了一种基于睡眠状态控制播放装置的系统，包括用于获取用户睡眠状态数据的睡眠检测模块和基于用户睡眠状态数据控制播放装置的控制模块，其中，睡眠检测模块包括微型传感器和主控模块，微型传感器用于获取用户的身体的X、Y和Z轴的加速度值；微型传感器是加速度传感器；主控模块包括侧倾角测量单元、俯仰角测量单元和姿势检测单元；本发明能够通过对于用户姿态的检测，同步的控制播放装置的音乐播放，从而能够使音乐播放与睡眠同步；本发明能够通过对于用户信息的采集处理获得控制参数控制播放装置播放适宜于用户辅助睡眠的音乐。
Description
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，更具体地说，它涉及一种基于睡眠状态控制播放装置的系统。
背景技术
随着生活压力的增大，人们的睡眠质量也在随之下降，很多情况下需要药物或其他手段的辅助来帮助睡眠，其中通过音乐辅助睡眠是一种常用而且有效的手段，通过音乐辅助睡眠，但是音乐辅助睡眠的问题是在进入睡眠之后音乐可能反而会起到反向的效果，如果通过设定时长的方式进行控制，会产生睡眠无法与音乐播放同步的情况。
发明内容
本发明提供一种基于睡眠状态控制播放装置的系统，解决相关技术中音乐辅助睡眠时音乐播放装置的控制的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于睡眠状态控制播放装置的系统，包括用于获取用户睡眠状态数据的睡眠检测模块和基于用户睡眠状态数据控制播放装置的控制模块，其中，
睡眠检测模块包括微型传感器和主控模块，微型传感器用于获取用户的身体的X、Y和Z轴的加速度值；
微型传感器是加速度传感器；
主控模块包括侧倾角测量单元、俯仰角测量单元和姿势检测单元，其中侧倾角测量单元通过X轴的加速度值和Z轴的加速度值测量侧倾角值，俯仰角测量单元通过Y轴的加速度值和Z轴的加速度值测量俯仰角值，姿势检测单元基于侧倾角测量单元测量的侧倾角值和俯仰角测量单元测量的俯仰角值确定用户的姿态，用户的姿态包括站姿和卧姿，其中卧姿包括左侧卧、右侧卧、俯卧和仰卧；
俯仰角值和侧倾角值的计算包括以下条件和计算方法：
当a>0时，α＝arctan(b/a)；
当a<0且b＝0时，α＝arctan(b/a)+p；
当a<0且b<0时，α＝arctan(b/a)-p；
当a＝0且b>0时，α＝p/2；
当a＝0且b<0时，α＝-p/2；
当a＝0和b＝0时，不计算α；
p＝π；
当计算侧倾角值时b＝z，a＝y，z表示Z轴的加速度值，y表示Y轴的加速度值；
当计算俯仰角值时b＝z，a＝x，z表示Z轴的加速度值，x表示X轴的加速度值；
控制模块在达到设定的条件时关闭播放装置，设定的条件包括：
用户的姿态为卧姿；
二、用户的姿态变化频率低于10min/次；
三、10min内用户的俯仰角值的变化量小于设定的变量阈值。
睡眠检测模块为穿戴式设备，还包括电源单元，电源单元用于给微型传感器和主控模块供电。睡眠检测模块还包括用于与控制模块通信的第一通信单元。
播放装置包括固定式或穿戴式的播放设备，其至少能够播放音乐。
姿势检测单元确定用户的姿态的方法：
以身体的躯干与地面平行时，定义相对于X轴的旋转角度为0°，身体站立时相对于X轴的旋转角度为90°。
当俯仰角值的绝对值大于45°且小于135°时判断用户的姿态为卧姿；
当侧倾角值大于0°且小于180°表示用户的姿态为右侧卧，当侧倾角值小于0°且大于-180°表示用户的姿态为左侧卧，当侧倾角值为0°时表示用户的身体为仰卧，当侧倾角值为180°和-180°时表示用户的身体为俯卧。
控制模块通过采集用户的信息对播放装置进行控制的方法包括：
控制模块采集用户的日常信息，用户的日常信息包括用户的食物摄入信息、吸烟信息、服药信息、饮品摄入信息，通过对用户的日常信息进行处理获得用户的日常生活指标；
