CN117770771A - 一种无扰式睡眠监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无扰式睡眠监测方法及装置，通过无源自驱动的压力传感器对睡眠质量进行监测，提升监测的准确性和安全性。该方法应用于寝具系统中的控制装置，寝具中包含多个用于确定压力的传感器，任一传感器中包括具有相反电性电荷的电介质层和导电层，导电层与控制装置之间电连接；该方法包括：根据传感器输出的电信号，确定传感器对应寝具区域所受的压力值；其中，电信号是由导电层和电介质层之间的电荷密度确定的；区域受到压力时，电介质层与导电层之间的距离缩短或者发生接触导致导电层的电荷密度发生改变；根据在设定时间段内各区域的压力值和电信号，确定用户的睡姿和体动频率；根据睡姿和体动频率确定用户在设定时间段内的睡眠分期。

Description

一种无扰式睡眠监测方法及装置

技术领域

本申请涉及智能设备技术领域，尤其涉及一种无扰式睡眠监测方法及装置。

背景技术

睡眠占据了人一生中约三分之一的时间，良好的睡眠对于人体的健康和精力恢复至关重要。正确的睡姿对于减轻身体疲劳、预防颈椎病等疾病具有重要意义。然而，目前市面上的产品对于睡眠质量的评估主要是通过呼吸速率和心率等生理参数来实现的，这并不能完整地体现真实的睡眠质量，从而无法为用户提供准确地睡眠质量分析和建议。

发明内容

本申请提供一种无扰式睡眠监测方法及装置，用以为用户提供准确的睡眠质量监测结果。

第一方面，本申请提供了一种无扰式睡眠质量监测方法，所述方法应用于寝具系统中包括的控制装置，所述寝具系统还包括寝具，所述寝具中包含多个用于确定压力的传感器，任一传感器中包括具有相反电性电荷的电介质层和导电层，所述导电层与所述控制装置之间电连接；所述方法包括：

根据所述任一传感器输出的电信号，确定所述寝具中与所述任一传感器对应的区域所受的压力值；其中，所述电信号由所述导电层和所述电介质层之间的电荷密度确定；所述区域受到压力时，所述电介质层与所述导电层之间的距离缩短或者发生接触导致所述导电层的电荷密度发生改变；

根据在设定时间段内所述寝具中每个区域所受的压力值确定所述用户在所述设定时间段内的睡姿变化情况，以及根据所述每个区域的传感器输出的电信号确定所述用户在所述设定时间段内体动频率；

根据所述睡姿变化情况和体动频率确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期。

在一些实施例中，所述任一传感器还包括压缩回弹层，所述电介质层和所述导电层分别固定在所述压缩回弹层的两侧；所述压缩回弹层、所述电介质层与所述导电层的中心点在竖直方向上重合，所述压缩回弹层的中间位置具有设定形状的剪裁区域；所述区域在受到压力时，所述压缩回弹层产生形变导致所述电介质层与所述导电层之间的距离缩短或者发生接触。

在一些实施例中，所述电信号包括电压；所述根据所述任一传感器输出的电信号，确定所述寝具中与所述任一传感器对应的区域所受的压力值，具体包括：

根据预先构建的电压与压力之间的对应关系，确定所述区域所受的压力值。

在一些实施例中，所述电信号包括电流；所述根据所述每个区域的传感器输出的电信号确定所述用户在所述设定时间段内体动频率，具体包括：

根据所述设定时间段内每个时间点的电流绘制所述设定时间段内的电流曲线；

根据所述电流曲线中每个波峰的电流值，确定所述设定时间段内的体动频率。

在一些实施例中，所述寝具系统还包括用于采集所述用户心率和呼吸频率的生理参数传感器；所述根据所述睡姿变化情况和体动频率确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期，具体包括：

根据所述设定时间段内所述用户的睡姿变化情况、体动频率、心率和呼吸频率，确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期。

在一些实施例中，所述根据在设定时间段内所述寝具中每个区域所受的压力值确定所述用户在所述设定时间段内的睡姿变化情况，具体包括：

将所述设定时间段内所述每个区域在不同时间点的压力值输入到预先训练好的睡姿分类模型中，确定所述用户在所述设定时间段内每个时间点的睡姿；所述睡姿分类模型是采用预定义的多种睡姿作为输出，以及采用每种睡姿下各个区域所受的压力值作为输入进行训练得到的；

