CN116839764A - 压电布床垫使用状态检测方法、装置及智能终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了压电布床垫使用状态检测方法、装置及智能终端，上述方法包括：根据预设采样频率采集压电布床垫的二维电压数据；对二维电压数据进行降维处理，获得单帧特征值；根据单帧特征值确定压电布床垫的使用状态。本发明采用压电布作为床垫的感应材料，能够有效地获取床垫上用户的压力分布情况，通过对二维电压数据进行降维处理，可以降低算法处理的难度，提高算法的效率和准确性。

Description

压电布床垫使用状态检测方法、装置及智能终端

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域，特别是涉及压电布床垫使用状态检测方法、装置及智能终端。

背景技术

人们越来越注重家居生活的舒适性和便利性，而床垫作为人们每天必不可少的生活用品之一，也成为了智能家居领域中的一个重要组成部分。通过对床垫的使用状态进行检测，可以实现床垫的多功能应用，例如，监测用户的睡眠质量、进行健康管理、实现智能家居的控制、实现安全监控等多种功能。

现有技术中通常会在床垫上方或床架下方设置摄像头，对床垫进行实时监测，并通过图像处理技术来判断床垫的使用状态。例如，可以根据床垫上的形变、图像颜色等特征来判断床垫是否正在使用。现有技术的缺点在于，摄像头可能受到光线和遮挡等因素的影响，导致判断结果不准确，且卧室属于私密空间，部分用户不愿意在卧室安装摄像头。

发明内容

本发明的主要目的在于提供压电布床垫使用状态检测方法、装置及智能终端，旨在解决现有技术中摄像头可能受到光线和遮挡等因素的影响，导致判断结果不准确的技术问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种压电布床垫使用状态检测方法，上述压电布床垫使用状态检测方法包括：根据预设采样频率采集上述压电布床垫的二维电压数据；对上述二维电压数据进行降维处理，获得单帧特征值；根据上述单帧特征值确定上述压电布床垫的使用状态。

可选的，上述压电布床垫包括多个检测区域，每个上述检测区域设置一个压力传感器，上述根据预设采样频率采集上述压电布床垫的二维电压数据，具体包括：根据预设采样频率采集第一压力传感器的压力值，上述第一压力传感器为上述压力传感器中任一压力传感器；根据上述第一压力传感器的位置信息将上述压力值匹配到二维矩阵的对应位置，获得上述二维电压数据。

可选的，上述单帧特征值包括压力和、压力均值、压力中值。

可选的，上述对上述二维电压数据进行降维处理，获得单帧特征值，具体包括：计算第一电压矩阵中所有元素的和，获得上述压力和；计算上述第一电压矩阵中所有元素的均值，获得上述压力均值；计算上述第一电压矩阵中所有元素的中值，获得上述压力中值；其中，上述第一电压矩阵为同一采样频率下采集的上述二维电压数据。

可选的，上述根据上述单帧特征值确定上述压电布床垫的使用状态，具体包括：获取第一单帧特征值，上述第一单帧特征值为同一采样频率下获得的任一单帧特征值；计算连续多个采样频率下上述第一单帧特征值的间隔差分；在上述间隔差分不小于预设第一阈值的情况下，确定上述压电布床垫为使用状态；在上述间隔差分小于预设第一阈值的情况下，确定上述压电布床垫为非使用状态。

可选的，上述根据上述单帧特征值确定上述压电布床垫的使用状态，具体还包括：计算连续多个采样频率下上述第一单帧特征值的方差；计算上述方差的均值；在上述均值大于预设第二阈值的情况下，确定上述压电布床垫为使用状态。

可选的，上述压电布床垫包括至少一块压电布。

本申请实施例第二方面提供了一种压电布床垫使用状态检测装置，上述压电布床垫使用状态检测装置包括：获取模块，用于根据预设采样频率采集上述压电布床垫的二维电压数据；处理模块，用于对上述二维电压数据进行降维处理，获得单帧特征值；判断模块，用于根据上述单帧特征值确定上述压电布床垫的使用状态。