基于用户的日常生活指标建立用户的日常生活指标矩阵，用户的日常生活指标矩阵的一个数值对应于一个用户的日常生活指标与该日常生活指标的参照值的比值；
提取N个历史日期的用户的日常生活指标矩阵，通过N个卷积核分别对日常生活指标矩阵分别进行卷积处理，获得N个预处理生活指标矩阵，通过一个卷积核对N个预处理生活指标矩阵进行卷积处理获得调整参照参数S。
对日常生活指标矩阵进行卷积处理的卷积核的大小为1*1，卷积核的权值为对应的历史日期的用户的入睡时间和标准入睡时间的比值，卷积的步长为1；
对N个预处理生活指标矩阵进行卷积处理的卷积核的大小与预处理生活指标矩阵的大小一致；
基于用户的基本信息和调整参照参数S计算对于播放装置的控制参数；
基于用户的基本信息和调整参照参数S计算对于播放装置的控制参数的方法包括：
首先建立基本模型，基本模型包括基准基本信息和对应的基准控制参数，基准基本信息包括基准年龄、基准体重、基准体脂百分比，基准控制参数至少包括基准音量参数、基准播放时间参数和基准声音频率参数；
提取用户的基本信息，用户的基本信息包括用户年龄、用户体重、用户体脂百分比；
计算用户播放控制参数。
进一步地，计算用户播放控制参数的用户音量参数的公式如下：
其中，Qy表示用户音量参数，Qj表示设定的基准音量参数，S表示卷积计算获得调整参照参数S，Ji表示第i个基准基本信息，Yi表示第i个用户基本信息。
计算用户播放控制参数的用户播放时间的公式如下：
其中，Ty表示用户播放时间参数，Tj表示设定的基准播放时间参数，S表示卷积计算获得调整参照参数S，Ji表示第i个基准基本信息，Yi表示第i个用户基本信息。
计算用户播放控制参数的用户声音频率参数的公式如下：
其中，Hy表示用用户声音频率参数，Hj表示设定的基准声音频率参数，S表示卷积计算获得调整参照参数S，Ji表示第i个基准基本信息，Yi表示第i个用户基本信息。
进一步地，控制模块包括：
开关控制模块，其基于侧倾角值、俯仰角值、用户的姿态和设定的条件控制播放装置的开关；
用户日常信息采集单元，其用于采集用户的日常信息；
用户日常生活指标生成单元，其基于采集的用户的日常信息处理获得用户的日常生活指标；
矩阵生成单元，其基于用户的日常生活指标建立用户的日常生活指标矩阵；
第一卷积处理单元，其用于提取N个历史日期的用户的日常生活指标矩阵，通过N个卷积核分别对日常生活指标矩阵分别进行卷积处理，获得N个预处理生活指标矩阵；
第二卷积处理单元，其用于通过一个卷积核对N个预处理生活指标矩阵进行卷积处理获得调整参照参数S；
基本模型存储单元，其用于存储基本模型，基本模型包括基准基本信息和对应的基准控制参数；
用户基本信息采集单元，其用于提取用户的基本信息；
用户播放控制参数计算单元，基于基本模型、用户的基本信息和调整参照参数计算用户播放控制参数；
播放控制模块，基于计算的用户播放控制参数对播放装置进行控制。
本发明的有益效果在于：
本发明能够通过对于用户姿态的检测，同步的控制播放装置的音乐播放，从而能够使音乐播放与睡眠同步；
本发明能够通过对于用户信息的采集处理获得控制参数控制播放装置播放适宜于用户辅助睡眠的音乐。
附图说明
图1是本发明实施例的基于睡眠状态控制播放装置的系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的睡眠检测模块的模块结构示意图；
图3是本发明实施例的控制模块的模块结构示意图；
图4是本发明实施例的第一卷积处理单元进行卷积处理的示意图；
图5是本发明实施例的第二卷积处理单元进行卷积处理的示意图。
