CN117442161A - 一种ai自适应智能床垫 - Google Patents

一种ai自适应智能床垫 Download PDF

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CN117442161A CN202311444682.0A CN202311444682A CN117442161A CN 117442161 A CN117442161 A CN 117442161A CN 202311444682 A CN202311444682 A CN 202311444682A CN 117442161 A CN117442161 A CN 117442161A
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Abstract

本发明公开了一种AI自适应智能床垫，涉及智能床垫技术领域，包括睡眠检测单元，所述睡眠检测单元通过在床垫中安装多种传感器，对用户的心率变化、体征数据、是否打鼾以及床垫的温度进行实时监测，通过睡眠检测单元达到对用户睡眠状态进行检测的目的，并将所测数据进行传输。本发明通过对用户的鼾声进行采集识别，通过抬升头部床垫的高度，有效地缓解了打鼾的程度，提高了用户的睡眠质量，通过对床垫进行AI自适应恒温控制，避免了设置高温后睡着导致安全事故的情况发生，通过对用户睡眠时的心率实时检测，来控制床垫不同区域的使用高度，使得用户在睡眠时可调节睡姿，避免当睡姿不佳导致心脏受到压迫，提高了睡眠质量。

Description

一种AI自适应智能床垫
技术领域
本发明涉及智能床垫技术领域，具体为一种AI自适应智能床垫。
背景技术
睡眠是健康之本，为保证舒适的睡眠，通常会使用到床垫，目前床垫的发展趋于智能自动化，智能床垫的出现更加适应人们的睡眠习惯，提高了睡眠的质量，在申请号为202210227993.0的中国专利公开了“一种智能床垫的自适应调整方法、智能床垫及存储介质，智能床垫的自适应调整方法，包括：获取智能床垫的上表面的受力分布情况；根据智能床垫的上表面的受力分布情况判断用户在智能床垫上的姿势；根据用户在智能床垫上的姿势，对智能床垫进行控制，其中，若用户在智能床垫上的姿势是坐姿，则根据智能床垫的上表面的受力分布情况判断用户的脚是否离床，当用户在智能床垫上的姿势是坐姿，且用户的脚在预设时间段内未离床时，控制智能床垫的头部抬起。上述的智能床垫的自适应调整方法可以实现智能床垫的头部的自动抬起，无需人工操作。”
该对比文件仅仅解决了需要用户手动调节变床垫头部的高度的问题，在人体睡眠时若睡眠姿势不佳时，容易使呼吸气道阻塞，此时容易导致打鼾，打鼾严重时可能会导致睡眠呼吸暂停，致使睡眠质量低，而现有的智能床垫往往不具备调节睡姿缓解打鼾的功能，现有的床垫在使用时，通常需要手动调节温度，难以根据人体温度与环境温度进行自适应调节，手动调节温度还容易出现高温时入睡导致安全事故的情况发生，此外，现有的智能床垫往往不能实时根据用户的睡眠心率来调节睡姿，当睡姿不佳导致心脏受到压迫时难以对睡姿进行调节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种AI自适应智能床垫，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种AI自适应智能床垫，包括睡眠检测单元，所述睡眠检测单元通过在床垫中安装多种传感器，对用户的心率变化、体征数据、是否打鼾以及床垫的温度进行实时监测，通过睡眠检测单元达到对用户睡眠状态进行检测的目的，并将所测数据进行传输；
信号处理单元，所述信号处理单元接收睡眠检测单元所传输的数据，通过主控芯片接收睡眠检测单元中传感器所检测到的数据，然后对传感器数据进行处理，得到用户睡眠状态的量化数据，并通过主控芯片将数据进行传输；
状态反馈单元，所述状态反馈单元接收信号处理单元所传输的数据，在移动设备上通过无线通信接收信号处理单元中得到的睡眠状态数据，并通过移动设备床垫下达控制数据，并通过无线通信将数据进行传输；
睡眠调节单元，所述睡眠调节单元接收信号处理单元所传输的数据以及状态反馈单元所传输的数据，通过信号处理单元中的睡眠状态数据对床垫进行自适应套接，通过状态反馈单元中的控制数据对床垫进行主动调节。