基于所述每个时间点的睡姿，确定所述设定时间段内的睡姿变化情况。

第二方面，本申请提供了一种无扰式睡眠监测装置，所述装置为寝具系统中包括的控制装置，或者所述装置为所述控制装置，所述寝具系统还包括寝具，所述寝具中包含多个用于确定压力的传感器，任一传感器中包括具有相反电性电荷的电介质层和导电层，所述导电层与所述控制装置之间电连接；所述装置包括：

获取单元，用于获取所述任一传感器输出的电信号；

处理单元，被配置为执行：

根据所述任一传感器输出的电信号，确定所述寝具中与所述任一传感器对应的区域所受的压力值；其中，所述电信号由所述导电层和所述电介质层之间的电荷密度确定；所述区域受到压力时，所述电介质层与所述导电层之间的距离缩短或者发生接触导致所述导电层的电荷密度发生改变；

根据在设定时间段内所述寝具中每个区域所受的压力值确定所述用户在所述设定时间段内的睡姿变化情况，以及根据所述每个区域的传感器输出的电信号确定所述用户在所述设定时间段内体动频率；

根据所述睡姿变化情况和体动频率确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期。

在一些实施例中，所述任一传感器还包括压缩回弹层，所述电介质层和所述导电层分别固定在所述压缩回弹层的两侧；所述压缩回弹层、所述电介质层与所述导电层的中心点在竖直方向上重合，所述压缩回弹层的中间位置具有设定形状的剪裁区域；所述区域在受到压力时，所述压缩回弹层产生形变导致所述电介质层与所述导电层之间的距离缩短或者发生接触。

在一些实施例中，所述电信号包括电压；所述处理单元，具体用于：

根据预先构建的电压与压力之间的对应关系，确定所述区域所受的压力值。

在一些实施例中，所述电信号包括电流；所述处理单元，具体用于：

根据所述设定时间段内每个时间点的电流绘制所述设定时间段内的电流曲线；

根据所述电流曲线中每个波峰的电流值，确定所述设定时间段内的体动频率。

在一些实施例中，所述寝具系统还包括用于采集所述用户心率和呼吸频率的生理参数传感器；所述处理单元，具体用于：

根据所述设定时间段内所述用户的睡姿变化情况、体动频率、心率和呼吸频率，确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期。

在一些实施例中，所述处理单元，具体用于：

将所述设定时间段内所述每个区域在不同时间点的压力值输入到预先训练好的睡姿分类模型中，确定所述用户在所述设定时间段内每个时间点的睡姿；所述睡姿分类模型是采用预定义的多种睡姿作为输出，以及采用每种睡姿下各个区域所受的压力值作为输入进行训练得到的；

基于所述每个时间点的睡姿，确定所述设定时间段内的睡姿变化情况。

第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括控制器和存储器。存储器用于存储计算机执行指令，控制器执行存储器中的计算机执行指令以利用控制器中的硬件资源执行第一方面任一种可能实现的方法的操作步骤。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面的方法。

本申请提出了一种基于摩擦起电和静电感应原理的压力传感器，施加在传感器上的压力会导致传感器产生电信号的变化，从而可以根据输出的电信号来确定对应床垫区域所受的压力值以及用户的体动频率。传统智能床垫需要向床垫中部署的传感器进行供电，安全性能差。本申请的方案无需供电，实现无源自驱动的传感器数据输出，安全性高制作成本低，同时布置灵活可以用于居家、医院、酒店等多种场景下。本申请的方案根据寝具中每个区域部署的传感器确定每个区域的压力，并根据每个区域在睡眠时间内的压力变化情况对应确定用户的睡姿和体动频率，一段时间内的睡姿和体动次数可以反应用户的睡眠状态。相较于现有技术通过心率等生理参数进行睡眠监测的方式，本申请的方案可以更精准地体现用户真实的睡眠质量，并且不会限制用户正常的睡眠活动，实现无扰式睡眠监测。另外，本申请提出的寝具中的传感器是基于静电感应和摩擦起电原理输出电信号的，从而寝具中并不包含硬质材料，舒适度更高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种床垫系统的架构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种无扰式睡眠监测方法流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种传感器的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种显示界面的示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种床垫系统的架构示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种传感器的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种传感器数据采集过程的示意图；