本申请第三方面提供了一种智能终端，智能终端包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的压电布床垫使用状态检测程序，压电布床垫使用状态检测程序被处理器执行时实现如上述压电布床垫使用状态检测方法的步骤。

申请实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有压电布床垫使用状态检测程序，压电布床垫使用状态检测程序被处理器执行时实现如上述压电布床垫使用状态检测方法的步骤。

由上可见，本申请提供了一种压电布床垫使用状态检测方法，包括：根据预设采样频率采集上述压电布床垫的二维电压数据；对上述二维电压数据进行降维处理，获得单帧特征值；根据上述单帧特征值确定上述压电布床垫的使用状态。本发明采用压电布作为床垫的感应材料，能够有效地获取床垫上用户的压力分布情况，通过对二维电压数据进行降维处理，可以降低算法处理的难度，提高算法的效率和准确性，进而提高床垫使用状态检测的准确度和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请实施例提供的一种压电布床垫使用状态检测方法的实施例流程示意图；

图2是本申请实施例提供的一种压电布的实施例结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种压电布的实施例压力灰度示意图；

图4是本申请实施例提供的一种压力和的实施例波形示意图；

图5是本申请实施例提供的一种压力和间隔差分的实施例波形示意图；

图6是本申请实施例提供的一种压电布床垫使用状态检测装置的实施例结构示意图；

图7是是本申请实施例提供的一种智能设备的实施例结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当…时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似的，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述的条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

下面结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

现有技术中，通常通过以下方法判断床垫的使用状态：(1)利用床垫上方或床架下方的摄像头，对床垫进行实时监测，并通过图像处理技术来判断床垫的使用状态。例如，可以根据床垫上的形变、颜色等特征来识别是否有人在床上。(2)通过在床垫或床架下方布置声波传感器，监测传感器所接收到的声波信号，判断床垫是否正在被使用。例如，当有人在床上移动或发出声音时，声波传感器会检测到相应的信号。(3)在床垫或床架下方布置红外线检测器，通过检测人体所辐射出的红外线信号来判断床垫的使用状态。例如，当有人在床上时，红外线检测器会检测到相应的信号。

上述方法的缺点在于摄像头可能受到光线和遮挡等因素的影响；声波传感器和红外线检测器对环境的要求较高。

现有技术中通过在床垫内部嵌入压力传感器来检测床垫使用状态，当有人在床垫上时，床垫会产生一定程度的弹性变形，导致床垫上的压力分布发生变化，进而使得压力传感器输出的电信号发生变化，通过检测这些电信号的变化，可以判断床垫是否被使用，以及使用者的位置、姿态等信息。

然而，基于压力传感器的检测方法存在一些缺点。首先，由于压力传感器需要嵌入到床垫内部，因此制造成本较高；其次，由于传感器精度不够，同时获得的人体姿态信号复杂，接收电路及环境噪声干扰，使得压力检测不够准确；另外，现有技术中传感器分布较少，床垫上压力分辨率不足，会漏掉许多压力信息分布，导致检测结果不够准确。

为了解决现有技术的问题，如图1所示，本发明实施例提供了一种压电布床垫使用状态检测方法，包括以下步骤：

步骤S10，根据预设采样频率采集上述压电布床垫的二维电压数据。

在一些实施例中，如图2所示，上述压电布床垫包括多个压电布，每个压电布包括多个检测区域，每个上述检测区域设置一个压力传感器，步骤S10包括：根据预设采样频率采集第一压力传感器的压力值，上述第一压力传感器为上述压力传感器中任一压力传感器；根据上述第一压力传感器的位置信息将上述压力值匹配到二维矩阵的对应位置，获得上述二维电压数据。