优选的，所述睡眠检测单元中包括心率检测模块、体征检测模块、鼾声采集模块和温度检测模块，所述心率检测模块与体征检测模块均通过压电传感器进行信号检测，并且通过在床垫顶端的海绵层中按阵列设置若干个薄膜式压电传感器，通过薄膜式压电传感器采集床垫用户的心跳振动时产生的压力信号，并利用薄膜式压电传感器阵列确保用户在翻身和侧身时仍然可以获得心率信号，并且根据用户在薄膜式传感器矩阵中的作用范围以及轮廓来检测用户的身高，通过在床垫的底端设置称重压电传感器，通过称重压电传感器检测床垫上用户的体重，所述鼾声采集模块中通过在床垫的头部位置两侧设置拾音器，以达到对用户睡眠时发出的声音进行收集的目的，所述温度检测模块中通过在床垫的四周以及顶层中设置若干个温度传感器，对用户对床垫的使用部位以及环境进行温度的实时检测。
优选的，所述信号处理单元包括心率信号处理模块、鼾声信号处理模块和体征数据处理模块，所述心率信号处理模块通过主控芯片STM32接收到心率检测模块中薄膜式压电传感器的信号，通过通道选择算法先选择信号质量高的若干个薄膜式传感器的信号，然后通过心跳信号提取，最后进行滤波和补偿，进一步得到拟合的实际心率，其中进行通道选择时，在薄膜式传感器阵列中选取一个信号幅度最为明显的信号数据进行主数据通道，然后利用剩余的信号数据作为辅助数据通道，通过辅助数据通道作为补偿数据源提供数据修正，然后进行心跳信号提取时通过心跳提取算法将薄膜式压电传感器检测到的原始振动信号中的呼吸、体动和噪声信号剥离，以此获得心跳信号数据；
心跳提取算法具体如下：
Α＝UΣVΤ
其中，Α为m×n的矩阵，U为m×m的矩阵，Σ为m×n的矩阵，除主对角线元素以外全为0，V为n×n的矩阵，Τ为周期。
优选的，所述信号处理单元包括鼾声信号处理模块，所述鼾声信号处理模块通过主控芯片STM32接收到鼾声采集模块中拾音器所采集到的用户在睡眠时发出的声音，然后对声音信号进行预处理，以消除人类发声机制给语音信号处理带来的影响，预处理过程中通过预加重对语音信号的高频部分进行增强补偿，然后进行分帧处理，通过汉明窗函数将语音信号截取成若干段落，使语音信号具有更好的低通特性，使鼾声信号更好的保留，预处理完成后进行端点识别，基于短时能量与短时过零率的双门限法，根据床垫使用环境中的环境音对短时能量和短时过零率设计门限阈值，然后对预处理中生成的每段声音信号的短时能量和过零率进行判断，满足其中一个条件即判定为有声段，然后进行特征提取，将有声段中的MFCC进行提取，通过MFCC反映鼾声与非鼾声，最后对鼾声进行识别，首先通过AI收集大量声音数据，然后通过K近邻算法对鼾声识别模型进行训练，然后将每一帧中鼾声数据识别出来，从而得到鼾声片段。
优选的，所述信号处理单元包括体征数据处理模块和温度数据处理模块，所述体征数据处理模块通过主控芯片STM32接收到体征检测模块中薄膜式压电传感器的信号和称重压电传感器的信号，在受到压力的薄膜式压电传感器中，以最靠近床垫头部的一个和最靠近床垫尾端的一个之间的直线距离为用户的身高，以称重压电传感器的数据为用户体重，所述温度数据处理模块通过主控芯片STM32接收温度检测模块中的温度传感器的信号，根据心率检测模块和体征检测模块中薄膜式压电传感器的信号判断用户睡眠区域，在睡眠区域中的温度传感器检测到的温度为用户睡眠温度，在睡眠区域外的温度传感器检测到的温度为环境温度。
优选的，所述状态反馈单元包括无线通信模块和状态展示模块，所述状态展示模块通过在主控芯片STM32中安装ESP8266模块达到无线通信的目的，通过主控芯片STM32与ESP8266模块建立通信，使得床垫可以连接WIFI，将在信号处理单元中处理后得到睡眠数据通过WIFI传输到云平台中，并通过手机连接WIFI后访问云平台得到具体的睡眠数据，并且通过云平台进行睡眠数据的统计学习，通过AI学习建立睡眠习惯模型，所述无线通信模块中还通过在主控芯片STM32上安装蓝牙模块来进行无线通信，当WIFI不可用时，可通过蓝牙连接手机，并且通过手机的移动网络进行数据的云端传输，所述状态展示模块通过手机显示上传到云端中的睡眠数据，通过状态展示模块可直观地得到用户的心率变化曲线、鼾声片段以及睡姿变化图谱。
优选的，所述状态反馈单元包括主动调节模块和睡眠提醒模块，所述主动调节模块中通过手机进行睡眠习惯的主动调整，通过在主动调节模块内设置用户的身高、体重和年龄，并且输入身体中的疾病史，然后进行床垫的硬度和睡眠时床垫高度的主动设置，通过在主动调节模块设置床垫使用温度，以及设置不同时间段的温度变化，对床垫进行温度的主动调节，通过在主动调节模块中设置若干个睡眠习惯记忆档案，可一键进行不同组合的睡眠习惯主动调节，所述睡眠提醒模块中可设置睡眠闹钟、晚睡提醒以及助眠白噪声播放定时，所述主动调节模块和睡眠提醒模块在手机端设置完成后通过无线通信模块传输给主控芯片STM32。