图中：睡眠检测模块100，控制模块200，播放装置300，微型传感器101，主控模块102，电源单元103，侧倾角测量单元1021，俯仰角测量单元1022，姿势检测单元1023，开关控制模块201，用户日常信息采集单元202，用户日常生活指标生成单元203，矩阵生成单元204，第一卷积处理单元205，第二卷积处理单元206，基本模型存储单元207，用户基本信息采集单元208，用户播放控制参数计算单元209，播放控制模块210。
具体实施方式
现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。
如图1和图2所示，一种基于睡眠状态控制播放装置的系统，包括用于获取用户睡眠状态数据的睡眠检测模块100和基于用户睡眠状态数据控制播放装置300的控制模块200，其中，
睡眠检测模块100可以是用于用户穿着的穿戴式设备，穿戴式设备包括微型传感器101(MEMS)、主控模块102和电源单元103，其中电源单元103用于给微型传感器101和主控模块102供电，微型传感器101用于获取用户的身体的X、Y和Z轴的加速度值；
微型传感器101可以是加速度传感器或陀螺仪传感器。
需要说明的是，本发明中的播放装置300包括音响、耳机等固定式或穿戴式的播放设备，其至少能够播放音乐。
睡眠检测模块100还包括用于与控制模块200通信的第一通信单元，第一通信单元可以通过4G等远程网络通信或者是WIFI、蓝牙等近场无线通信与控制模块200进行连接，当然也可以采用信号线与控制模块200进行直连。
主控模块102包括侧倾角测量单元1021、俯仰角测量单元1022和姿势检测单元1023，其中侧倾角测量单元1021通过X轴的加速度值和Z轴的加速度值测量侧倾角值，
俯仰角测量单元1022通过Y轴的加速度值和Z轴的加速度值测量俯仰角值，
姿势检测单元1023基于侧倾角测量单元1021测量的侧倾角值和俯仰角测量单元1022测量的俯仰角值确定用户的姿态，用户的姿态包括站姿和卧姿，其中卧姿包括左侧卧、右侧卧、俯卧和仰卧；
俯仰角值和侧倾角值的计算包括以下条件和计算方法：
当a>0时，α＝arctan(b/a)；
当a<0且b＝0时，α＝arctan(b/a)+p；
当a<0且b<0时，α＝arctan(b/a)-p；
当a＝0且b>0时，α＝p/2；
当a＝0且b<0时，α＝-p/2；
当a＝0和b＝0时，不计算α；
p＝π；
当计算侧倾角值时b＝z，a＝y，z表示Z轴的加速度值，y表示Y轴的加速度值；
当计算俯仰角值时b＝z，a＝x，z表示Z轴的加速度值，x表示X轴的加速度值；
最为简单的判断用户的身体的姿态的方法是：
当侧倾角值大于0°且小于180°表示用户的身体向右旋转，当侧倾角值小于0°且大于-180°表示用户的身体向左旋转，当侧倾角值为0°时表示用户的身体为仰卧，当侧倾角值为180°和-180°时表示用户的身体为俯卧。
作为一种综合判断的方法：
以身体的躯干与地面平行时，定义相对于X轴的旋转角度为0°，身体站立时相对于X轴的旋转角度为90°。
当俯仰角值的绝对值大于45°且小于135°时判断用户的姿态为卧姿；
当侧倾角值大于0°且小于180°表示用户的姿态为右侧卧，当侧倾角值小于0°且大于-180°表示用户的姿态为左侧卧，当侧倾角值为0°时表示用户的身体为仰卧，当侧倾角值为180°和-180°时表示用户的身体为俯卧；
当然也可以采用其他适应性的调整侧倾角值和俯仰角值对应于用户的姿态的判断方法。
基于上述的实施例，本发明提供一种控制模块200控制播放装置300开关的方法，达到设定的条件时关闭播放装置300，设定的条件包括：
用户的姿态为卧姿；
二、用户的姿态变化频率低于10min/次；
三、10min内用户的俯仰角值的变化量小于设定的变量阈值。
进一步的，本发明提供一种通过采集用户的信息对播放装置300进行控制的方法