在一些实施例中，压电布床垫包括至少一块压电布，上述压电布相互独立工作。压电布采集到的数据信号为二维数组形式，可以通过压力灰度图或压力热力图呈现。

在一些实施例中，一块压电布上设置2000多个检测点，每个检测点上设置一个压力传感器，根据以下步骤获得压电布的压力分布二维矩阵：将压力值按照传感器的位置信息分配到二维矩阵的对应位置。

举例说明，假设data[0][0]对应的是左上角的传感器，那么将第一个传感器的压力值赋值给data[0][0]；按照预定的顺序遍历所有传感器，并将每个传感器的压力值分配到二维矩阵的对应位置。例如，可以按照从左到右、从上到下的顺序遍历所有传感器，并将每个传感器的压力值分配到对应的data[i][j]；最终得到的data数组即为压电布的二维矩阵，其中data[i][j]表示位于第i行、第j列的传感器所测得的压力值。

在一些实施例中，压电布床垫可以采用不同的设计和构造方式，以满足不同的需求和应用场景，具体的：

压电布床垫为弹簧压电布床垫，弹簧压电布床垫由弹簧和布料组成，弹簧用于提供床垫的支撑力和弹性，布料上方设置有压电传感器，用于检测床垫上的压力变化，当床垫受到压力时，弹簧会产生变形，从而使压电传感器生成电荷信号。

压电布床垫为海绵压电布床垫：海绵压电布床垫由海绵材料和布料组成，海绵材料用于提供床垫的柔软和舒适性，布料上方设置有压电传感器，用于检测床垫上的压力变化，当床垫受到压力时，海绵材料会产生变形，从而使压电传感器生成电荷信号。

压电布床垫为气囊压电布床垫：气囊压电布床垫由气囊和布料组成，气囊用于提供床垫的支撑力和可调节性，布料上方设置有压电传感器，用于检测床垫上的压力变化，当床垫受到压力时，气囊会产生膨胀和收缩，从而使压电传感器生成电荷信号。

如图3所示，压电布床垫包括两个压电布，分别安装在床垫的左侧和右侧，两个压电布可以独立地工作。通过对这两个压电布的检测和分析，可以判断床垫上是否有人躺着，从而实现床垫的使用状态监测。

具体而言，当压电布床垫上有人躺着时，压电布会受到压力作用而产生变形，导致其电荷输出发生变化，这些电荷信号可以通过电缆或无线传输方式传送到床垫的控制单元或外部设备，进行信号处理和分析，通过对压电布上的电荷信号进行灰度图像分析，可以判断床垫上的人体分布情况，例如左侧压电布灰度图显示有较强的电荷输出，而右侧压电布灰度图显示没有电荷输出，说明左侧有人躺着而右侧没有人躺着，这种独立工作的设计使得压电布床垫可以精确地检测床垫上不同位置的压力变化，从而能够有效地区分有人和没有人躺着的状态。

在一些实施例中，通过二维中值滤波算法对二维电压数据进行去噪。具体的，通过3*3的小窗口遍历整个二维电压矩阵图像，小窗口内9个值通过排序后取中间值作为窗口中心位置的结果，即为中值滤波去噪结果。

步骤S20，对上述二维电压数据进行降维处理，获得单帧特征值。

在一些实施例中，上述单帧特征值包括压力和、压力均值、压力中值。

在一些实施例中，对上述单帧特征值进行去噪。

在一些实施例中，将采集的同种单帧特征值按照采集顺序绘制成波形。

如图4所示，图4为采集的压力和的波动示意图，图4中的波形图是根据采集到的压力数据按照采集顺序绘制的，其中压力值较大的区间表示床垫上有人，而压力值较小的区间表示床垫上没有人，即离床状态。波形图中的波峰和波谷分别表示压力值的高峰和低谷，通过观察波峰和波谷的位置和变化可以反映出压力的变化规律，从而判断床垫的使用状态。