优选的，所述睡眠调节单元包括睡姿调节模块和升降调节模块，所述睡姿调节模块利用主控芯片STM32接收到心率信号处理模块与鼾声信号处理模块中传输的数据，所述升降调节模块中包含有六个升降装置，且床垫由六块组合而成，分别标记为A、B、C、D、E和F块，其中A块B块为头部位置的床垫，C块和D块为中间位置的床垫，E块和F块为尾端位置的床垫，六个升降装置分别设置安装在六块床垫的底端且位于称重压电传感器之上，所述升降调节模块根据睡姿调节模块中心率信号处理模块得到的心率数据和鼾声信号处理模块得到的打鼾状态，控制升降装置对每块床垫的高度进行自适应调节，其中当心率数据异常时，根据用户当前位于区域，通过升降调节模块控制升降装置带动床垫进行升降，例如当用户处于ACE区域时，控制ACE区三块床垫同时升高，通过将床垫升高使得用户在睡眠时的身体得到充分支撑，避免身体压迫心脏，当检测到用户正处于打鼾状态时，通过升降调节模块控制AB床垫升高，使得用户的头部升高防止呼吸不畅，降低打鼾产生的风险，所述睡姿调节模块利用主控芯片STM32接收到状态反馈单元所传输的床垫高度调节信号后，通过升降调节模块控制升降装置对床垫进行升降调节。
优选的，所述睡眠调节单元包括温度调节模块，所述温度调节模块中包含有恒温控制组件，其中ACE和BDF床垫的侧边均设置有温控水箱，在每个温控水箱中均安装有半导体制冷片、陶瓷加热管和静音水泵，在每块床垫顶端的海绵层下均通过S型排列安装有水管，水管与水泵相连接，每个温控水箱内还安装有水位传感器、热保护器和散热风扇，所述温度调节模块利用STM32接收到温度数据处理模块中传输的睡眠温度和环境温度后，根据AI学习后得到最佳睡眠温度与环境温度的关系，通过温度调节模块控制温控水箱内的半导体制冷片对水温进行降温或控制陶瓷加热管使水温升高，并通过静音水泵和水管使调整温度后的水流通在床垫的顶层，通过心率检测模块和体征检测模块检测到用户睡眠区域，然后通过温度调节模块进行睡眠区域温度的自适应调节，所述温度调节模块利用主控芯片STM32接收状态反馈单元中对床垫使用温度的主动调节数据，控制温度调节模块进行主动温度调节，通过温控水箱内的水位传感器对水位进行检测，当水箱内水位低于安全值则控制温控水箱停止工作，通过热保护器防止温控水箱温度过高，通过散热风扇对温控水箱进行散热，避免温度高于安全值。
优选的，所述睡眠调节单元包括硬度调节模块和记忆调节模块，所述硬度调节模块中包含硬度调节组件，其中在床垫的水管层下方设置有气垫，每块气垫均连接有静音气泵，所述硬度调节模块根据体征数据处理模块中得到的用户的身高和体重数据，利用主控芯片STM32根据AI对用户最佳适宜床垫硬度以及硬度分化的区域进行判断，然后通过硬度调节模块控制静音气泵控制气垫中的气压，以达到对床垫硬度的控制，所述硬度调节模块利用主控芯片STM32接收状态反馈单元中对床垫硬度的主动调节数据，控制气垫中的压力值，达到对床垫的硬度进行主动调节的目的，所述记忆调节模块利用状态反馈单元中设置的记忆档案，对睡姿调节模块、升降调节模块和温度调节模块进行主动调节，使床垫达到记忆档案中的状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过对用户的鼾声进行采集识别，并控制头部的床垫升高，避免了当用户睡眠姿势不佳时，由于呼吸气道被阻塞，导致打鼾进而导致睡眠呼吸暂停的情况发生，通过抬升头部床垫的高度，有效地缓解了打鼾的程度，提高了用户的睡眠质量，通过对床垫进行AI自适应恒温控制，使得床垫可以根据睡眠区域的温度与环境温度进行自适应调节，避免了设置高温后睡着导致安全事故的情况发生，通过对用户睡眠时的心率实时检测，来控制床垫不同区域的使用高度，使得用户在睡眠时可调节睡姿，避免当睡姿不佳导致心脏受到压迫，提高了睡眠质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供智能床垫的系统框图；
图2为本发明实施例提供的睡眠检测单元框图；
图3为本发明实施例提供的信号处理单元框图；
图4为本发明实施例提供的状态反馈单元框图；
图5为本发明实施例提供的睡眠调节单元框图。
图中：1、睡眠检测单元；101、心率检测模块；102、体征检测模块；103、鼾声采集模块；104、温度检测模块；2、信号处理单元；201、心率信号处理模块；202、鼾声信号处理模块；203、体征数据处理模块；204、温度数据处理模块；3、状态反馈单元；301、无线通信模块；302、状态展示模块；303、主动调节模块；304、睡眠提醒模块；4、睡眠调节单元；401、睡姿调节模块；402、升降调节模块；403、温度调节模块；404、硬度调节模块；405、记忆调节模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种AI自适应智能床垫，包括睡眠检测单元1，睡眠检测单元1通过在床垫中安装多种传感器，对用户的心率变化、体征数据、是否打鼾以及床垫的温度进行实时监测，通过睡眠检测单元1达到对用户睡眠状态进行检测的目的，并将所测数据进行传输；