图8为本申请实施例提供的另一种床垫系统的架构示意图；

图9为本申请实施例提供的另一种传感器的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的另一种传感器数据采集过程的示意图；

图11为本申请实施例提供的一种无扰式睡眠监测装置的结构示意图；

图12为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

附图标记：

01-床垫本体，02-传感器，03-分控电路板，04-生理参数传感器，05-主控制器，06-显示终端，07-基底织物，08-压缩回弹织物，09-电介质织物，10-导电织物，11-顶部行电极，12-底部列电极。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请文件中记载的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请技术方案保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够使用除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

当前市面上的智能床垫功能简单，一般是采用气囊式的传感器，通过气压大小监测睡眠压力，这种传感器监测方式精度差、需要外接电源供电、控制系统复杂。并且由于气囊上部署的压力传感器成本高，只能实现大区域的粗略压力监测，无法精准体现用户睡眠过程中床垫所受的压力分布，因此无法实现实时智能睡眠情况监测与分类。另外，在对于睡眠情况监测方面，目前市面上一般的产品是通过对用户心率和呼吸频率进行监测来实现的，这种监测生理参数的方式并不能完全体现用户的真实睡眠质量。

本申请提出了一种无扰式睡眠监测方法，对寝具进行区域划分，根据每个区域在睡眠时间内的压力变化情况确定用户的睡姿和体动次数，长时间的睡姿和体动监测可以反应用户真实的睡眠质量。需要说明的是，本申请对于寝具的具体类型不作限定，可以为床垫也可以为其他类型的寝具，为了便于描述，后续以床垫为例对本申请的方案进行介绍。

首先，对本申请方案适用的场景进行介绍。示例性地，参见图1，为本申请实施例提供的一种床垫系统的架构示意图。其中，包括床垫本体和控制装置，床垫中包含多个用于确定压力的传感器。需要说明的是，图1仅作为一种示例，本申请对于床垫中部署的传感器的数量不作具体限定。传感器数量越多、分布密度越高，对于用户睡眠监测的精度越高，但同时，传感器数量越多制造成本也会随之增大。本申请对于床垫中传感器的部署方式也不作限定，比如传感器可以矩阵排列、圆形排列或者梯形排列等。示例性地，本申请实施例提出的传感器中包括电介质层和导电层，电介质层和导电层具有电性相反的电荷，其中导电层与控制装置之间电连接。在传感器未受到压力的正常情况下，电介质层和导电层之间存在一定距离，导电层中的电荷密度不变。在传感器受到压力时，电介质层和导电层之间的距离变短或者会产生接触，在此情况下导电层的电荷密度会增大从而产生电流，同时导电层和电介质层之间的电压也会变化。传感器通过电连接将电信号输出到控制装置。控制装置可以根据获取的电信号确定每个传感器所受的压力以及用户在一定时间段内的体动频率。

图1示出的控制装置可以获取床垫中的各个传感器采集的数据，对数据进行分析实现用户的睡眠监测。示例性地，控制装置的功能可以由电脑、手机等终端来实现，也可以由服务器、处理芯片等具有计算能力的电子设备来实现，或者控制装置还可以为部署在云端计算平台，本申请对此不作限定。

下面，基于图1介绍的床垫系统，对本申请的方案进行介绍。示例性地，参见图2，为本申请实施例提供的一种无扰式睡眠监测方法流程示意图。图2所示的方法流程可以由图1所示床垫系统中包括的控制装置来执行，也可以由控制装置中的具体部件来执行，本申请对此不做限定。图2所示的方法流程具体包括：

201，根据第一传感器输出的电信号确定床垫中与第一传感器对应的区域所受的压力值。

其中，第一传感器为床垫中部署的多个传感器中的任意一个，第一传感器中包括电介质层和导电层，电介质层和导电层具有电性相反的电荷，导电层与控制装置之间电连接。第一传感器输出的电信号为导电层和电介质层之间的电压。