如图5所示，图5为采集的压力差分的波动示意图，图5中的压力差分图是通过计算压力值的差分得到的，用于更加明显地展示压力值的变化情况。在该图中，波峰的出现通常表示有人上床，而波谷的出现则表示有人离床。压力差分波动图可以对床垫上的压力变化进行更加精细的监测，可以更好地捕捉到人体在床上的活动特征，例如翻身、起床等。有助于用户更全面地了解床垫上的活动情况，从而更好地进行分析和诊断。

综上，通过波形图可以将数据可视化为波浪形状，从而更加直观地呈现数据的变化趋势和周期性特征。通过观察波形图，可以更容易地发现数据中的特征变化规律，例如波峰和波谷的出现、波形的振幅和周期等。这有助于用户更好地分析和诊断数据，深入理解数据的涵义，例如压力变化、活动情况等。

在一些实施例中，步骤S20包括：计算第一电压矩阵中所有元素的和，获得上述压力和；计算上述第一电压矩阵中所有元素的均值，获得上述压力均值；计算上述第一电压矩阵中所有元素的中值，获得上述压力中值；其中，上述第一电压矩阵为同一采样频率下采集的上述二维电压数据。

步骤S30，根据上述单帧特征值确定上述压电布床垫的使用状态，具体的，根据单帧特征值随时间变化的规律确定压电布床垫的使用状态。

在一些实施例中，步骤S30包括：获取第一单帧特征值，上述第一单帧特征值为同一采样频率下获得的任一单帧特征值；计算连续多个采样频率下上述第一单帧特征值的前后间隔的间隔差分；在上述间隔差分不小于预设第一阈值的情况下，确定上述压电布床垫为使用状态；在上述间隔差分小于预设第一阈值的情况下，确定上述压电布床垫为非使用状态。

在一些实施例中，进一步地，获取连续多个采样频率下上述第一单帧特征值的间隔差分，按照采集顺序将间隔差分绘制成波形，举例说明，如图5所示，图5为压力和差分间隔的波形示意图，图中可以清楚地展示出间隔差分的变化，通过变化可以判断出压电布床垫上出现的上下床动作。通过判断单帧特征值的连续波动变化，如压力和的连续波动特征，通过一段时间的差分大小判断当前压电布床垫是否有上下床的动作，当差分超出预定阈值时，可以确定当前压电布床垫存在上下床动作。

然而在现实生活中，可能会存在即使出现了上下床动作差分也没有发生变化或变化较小的情况，例如，体重较轻的婴儿被放在床上。为避免出现误识别的情况，进一步公开了步骤S30辅助判断压电布床垫的使用状态，步骤S30还包括：计算连续多个采样频率下上述第一单帧特征值的方差；计算上述方差的均值；在上述均值大于预设第二阈值的情况下，确定上述压电布床垫为使用状态。

通过计算连续多个采样频率下单帧特征值的方差的均值，可以获取采样期间单帧特征值的细微变化，当均值大于预设值时，可以确定压电布床垫上的压力发生了改变，说明压电布床垫处于在使用状态，进一步辅助判断压电布床垫的使用状态。

由上可见，本发明采用压电布作为床垫的感应材料，能够有效地获取床垫上用户的压力分布情况，通过对二维电压数据进行降维处理，可以大大降低算法处理的难度，提高算法的效率和准确性，进而提高床垫使用状态检测的准确度和可靠性。

与上述一致地，以下为实施上述压电布床垫使用状态检测方法的装置，具体如下：请参阅图6，为本申请实施例提供的压电布床垫使用状态检测装置的实施例结构示意图。本实施例中所描述的压电布床垫使用状态检测装置包括：

获取模块601，用于根据预设采样频率采集上述压电布床垫的二维电压数据；

处理模块602，用于对上述二维电压数据进行降维处理，获得单帧特征值；

判断模块603，用于根据上述单帧特征值确定上述压电布床垫的使用状态。

其中，上述获取模块601可用于实现上述步骤S10所描述的方法，上述处理模块602可用于实现上述步骤S20所描述的方法，上述判断模块603可用于实现上述步骤S30所描述的方法。