信号处理单元2，信号处理单元2接收睡眠检测单元1所传输的数据，通过主控芯片接收睡眠检测单元1中传感器所检测到的数据，然后对传感器数据进行处理，得到用户睡眠状态的量化数据，并通过主控芯片将数据进行传输；
状态反馈单元3，状态反馈单元3接收信号处理单元2所传输的数据，在移动设备上通过无线通信接收信号处理单元2中得到的睡眠状态数据，并通过移动设备床垫下达控制数据，并通过无线通信将数据进行传输；
睡眠调节单元4，睡眠调节单元4接收信号处理单元2所传输的数据以及状态反馈单元3所传输的数据，通过信号处理单元2中的睡眠状态数据对床垫进行自适应套接，通过状态反馈单元3中的控制数据对床垫进行主动调节。
睡眠检测单元1中包括心率检测模块101、体征检测模块102、鼾声采集模块103和温度检测模块104，心率检测模块101与体征检测模块102均通过压电传感器进行信号检测，并且通过在床垫顶端的海绵层中按阵列设置若干个薄膜式压电传感器，通过薄膜式压电传感器采集床垫用户的心跳振动时产生的压力信号，并利用薄膜式压电传感器阵列确保用户在翻身和侧身时仍然可以获得心率信号，并且根据用户在薄膜式传感器矩阵中的作用范围以及轮廓来检测用户的身高，通过在床垫的底端设置称重压电传感器，通过称重压电传感器检测床垫上用户的体重，鼾声采集模块103中通过在床垫的头部位置两侧设置拾音器，以达到对用户睡眠时发出的声音进行收集的目的，温度检测模块104中通过在床垫的四周以及顶层中设置若干个温度传感器，对用户对床垫的使用部位以及环境进行温度的实时检测；通过心率检测模块101和体征检测模块102利用压电传感器检测用户在睡眠时的心率和用户的身高体重数据，鼾声采集模块103通过拾音器采集用户在睡眠时的声音，温度检测模块104通过温度传感器检测用户在睡眠时睡眠区域的温度以及环境温度；
信号处理单元2包括心率信号处理模块201，心率信号处理模块201通过主控芯片STM32接收到心率检测模块101中薄膜式压电传感器的信号，通过通道选择算法先选择信号质量高的若干个薄膜式传感器的信号，然后通过心跳信号提取，最后进行滤波和补偿，进一步得到拟合的实际心率，其中进行通道选择时，在薄膜式传感器阵列中选取一个信号幅度最为明显的信号数据进行主数据通道，然后利用剩余的信号数据作为辅助数据通道，通过辅助数据通道作为补偿数据源提供数据修正，然后进行心跳信号提取时通过心跳提取算法将薄膜式压电传感器检测到的原始振动信号中的呼吸、体动和噪声信号剥离，以此获得心跳信号数据；
心跳提取算法具体如下：
Α＝UΣVΤ
其中，Α为m×n的矩阵，U为m×m的矩阵，Σ为m×n的矩阵，除主对角线元素以外全为0，V为n×n的矩阵，Τ为周期；通过心率信号处理模块201得到用户睡眠时的心率数据；
信号处理单元2包括鼾声信号处理模块202，鼾声信号处理模块202通过主控芯片STM32接收到鼾声采集模块103中拾音器所采集到的用户在睡眠时发出的声音，然后对声音信号进行预处理，以消除人类发声机制给语音信号处理带来的影响，预处理过程中通过预加重对语音信号的高频部分进行增强补偿，然后进行分帧处理，通过汉明窗函数将语音信号截取成若干段落，使语音信号具有更好的低通特性，使鼾声信号更好的保留，预处理完成后进行端点识别，基于短时能量与短时过零率的双门限法，根据床垫使用环境中的环境音对短时能量和短时过零率设计门限阈值，然后对预处理中生成的每段声音信号的短时能量和过零率进行判断，满足其中一个条件即判定为有声段，然后进行特征提取，将有声段中的MFCC进行提取，通过MFCC反映鼾声与非鼾声，最后对鼾声进行识别，首先通过AI收集大量声音数据，然后通过K近邻算法对鼾声识别模型进行训练，然后将每一帧中鼾声数据识别出来，从而得到鼾声片段；通过鼾声信号处理模块202得到用户睡眠时的鼾声信号；