用户人体与床垫接触后会对床垫的每个区域产生不同的压力，因此每个区域的传感器包括的电介质层和导电层之间的距离不同，从而两者之间的电压也不相同。控制装置可以检测每个传感器输出的电压，根据预先定义的电压和压力之间的对应关系确定每个区域所受的压力值。

202，基于设定时间段内床垫中每个区域的压力值确定用户在设定时间段内的睡姿变化情况，以及根据每个区域的传感器输出的电信号确定体动频率。

其中，每个传感器输出的电信号还包括电流值。体动表示用户在睡眠过程中身体或者身体的某个部分发生移动。示例性地，第一传感器对应的区域受到的压力发生变化时，第一传感器中的电介质层和导电层之间的距离缩短或者产生接触，因此导电层的电荷密度会增加从而产生电流，并向控制装置输出电流。进一步地，控制装置可以根据第一传感器数据的电流值的大小确定该区域内用户体动的频率。

示例性地，睡姿可以包括仰卧睡姿、趴卧睡姿、左侧卧和右侧卧等。其中，睡姿变换和体动都会引起床垫中某些区域的压力值发生改变。控制装置可以根据每个区域的压力值确定用户在每个时间点的睡姿，从而输出设定时间段内用户的睡姿变化情况。示例性地，睡姿变化情况可以包括用户的每种睡姿、每种睡姿的持续时间，以及用户睡姿变换的频率和次数。

在一种可能实现的方式中，可以将设定时间段内每个区域在不同时间点的压力值输入到预先训练好的睡姿分类模型中，确定用户在每个时间点的睡姿，从而还可以确定用户在设定时间段内睡姿变换的次数。其中，睡姿分类模型时采用预定义的多种睡姿作为输出，以及采用每种睡姿下各个区域所受的压力值作为输入进行训练得到的。示例性地，由于人体重量不相同，因此每种睡姿下各个区域所受的压力值可以存在多组数据，即多组压力值可以对应一个睡姿。

在一些实施例中，本申请提出的睡姿分类模型中包含注意力机制，使得模型可以关注不同睡姿压力分布差异的关键部位。比如，床垫中心区域数据通常比边缘区域更重要、四肢的压力数据比头部的压力数据更重要、区分趴卧睡姿和仰卧睡姿时关节部位的压力数据更重要等等。因此，不同位置数据为不同分类场景的权重不同，本申请提出的睡姿分类模型中包含的注意力机制可以更关注不同睡姿分类场景下的关键部位数据，从而也可以提升睡姿分类模型的抗干扰性能。

示例性地，由于控制装置采集的压力数据为时间序列数据，数据之间具有时序依赖性。并且，用户睡姿在长时间段内具有一定的习惯性。因此，本申请实施例提出的睡姿分类模型是基于时间序列预测算法实现的，不仅可以关注睡姿在短期的连续性，也可以在长时间预测中关注用户习惯对睡姿的影响。相较于传统的直接基于压力数据进行预测的方式，本申请的模型预测精度更高。作为一种可选的方式，睡姿变化的频率在一定程度上也可以体现用户的睡眠质量，因此，本申请实施例提出可以将采集的时间序列数据通过傅里叶变换（或者快速傅里叶变换等，本申请对于时频转换方式不作限定）等方式转换为频域数据。进一步地，将时间序列数据和频域数据同步输入到睡姿分类模型中，得到分类结果。

可选地，控制装置可以根据不同时间点上每个区域的压力值的变化情况，确定用户是否发生体动。示例性地，以区域A为例，控制装置可以将当前时刻区域A的压力值与前一时刻区域A的压力值进行对比，确定区域A的压力值在当前时刻是否发生变化。若任意一个区域的压力值发生变化，则说明发生了一次体动；反之，若全部的区域的压力值均未发生变化，则说明用户并未体动。再进一步地，可以统计用户在设定时间段内的体动次数。

203，根据睡姿变化情况和体动频率确定用户在设定时间段内的睡眠分期。

其中，睡眠分期包括快速眼动期（Rapid Eye Movement，REM）和非快速眼动期（non-Rapid Eye Movement，NREM）。其中，非快速眼动器包括入睡期、浅睡期、熟睡期和深睡期。作为一种可选的方式，可以预先建立不同睡姿和体动频率对应的睡眠分期，比如当睡姿为A睡姿，体动频率超过某一阈值时，确定用户处于非快速眼动期的入睡期。当然这仅作为一种可选的方式，根据睡姿和体动频率确定睡眠分期还可以采用其他的方式，比如可以将不同的睡姿设置不同的睡眠分值，以及根据体动频率设置不同的睡眠分值，根据两者的加权和确定睡眠分期。