控制模块200采集用户的日常信息，用户的日常信息包括用户的食物摄入信息、吸烟信息、服药信息、饮品摄入信息，通过对用户的日常信息进行处理获得用户的日常生活指标；
例如通过处理用户的食物摄入信息和饮品摄入信息可以处理获得蛋白质摄入量、脂肪摄入量、糖分摄入量、咖啡因摄入量等日常生活指标，通过吸烟信息可以处理获得尼古丁摄入量的日常生活指标；
基于用户的日常生活指标建立用户的日常生活指标矩阵，用户的日常生活指标矩阵的一个数值对应于一个用户的日常生活指标与该日常生活指标的参照值的比值；
控制模块200还采集用户的入睡时间，并设定标准入睡时间。
如图3和图4所示，提取N个历史日期的用户的日常生活指标矩阵，通过N个卷积核分别对日常生活指标矩阵分别进行卷积处理，获得N个预处理生活指标矩阵，通过一个卷积核对N个预处理生活指标矩阵进行卷积处理获得调整参照参数S。
在本发明的上述实施例中，对日常生活指标矩阵进行卷积处理的卷积核的大小为1*1，卷积核的权值为对应的历史日期的用户的入睡时间和标准入睡时间的比值，卷积的步长为1；
对N个预处理生活指标矩阵进行卷积处理的卷积核的大小与预处理生活指标矩阵的大小一致；
在本发明的上述实施例中，日常生活指标的参照值是预先设定的，日常生活指标的参照值的设定的含义是日常生活指标处于该值以下时不会影响到用户的正常睡眠。预先设定的依据可以是根据医学研究或历史数据统计。
基于用户的基本信息和调整参照参数S计算对于播放装置300的控制参数；
通过卷积处理的方法对于用户的历史信息进行处理，相对于单纯的将用户的日常生活指标与参照值对比来获得控制参数，无论是用户出现异常的日常行为或者常态的用户行为都能够很好的进行参照，
在本发明的实施例中，提取用户的日常生活指标矩阵的历史日期可以是当前日期之前的N个历史日期，N的取值可以根据用户生活作息的规律性进行调整，规律性较差的情况则适应的增大取值，反之减小取值。
具体的方法包括：
首先建立基本模型，基本模型包括基准基本信息和对应的基准控制参数，基准基本信息包括基准年龄、基准体重、基准体脂百分比，基准控制参数至少包括基准音量参数、基准播放时间参数和基准声音频率参数；
提取用户的基本信息，用户的基本信息包括用户年龄、用户体重、用户体脂百分比；
计算用户播放控制参数，其中，
计算用户播放控制参数的用户音量参数的公式如下：
其中，Qy表示用户音量参数，Qj表示设定的基准音量参数，S表示卷积计算获得调整参照参数S，Ji表示第i个基准基本信息，Yi表示第i个用户基本信息；
计算用户播放控制参数的用户播放时间的公式如下：
其中，Ty表示用户播放时间参数，Tj表示设定的基准播放时间参数，S表示卷积计算获得调整参照参数S，Ji表示第i个基准基本信息，Yi表示第i个用户基本信息；
计算用户播放控制参数的用户声音频率参数的公式如下：
其中，Hy表示用户声音频率参数，Hj表示设定的基准声音频率参数，S表示卷积计算获得调整参照参数S，Ji表示第i个基准基本信息，Yi表示第i个用户基本信息；
通过上述的计算公式计算获得的用户播放控制参数对播放装置300进行控制，能够基于用户的条件并且综合用户的历史数据对播放装置300进行控制，以给予用户更好的睡前听觉感受，适应用户的睡眠需求。
上述的计算公式考虑到音量与播放时间在播放装置300播放时客观的相互影响作用，对音量和播放时间的参数进行协同计算。
在本发明的上述实施例中，基本模型配置为男性和女性两个类别，对应与用户的性别选择对应的性别的基本模型。
在本发明的上述实施例中，计算的音量参数、播放时间参数和声音频率参数可以进行进一步的适应性调整，实际实现的过程中可以在计算的音量参数、播放时间参数和声音频率参数调整为上下浮动的范围值，以使其能够适应于播放器播放的乐曲的适应性选择。