信号处理单元2包括体征数据处理模块203和温度数据处理模块204，体征数据处理模块203通过主控芯片STM32接收到体征检测模块102中薄膜式压电传感器的信号和称重压电传感器的信号，在受到压力的薄膜式压电传感器中，以最靠近床垫头部的一个和最靠近床垫尾端的一个之间的直线距离为用户的身高，以称重压电传感器的数据为用户体重，温度数据处理模块204通过主控芯片STM32接收温度检测模块104中的温度传感器的信号，根据心率检测模块101和体征检测模块102中薄膜式压电传感器的信号判断用户睡眠区域，在睡眠区域中的温度传感器检测到的温度为用户睡眠温度，在睡眠区域外的温度传感器检测到的温度为环境温度；通过体征数据处理模块203得到用户的身高体重，通过温度数据处理模块204得到用户睡眠时具体的睡眠区域的温度以及环境温度；
状态反馈单元3包括无线通信模块301和状态展示模块302，状态展示模块302通过在主控芯片STM32中安装ESP8266模块达到无线通信的目的，通过主控芯片STM32与ESP8266模块建立通信，使得床垫可以连接WIFI，将在信号处理单元2中处理后得到睡眠数据通过WIFI传输到云平台中，并通过手机连接WIFI后访问云平台得到具体的睡眠数据，并且通过云平台进行睡眠数据的统计学习，通过AI学习建立睡眠习惯模型，无线通信模块301中还通过在主控芯片STM32上安装蓝牙模块来进行无线通信，当WIFI不可用时，可通过蓝牙连接手机，并且通过手机的移动网络进行数据的云端传输，状态展示模块302通过手机显示上传到云端中的睡眠数据，通过状态展示模块302可直观地得到用户的心率变化曲线、鼾声片段以及睡姿变化图谱；通过无线通信模块301利用STM32中的WIFI模块或蓝牙模块进行无线通信，将信号处理单元2中得到的数据无线传输到手机中，利用手机在状态展示模块302中将睡眠中的各项数据进行展示；
状态反馈单元3包括主动调节模块303和睡眠提醒模块304，主动调节模块303中通过手机进行睡眠习惯的主动调整，通过在主动调节模块303内设置用户的身高、体重和年龄，并且输入身体中的疾病史，然后进行床垫的硬度和睡眠时床垫高度的主动设置，通过在主动调节模块303设置床垫使用温度，以及设置不同时间段的温度变化，对床垫进行温度的主动调节，通过在主动调节模块303中设置若干个睡眠习惯记忆档案，可一键进行不同组合的睡眠习惯主动调节，睡眠提醒模块304中可设置睡眠闹钟、晚睡提醒以及助眠白噪声播放定时，主动调节模块303和睡眠提醒模块304在手机端设置完成后通过无线通信模块301传输给主控芯片STM32；通过主动调节模块303对床垫进行主动调节，通过睡眠提醒模块304控制床垫进行睡眠提醒或播放助眠音乐；
睡眠调节单元4包括睡姿调节模块401和升降调节模块402，睡姿调节模块401利用主控芯片STM32接收到心率信号处理模块201与鼾声信号处理模块202中传输的数据，升降调节模块402中包含有六个升降装置，且床垫由六块组合而成，分别标记为A、B、C、D、E和F块，其中A块B块为头部位置的床垫，C块和D块为中间位置的床垫，E块和F块为尾端位置的床垫，六个升降装置分别设置安装在六块床垫的底端且位于称重压电传感器之上，升降调节模块402根据睡姿调节模块401中心率信号处理模块201得到的心率数据和鼾声信号处理模块202得到的打鼾状态，控制升降装置对每块床垫的高度进行自适应调节，其中当心率数据异常时，根据用户当前位于区域，通过升降调节模块402控制升降装置带动床垫进行升降，例如当用户处于ACE区域时，控制ACE区三块床垫同时升高，通过将床垫升高使得用户在睡眠时的身体得到充分支撑，避免身体压迫心脏，当检测到用户正处于打鼾状态时，通过升降调节模块402控制AB床垫升高，使得用户的头部升高防止呼吸不畅，降低打鼾产生的风险，睡姿调节模块401利用主控芯片STM32接收到状态反馈单元3所传输的床垫高度调节信号后，通过升降调节模块402控制升降装置对床垫进行升降调节；通过睡姿调节模块401接收到心率信号处理模块201中的心率数据和鼾声信号处理模块202中鼾声数据，通过睡姿调节模块401控制升降调节模块402进行床垫高度调节；
睡眠调节单元4包括温度调节模块403，温度调节模块403中包含有恒温控制组件，其中ACE和BDF床垫的侧边均设置有温控水箱，在每个温控水箱中均安装有半导体制冷片、陶瓷加热管和静音水泵，在每块床垫顶端的海绵层下均通过S型排列安装有水管，水管与水泵相连接，每个温控水箱内还安装有水位传感器、热保护器和散热风扇，温度调节模块403利用STM32接收到温度数据处理模块204中传输的睡眠温度和环境温度后，根据AI学习后得到最佳睡眠温度与环境温度的关系，通过温度调节模块403控制温控水箱内的半导体制冷片对水温进行降温或控制陶瓷加热管使水温升高，并通过静音水泵和水管使调整温度后的水流通在床垫的顶层，通过心率检测模块101和体征检测模块102检测到用户睡眠区域，然后通过温度调节模块403进行睡眠区域温度的自适应调节，温度调节模块403利用主控芯片STM32接收状态反馈单元3中对床垫使用温度的主动调节数据，控制温度调节模块403进行主动温度调节，通过温控水箱内的水位传感器对水位进行检测，当水箱内水位低于安全值则控制温控水箱停止工作，通过热保护器防止温控水箱温度过高，通过散热风扇对温控水箱进行散热，避免温度高于安全值；通过温度调节模块403接收到温度数据处理模块204中的温度数据，并控制床垫的温度进行调节；