基于上述方案，本申请提出了一种基于摩擦起电和静电感应原理的压力传感器，施加在传感器上的压力会导致传感器产生电信号的变化，从而可以根据输出的电信号来确定对应床垫区域所受的压力值以及确定用户的体动频率。传统智能床垫需要向床垫中部署的传感器进行供电，安全性能差。本申请的方案无需供电，实现无源自驱动的传感器数据输出，安全性高制作成本低，同时布置灵活可以用于居家、医院、酒店等多种场景下。另外，本申请的方案根据每个区域部署的传感器确定每个区域的压力，并根据每个区域在睡眠时间内的压力变化情况对应确定用户的睡姿和体动频率，一段时间内的睡姿和体动频率可以反应用户的睡眠状态。相较于现有技术通过心率等生理参数进行睡眠监测的方式，本申请的方案可以更精准地体现用户真实的睡眠质量。

在一些实施例中，在确定睡眠分期时，还可以结合用户的生理参数和睡姿、体动次数等数据共同确定。示例性地，图1示出的床垫系统中还可以部署有生理参数传感器。需要说明的是，本申请对于生理参数传感器的部署数量、种类和部署方式不作限定，比如可以将生理参数传感器作为一个独立的装置部署在系统中，也可以将生理参数传感器部署在床垫中，从而可以更为准确地采集用户的生理参数。为了便于描述，后续实施例中以生理参数传感器部署于床垫中为例进行介绍。

作为一种示例，本申请实施例中提出的生理参数传感器可以采用压电传感器，用于采集用户的呼吸速率和心率，还可以采集用户的呼吸速率变化情况以及用户心率的变化情况等用户的生理参数。示例性地，控制装置可以获取在设定时间段内生理参数传感器采集的用户的生理参数，并综合用户的生理参数、睡姿和体动频率共同确定用户在设定时间段内的睡眠分期。

在一些实施例中，传感器中还可以包括压缩回弹层，为一种具有回弹性能的弹性织物，其中，电介质层和导电层分别固定在压缩回弹层的两侧，压缩回弹层、电介质层和导电层的中心点在竖直方向上重合，并且压缩回弹层中间位置具有设定形状的剪裁区域，该剪裁区域的面积小于电介质层和导电层的面积。作为一种示例，参见图3，为本申请实施例提供的一种传感器的结构示意图。如图3所示，传感器中包括基底层、导电层、压缩回弹层和电介质层。需要说明的是，本申请对于传感器的形状、尺寸以及各个层之间的固定方式均不作限定，对于压缩回弹层中间位置的剪裁区域的形状也不作限定。图3所示的传感器仅作为一种示例，并不构成对传感器的实际结构的限定。

示例性地，在没有压力的情况下，压缩回弹层没有形变，电介质层和导电层之间的距离即为压缩回弹层没有形变情况下的厚度，导电层的电荷密度不会发生变化。在存在压力的情况下，压缩回弹层会受压力产生形变，电介质层和导电层之间的距离会缩短，导电层的电荷密度会增大，并且随着距离变短，导电层的电荷密度会随之增大。进一步地，在压力持续变大的情况下，压缩回弹层形变量持续增加，电介质层和导电层会在剪裁区域处进行接触，并且随着接触面积的增大导电层的电荷密度会随之增大。

示例性地，传感器中导电层电荷密度的增加会产生电流，并且导电层和电介质层之间的电压也会发生改变，从而可以分析电压值来确定传感器对应区域所受的压力值，以及分析电流值确定用户体动的频率。由于传感器中的各个层是位于床垫中的，因此为了便于描述，后续将传感器中的导电层称为导电织物、将电介质层称为电介质织物、将压缩回弹层称为压缩回弹织物。示例性地，传感器中的各层织物之间可以采用缝纫工艺进行固定。