为了实现本发明的对于播放装置300的控制功能，如图5所示，本发明提供一种控制模块200的实现示例，其包括：
开关控制模块201，其基于侧倾角值、俯仰角值、用户的姿态和设定的条件控制播放装置300的开关；
用户日常信息采集单元202，其用于采集用户的日常信息；
用户日常生活指标生成单元203，其基于采集的用户的日常信息处理获得用户的日常生活指标；
矩阵生成单元204，其基于用户的日常生活指标建立用户的日常生活指标矩阵；
第一卷积处理单元205，其用于提取N个历史日期的用户的日常生活指标矩阵，通过N个卷积核分别对日常生活指标矩阵分别进行卷积处理，获得N个预处理生活指标矩阵；
第二卷积处理单元206，其用于通过一个卷积核对N个预处理生活指标矩阵进行卷积处理获得调整参照参数S；
基本模型存储单元207，其用于存储基本模型，基本模型包括基准基本信息和对应的基准控制参数；
用户基本信息采集单元208，其用于提取用户的基本信息；
用户播放控制参数计算单元209，基于基本模型、用户的基本信息和调整参照参数计算用户播放控制参数；
播放控制模块210，基于计算的用户播放控制参数对播放装置300进行控制。
上面结合附图对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，在不脱离本实施例宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。
Claims (6)
1.一种基于睡眠状态控制播放装置的系统，其特征在于，包括用于获取用户睡眠状态数据的睡眠检测模块和基于用户睡眠状态数据控制播放装置的控制模块，其中，
睡眠检测模块包括微型传感器和主控模块，微型传感器用于获取用户的身体的X、Y和Z轴的加速度值；
微型传感器是加速度传感器；
主控模块包括侧倾角测量单元、俯仰角测量单元和姿势检测单元，其中侧倾角测量单元通过X轴的加速度值和Z轴的加速度值测量侧倾角值，
俯仰角测量单元通过Y轴的加速度值和Z轴的加速度值测量俯仰角值，
姿势检测单元基于侧倾角测量单元测量的侧倾角值和俯仰角测量单元测量的俯仰角值确定用户的姿态，用户的姿态包括站姿和卧姿，其中卧姿包括左侧卧、右侧卧、俯卧和仰卧；
俯仰角值和侧倾角值的计算包括以下条件和计算方法：
当a>0时，α＝arctan(b/a)；
当a<0且b＝0时，α＝arctan(b/a)+p；
当a<0且b<0时，α＝arctan(b/a)-p；
当a＝0且b>0时，α＝p/2；
当a＝0且b<0时，α＝-p/2；
当a＝0和b＝0时，不计算α；
p＝π；
当计算侧倾角值时b＝z，a＝y，z表示Z轴的加速度值，y表示Y轴的加速度值；
当计算俯仰角值时b＝z，a＝x，z表示Z轴的加速度值，x表示X轴的加速度值；
控制模块在达到设定的条件时关闭播放装置，设定的条件包括：
用户的姿态为卧姿；
二、用户的姿态变化频率低于10min/次；
三、10min内用户的俯仰角值的变化量小于设定的变量阈值；
控制模块通过采集用户的信息对播放装置进行控制的方法包括：
控制模块采集用户的日常信息，用户的日常信息包括用户的食物摄入信息、吸烟信息、服药信息、饮品摄入信息，通过对用户的日常信息进行处理获得用户的日常生活指标；
基于用户的日常生活指标建立用户的日常生活指标矩阵，用户的日常生活指标矩阵的一个数值对应于一个用户的日常生活指标与该日常生活指标的参照值的比值；
提取N个历史日期的用户的日常生活指标矩阵，通过N个卷积核分别对日常生活指标矩阵分别进行卷积处理，获得N个预处理生活指标矩阵，通过一个卷积核对N个预处理生活指标矩阵进行卷积处理获得调整参照参数S；
对日常生活指标矩阵进行卷积处理的卷积核的大小为1*1，卷积核的权值为对应的历史日期的用户的入睡时间和标准入睡时间的比值，卷积的步长为1；