睡眠调节单元4包括硬度调节模块404和记忆调节模块405，硬度调节模块404中包含硬度调节组件，其中在床垫的水管层下方设置有气垫，每块气垫均连接有静音气泵，硬度调节模块404根据体征数据处理模块203中得到的用户的身高和体重数据，利用主控芯片STM32根据AI对用户最佳适宜床垫硬度以及硬度分化的区域进行判断，然后通过硬度调节模块404控制静音气泵控制气垫中的气压，以达到对床垫硬度的控制，硬度调节模块404利用主控芯片STM32接收状态反馈单元3中对床垫硬度的主动调节数据，控制气垫中的压力值，达到对床垫的硬度进行主动调节的目的，记忆调节模块405利用状态反馈单元3中设置的记忆档案，对睡姿调节模块401、升降调节模块402和温度调节模块403进行主动调节，使床垫达到记忆档案中的状态；通过硬度调节模块404接收到体征数据处理模块203中用户的体征数据，并控制床垫进行硬度调节，通过记忆调节模块405利用主动调节模块303中保存的记忆档案对床垫进行一键式调节。
工作原理：本发明在使用时，利用主控芯片STM32控制启动心率检测模块101和体征检测模块102利用压电传感器检测用户在睡眠时的心率和用户的身高体重数据，启动鼾声采集模块103通过拾音器采集用户在睡眠时的声音，启动温度检测模块104通过温度传感器检测用户在睡眠时睡眠区域的温度以及环境温度，然后通过主控芯片STM32启用信号处理单元2对睡眠检测单元1中的传感器信号进行处理，通过心率信号处理模块201得到用户睡眠时的心率数据，通过鼾声信号处理模块202得到用户睡眠时的鼾声信号，通过体征数据处理模块203得到用户的身高体重，通过温度数据处理模块204得到用户睡眠时具体的睡眠区域的温度以及环境温度，然后无线通信模块301通过STM32中的WIFI模块或蓝牙模块进行无线通信，将信号处理单元2中得到的数据无线传输到手机中，利用手机在状态展示模块302中将睡眠中的各项数据进行展示，并通过AI进行深度学习和统计睡眠习惯，通过主动调节模块303对床垫进行主动调节，通过睡眠提醒模块304控制床垫进行睡眠提醒或播放助眠音乐；
通过睡姿调节模块401接收到心率信号处理模块201中的心率数据和鼾声信号处理模块202中鼾声数据，通过睡姿调节模块401控制升降调节模块402进行床垫高度调节，通过温度调节模块403接收到温度数据处理模块204中的温度数据，并控制床垫的温度进行调节，通过硬度调节模块404接收到体征数据处理模块203中用户的体征数据，并控制床垫进行硬度调节，同时通过主控芯片STM32接收状态反馈单元3中传输的主动调节数据，通过睡姿调节模块401、温度调节模块403和硬度调节模块404对床垫进行主动调节，通过记忆调节模块405利用主动调节模块303中保存的记忆档案对床垫进行一键式调节。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种AI自适应智能床垫，其特征在于：包括睡眠检测单元(1)，所述睡眠检测单元(1)通过在床垫中安装多种传感器，对用户的心率变化、体征数据、是否打鼾以及床垫的温度进行实时监测，通过睡眠检测单元(1)达到对用户睡眠状态进行检测的目的，并将所测数据进行传输；
信号处理单元(2)，所述信号处理单元(2)接收睡眠检测单元(1)所传输的数据，通过主控芯片接收睡眠检测单元(1)中传感器所检测到的数据，然后对传感器数据进行处理，得到用户睡眠状态的量化数据，并通过主控芯片将数据进行传输；
状态反馈单元(3)，所述状态反馈单元(3)接收信号处理单元(2)所传输的数据，在移动设备上通过无线通信接收信号处理单元(2)中得到的睡眠状态数据，并通过移动设备床垫下达控制数据，并通过无线通信将数据进行传输；
睡眠调节单元(4)，所述睡眠调节单元(4)接收信号处理单元(2)所传输的数据以及状态反馈单元(3)所传输的数据，通过信号处理单元(2)中的睡眠状态数据对床垫进行自适应套接，通过状态反馈单元(3)中的控制数据对床垫进行主动调节。