与上述一致地，请参阅图7，为本申请实施例提供的一种智能设备的实施例结构示意图。如图所示，该包括处理器、存储器、通信接口以及一个或多个程序，其中，上述一个或多个程序被存储在上述存储器中，并且被配置由上述处理器执行，本申请实施例中，上述程序包括用于执行以下步骤的指令：

根据预设采样频率采集上述压电布床垫的二维电压数据；

对上述二维电压数据进行降维处理，获得单帧特征值；

根据上述单帧特征值确定上述压电布床垫的使用状态。

本申请实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有压电布床垫使用状态检测程序，该程序执行时包括上述压电布床垫使用状态检测方法实施例中记载的任何一种压电布床垫使用状态检测方法的部分或全部步骤。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看上述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现上述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。

本申请是参照本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程信息提醒设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程信息提醒设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程信息提醒设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程信息提醒设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种压电布床垫使用状态检测方法，其特征在于，所述方法包括：

根据预设采样频率采集所述压电布床垫的二维电压数据；

对所述二维电压数据进行降维处理，获得单帧特征值；

根据所述单帧特征值确定所述压电布床垫的使用状态。

2.根据权利要求1所述的压电布床垫使用状态检测方法，其特征在于，所述压电布床垫包括多个检测区域，每个所述检测区域设置一个压力传感器，所述根据预设采样频率采集所述压电布床垫的二维电压数据，具体包括：

根据预设采样频率采集第一压力传感器的压力值，所述第一压力传感器为所述压力传感器中任一压力传感器；

根据所述第一压力传感器的位置信息将所述压力值匹配到二维矩阵的对应位置，获得所述二维电压数据。

3.根据权利要求1所述的压电布床垫使用状态检测方法，其特征在于，所述单帧特征值包括压力和、压力均值、压力中值。

4.根据权利要求3所述的压电布床垫使用状态检测方法，其特征在于，所述对所述二维电压数据进行降维处理，获得单帧特征值，具体包括：

计算第一电压矩阵中所有元素的和，获得所述压力和；

计算所述第一电压矩阵中所有元素的均值，获得所述压力均值；

计算所述第一电压矩阵中所有元素的中值，获得所述压力中值；

其中，所述第一电压矩阵为同一采样频率下采集的所述二维电压数据。

5.根据权利要求3所述的压电布床垫使用状态检测方法，其特征在于，根据所述单帧特征值确定所述压电布床垫的使用状态，具体包括：

获取第一单帧特征值，所述第一单帧特征值为同一采样频率下获得的任一单帧特征值；

计算连续多个采样频率下所述第一单帧特征值的间隔差分；

在所述间隔差分不小于预设第一阈值的情况下，确定所述压电布床垫为使用状态；

在所述间隔差分小于预设第一阈值的情况下，确定所述压电布床垫为非使用状态。

6.根据权利要求5所述的压电布床垫使用状态检测方法，其特征在于，所述根据所述单帧特征值确定所述压电布床垫的使用状态，具体还包括：

计算连续多个采样频率下所述第一单帧特征值的方差；

计算所述方差的均值；

在所述均值大于预设第二阈值的情况下，确定所述压电布床垫为使用状态。

7.根据权利要求1所述的压电布床垫使用状态检测方法，其特征在于，所述压电布床垫包括至少一块压电布。

8.一种压电布床垫使用状态检测装置，其特征在于，所述压电布床垫使用状态检测装置包括：

获取模块，用于根据预设采样频率采集所述压电布床垫的二维电压数据；

处理模块，用于对所述二维电压数据进行降维处理，获得单帧特征值；

判断模块，用于根据所述单帧特征值确定所述压电布床垫的使用状态。

9.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的压电布床垫使用状态检测程序，所述压电布床垫使用状态检测程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述压电布床垫使用状态检测方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有压电布床垫使用状态检测程序，所述压电布床垫使用状态检测程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述压电布床垫使用状态检测方法的步骤。