对N个预处理生活指标矩阵进行卷积处理的卷积核的大小与预处理生活指标矩阵的大小一致；
基于用户的基本信息和调整参照参数S计算对于播放装置的控制参数；
基于用户的基本信息和调整参照参数S计算对于播放装置的控制参数的方法包括：
首先建立基本模型，基本模型包括基准基本信息和对应的基准控制参数，基准基本信息包括基准年龄、基准体重、基准体脂百分比，基准控制参数至少包括基准音量参数、基准播放时间参数和基准声音频率参数；
提取用户的基本信息，用户的基本信息包括用户年龄、用户体重、用户体脂百分比；
计算用户播放控制参数；
计算用户播放控制参数的用户音量参数的公式如下：
其中，Qy表示用户音量参数，Qj表示设定的基准音量参数，S表示卷积计算获得调整参照参数S，Ji表示第i个基准基本信息，Yi表示第i个用户基本信息；
计算用户播放控制参数的用户播放时间的公式如下：
其中，Ty表示用户播放时间参数，Tj表示设定的基准播放时间参数，S表示卷积计算获得调整参照参数S，Ji表示第i个基准基本信息，Yi表示第i个用户基本信息；
计算用户播放控制参数的用户声音频率参数的公式如下：
其中，Hy表示用户声音频率参数，Hj表示设定的基准声音频率参数，S表示卷积计算获得调整参照参数S，Ji表示第i个基准基本信息，Yi表示第i个用户基本信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于睡眠状态控制播放装置的系统，其特征在于，睡眠检测模块为穿戴式设备，还包括电源单元，电源单元用于给微型传感器和主控模块供电。
3.根据权利要求2所述的一种基于睡眠状态控制播放装置的系统，其特征在于，播放装置包括固定式或穿戴式的播放设备，其至少能够播放音乐。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于睡眠状态控制播放装置的系统，其特征在于，睡眠检测模块还包括用于与控制模块通信的第一通信单元。
5.根据权利要求1所述的一种基于睡眠状态控制播放装置的系统，其特征在于，姿势检测单元确定用户的姿态的方法：
以身体的躯干与地面平行时，定义相对于X轴的旋转角度为0°，身体站立时相对于X轴的旋转角度为90°；
当俯仰角值的绝对值大于45°且小于135°时判断用户的姿态为卧姿；
当侧倾角值大于0°且小于180°表示用户的姿态为右侧卧，当侧倾角值小于0°且大于-180°表示用户的姿态为左侧卧，当侧倾角值为0°时表示用户的身体为仰卧，当侧倾角值为180°和-180°时表示用户的身体为俯卧。
6.根据权利要求1所述的一种基于睡眠状态控制播放装置的系统，其特征在于，控制模块包括：
开关控制模块，其基于侧倾角值、俯仰角值、用户的姿态和设定的条件控制播放装置的开关；
用户日常信息采集单元，其用于采集用户的日常信息；
用户日常生活指标生成单元，其基于采集的用户的日常信息处理获得用户的日常生活指标；
矩阵生成单元，其基于用户的日常生活指标建立用户的日常生活指标矩阵；
第一卷积处理单元，其用于提取N个历史日期的用户的日常生活指标矩阵，通过N个卷积核分别对日常生活指标矩阵分别进行卷积处理，获得N个预处理生活指标矩阵；
第二卷积处理单元，其用于通过一个卷积核对N个预处理生活指标矩阵进行卷积处理获得调整参照参数S；
基本模型存储单元，其用于存储基本模型，基本模型包括基准基本信息和对应的基准控制参数；
用户基本信息采集单元，其用于提取用户的基本信息；
用户播放控制参数计算单元，基于基本模型、用户的基本信息和调整参照参数计算用户播放控制参数；
播放控制模块，基于计算的用户播放控制参数对播放装置进行控制。
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