2.根据权利要求1所述的一种AI自适应智能床垫，其特征在于：所述睡眠检测单元(1)中包括心率检测模块(101)、体征检测模块(102)、鼾声采集模块(103)和温度检测模块(104)，所述心率检测模块(101)与体征检测模块(102)均通过压电传感器进行信号检测，并且通过在床垫顶端的海绵层中按阵列设置若干个薄膜式压电传感器，通过薄膜式压电传感器采集床垫用户的心跳振动时产生的压力信号，并利用薄膜式压电传感器阵列确保用户在翻身和侧身时仍然可以获得心率信号，并且根据用户在薄膜式传感器矩阵中的作用范围以及轮廓来检测用户的身高，通过在床垫的底端设置称重压电传感器，通过称重压电传感器检测床垫上用户的体重，所述鼾声采集模块(103)中通过在床垫的头部位置两侧设置拾音器，以达到对用户睡眠时发出的声音进行收集的目的，所述温度检测模块(104)中通过在床垫的四周以及顶层中设置若干个温度传感器，对用户对床垫的使用部位以及环境进行温度的实时检测。
3.根据权利要求2所述的一种AI自适应智能床垫，其特征在于：所述信号处理单元(2)包括心率信号处理模块(201)、鼾声信号处理模块(202)和体征数据处理模块(203)，所述心率信号处理模块(201)通过主控芯片STM32接收到心率检测模块(101)中薄膜式压电传感器的信号，通过通道选择算法先选择信号质量高的若干个薄膜式传感器的信号，然后通过心跳信号提取，最后进行滤波和补偿，进一步得到拟合的实际心率，其中进行通道选择时，在薄膜式传感器阵列中选取一个信号幅度最为明显的信号数据进行主数据通道，然后利用剩余的信号数据作为辅助数据通道，通过辅助数据通道作为补偿数据源提供数据修正，然后进行心跳信号提取时通过心跳提取算法将薄膜式压电传感器检测到的原始振动信号中的呼吸、体动和噪声信号剥离，以此获得心跳信号数据。
4.根据权利要求3所述的一种AI自适应智能床垫，其特征在于：所述信号处理单元(2)包括鼾声信号处理模块(202)，所述鼾声信号处理模块(202)通过主控芯片STM32接收到鼾声采集模块(103)中拾音器所采集到的用户在睡眠时发出的声音，然后对声音信号进行预处理，以消除人类发声机制给语音信号处理带来的影响，预处理过程中通过预加重对语音信号的高频部分进行增强补偿，然后进行分帧处理，通过汉明窗函数将语音信号截取成若干段落，使语音信号具有更好的低通特性，使鼾声信号更好的保留，预处理完成后进行端点识别，基于短时能量与短时过零率的双门限法，根据床垫使用环境中的环境音对短时能量和短时过零率设计门限阈值，然后对预处理中生成的每段声音信号的短时能量和过零率进行判断，满足其中一个条件即判定为有声段，然后进行特征提取，将有声段中的MFCC进行提取，通过MFCC反映鼾声与非鼾声，最后对鼾声进行识别，首先通过AI收集大量声音数据，然后通过K近邻算法对鼾声识别模型进行训练，然后将每一帧中鼾声数据识别出来，从而得到鼾声片段。
5.根据权利要求4所述的一种AI自适应智能床垫，其特征在于：所述信号处理单元(2)包括体征数据处理模块(203)和温度数据处理模块(204)，所述体征数据处理模块(203)通过主控芯片STM32接收到体征检测模块(102)中薄膜式压电传感器的信号和称重压电传感器的信号，在受到压力的薄膜式压电传感器中，以最靠近床垫头部的一个和最靠近床垫尾端的一个之间的直线距离为用户的身高，以称重压电传感器的数据为用户体重，所述温度数据处理模块(204)通过主控芯片STM32接收温度检测模块(104)中的温度传感器的信号，根据心率检测模块(101)和体征检测模块(102)中薄膜式压电传感器的信号判断用户睡眠区域，在睡眠区域中的温度传感器检测到的温度为用户睡眠温度，在睡眠区域外的温度传感器检测到的温度为环境温度。
6.根据权利要求5所述的一种AI自适应智能床垫，其特征在于：所述状态反馈单元(3)包括无线通信模块(301)和状态展示模块(302)，所述状态展示模块(302)通过在主控芯片STM32中安装ESP8266模块达到无线通信的目的，通过主控芯片STM32与ESP8266模块建立通信，使得床垫可以连接WIFI，将在信号处理单元(2)中处理后得到睡眠数据通过WIFI传输到云平台中，并通过手机连接WIFI后访问云平台得到具体的睡眠数据，并且通过云平台进行睡眠数据的统计学习，通过AI学习建立睡眠习惯模型，所述无线通信模块(301)中还通过在主控芯片STM32上安装蓝牙模块来进行无线通信，当WIFI不可用时，可通过蓝牙连接手机，并且通过手机的移动网络进行数据的云端传输，所述状态展示模块(302)通过手机显示上传到云端中的睡眠数据，通过状态展示模块(302)可直观地得到用户的心率变化曲线、鼾声片段以及睡姿变化图谱。
7.根据权利要求6所述的一种AI自适应智能床垫，其特征在于：所述状态反馈单元(3)包括主动调节模块(303)和睡眠提醒模块(304)，所述主动调节模块(303)中通过手机进行睡眠习惯的主动调整，通过在主动调节模块(303)内设置用户的身高、体重和年龄，并且输入身体中的疾病史，然后进行床垫的硬度和睡眠时床垫高度的主动设置，通过在主动调节模块(303)设置床垫使用温度，以及设置不同时间段的温度变化，对床垫进行温度的主动调节，通过在主动调节模块(303)中设置若干个睡眠习惯记忆档案，可一键进行不同组合的睡眠习惯主动调节，所述睡眠提醒模块(304)中可设置睡眠闹钟、晚睡提醒以及助眠白噪声播放定时，所述主动调节模块(303)和睡眠提醒模块(304)在手机端设置完成后通过无线通信模块(301)传输给主控芯片STM32。
8.根据权利要求7所述的一种AI自适应智能床垫，其特征在于：所述睡眠调节单元(4)包括睡姿调节模块(401)和升降调节模块(402)，所述睡姿调节模块(401)利用主控芯片STM32接收到心率信号处理模块(201)与鼾声信号处理模块(202)中传输的数据，所述升降调节模块(402)中包含有六个升降装置，且床垫由六块组合而成，分别标记为A、B、C、D、E和F块，其中A块B块为头部位置的床垫，C块和D块为中间位置的床垫，E块和F块为尾端位置的床垫，六个升降装置分别设置安装在六块床垫的底端且位于称重压电传感器之上，所述升降调节模块(402)根据睡姿调节模块(401)中心率信号处理模块(201)得到的心率数据和鼾声信号处理模块(202)得到的打鼾状态，控制升降装置对每块床垫的高度进行自适应调节，其中当心率数据异常时，根据用户当前位于区域，通过升降调节模块(402)控制升降装置带动床垫进行升降，例如当用户处于ACE区域时，控制ACE区三块床垫同时升高，通过将床垫升高使得用户在睡眠时的身体得到充分支撑，避免身体压迫心脏，当检测到用户正处于打鼾状态时，通过升降调节模块(402)控制AB床垫升高，使得用户的头部升高防止呼吸不畅，降低打鼾产生的风险，所述睡姿调节模块(401)利用主控芯片STM32接收到状态反馈单元(3)所传输的床垫高度调节信号后，通过升降调节模块(402)控制升降装置对床垫进行升降调节。
9.根据权利要求8所述的一种AI自适应智能床垫，其特征在于：所述睡眠调节单元(4)包括温度调节模块(403)，所述温度调节模块(403)中包含有恒温控制组件，其中ACE和BDF床垫的侧边均设置有温控水箱，在每个温控水箱中均安装有半导体制冷片、陶瓷加热管和静音水泵，在每块床垫顶端的海绵层下均通过S型排列安装有水管，水管与水泵相连接，每个温控水箱内还安装有水位传感器、热保护器和散热风扇，所述温度调节模块(403)利用STM32接收到温度数据处理模块(204)中传输的睡眠温度和环境温度后，根据AI学习后得到最佳睡眠温度与环境温度的关系，通过温度调节模块(403)控制温控水箱内的半导体制冷片对水温进行降温或控制陶瓷加热管使水温升高，并通过静音水泵和水管使调整温度后的水流通在床垫的顶层，通过心率检测模块(101)和体征检测模块(102)检测到用户睡眠区域，然后通过温度调节模块(403)进行睡眠区域温度的自适应调节，所述温度调节模块(403)利用主控芯片STM32接收状态反馈单元(3)中对床垫使用温度的主动调节数据，控制温度调节模块(403)进行主动温度调节，通过温控水箱内的水位传感器对水位进行检测，当水箱内水位低于安全值则控制温控水箱停止工作，通过热保护器防止温控水箱温度过高，通过散热风扇对温控水箱进行散热，避免温度高于安全值。
10.根据权利要求9所述的一种AI自适应智能床垫，其特征在于：所述睡眠调节单元(4)包括硬度调节模块(404)和记忆调节模块(405)，所述硬度调节模块(404)中包含硬度调节组件，其中在床垫的水管层下方设置有气垫，每块气垫均连接有静音气泵，所述硬度调节模块(404)根据体征数据处理模块(203)中得到的用户的身高和体重数据，利用主控芯片STM32根据AI对用户最佳适宜床垫硬度以及硬度分化的区域进行判断，然后通过硬度调节模块(404)控制静音气泵控制气垫中的气压，以达到对床垫硬度的控制，所述硬度调节模块(404)利用主控芯片STM32接收状态反馈单元(3)中对床垫硬度的主动调节数据，控制气垫中的压力值，达到对床垫的硬度进行主动调节的目的，所述记忆调节模块(405)利用状态反馈单元(3)中设置的记忆档案，对睡姿调节模块(401)、升降调节模块(402)和温度调节模块(403)进行主动调节，使床垫达到记忆档案中的状态。
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