基于上述方案，本申请通过床垫中设置的具有压缩回弹性能的织物、电介质织物和导电织物，组成了一种无源、自驱动的、用于确定压力的传感器。实际应用中，由于用户对床垫产生压力，传感器中的具有压缩回弹性能的弹性织物产生形变，导电织物和电介质织物之间的距离或者接触面积发生变化，导电织物上的电荷密度发生变化，从而可以根据这种电荷密度的变化对应确定压力的大小。

在一些实施例中，控制装置还可以包括显示屏，根据床垫实际的压力分布映射绘图，在显示屏中显示实时的压力成像。控制装置还可以根据睡眠时间内的压力变化情况确定用户的睡姿、睡眠分期等信息，以及根据睡眠时间内生理参数传感器采集的数据确定用户的呼吸速率和心率，并根据睡眠时间内用户的各项数据生成睡眠质量报告，从而可以在显示屏中显示睡眠质量报告。示例性地，图4中的（a）示出了实际人体与床垫接触的示意图，相对应地，图4中的（b）所示的显示界面展示了床垫每个区域所受压力的成像图。进一步地，在图4中还示出了用户的睡眠质量报告，例如图4中的（b）所示，显示界面中还可以包括控件401，控制装置可以响应于用户对于控件401的触控或者遥控操作，确定用户需要查看睡眠时间内在/离床次数和持续时间。示例性地，显示界面中还包括控件402，控制装置可以响应于用户对于控件402的触控或者遥控操作确定用户需要查看睡眠时间内的睡姿。示例性地，显示界面中还包括控件403，控制装置可以响应于用户对于控件403的触控或者遥控确定用户需要查看睡眠时间内不同时间段的睡眠分期。示例性地，显示界面中还包括控件404和控件405，分别用于显示在睡眠时间内用户的呼吸速率和心率的变化情况。需要说明的是，图4所示的显示界面和床垫时间受力示意图仅作为一种示例，在实际应用中可以根据具体的场景对显示界面中包含的内容进行具体设置。

在本申请实施例中，对于床垫中传感器的部署方式不作限定。比如，可以先将床垫划分为不同的区域，进而在每个区域内设置一个传感器。还可以设置与床垫的长宽两边等长度的行电极和列电极，两个电极交叉处即为一个传感器，该传感器用于确定对应区域的压力。下面，针对这两种传感器部署方式分别进行介绍。

实施例一：参见图5，为一种床垫系统的架构示意图，其中包括床垫本体01、分控电路板03、主控制器05和显示终端06。其中，床垫本体01中矩阵排列了多个传感器02和生理参数传感器04。需要说明的是图5中示出的传感器的排布方式、数量仅作为一种示例，并不构成对床垫组成的限定。如图5所示，不同的分控电路板03分别控制一组传感器02，一组传感器02内每个传感器通过不同的数据通道将自身采集的电流值和电压值传输到分控电路板03，从而分控电路板03可以确定接收到的每个数据来自哪一个传感器。进一步地，分控电路板03将接收到的数据传输到主控制器05中，主控制器05还会同步获取生理参数传感器04采集的数据，并通过无线传输的方式将接收到的全部数据发往显示终端06。示例性地，图5中示出的多个传感器02、分控电路板03和主控制器05可以通过电性连接，从而实现数据传输和主控制器向分控电路板供电的功能。或者，主控制器05和分控电路板03也可以通过无线通信方式进行数据传输，比如主控制器05、分控电路板03和显示终端可以通过无线组建局域网的方式进行数据传输。另外，本申请对于无线模组的数据传输方式和传输协议不进行限定，包括但不限于Wi-Fi模组、蓝牙模组、LoRa模组和ZigBee模组等。

示例性地，任意一个传感器02的结构示意图可以参见图6。其中，图6中的（a）示出了传感器分解后的结构示意图以及展示了传感器02如何与分控电路板03进行连接，图6中的（b）示出了传感器02的截面示意图。如图6所示，传感器02包含基底织物07、压缩回弹织物08、电介质织物09、导电织物10。需要说明的是，图5所示的系统以及图6所示的传感器结构仅作为一种示例，本申请对于传感器的尺寸以及其中包含的压缩回弹织物的厚度均不作限定，对于压缩回弹织物中间位置的剪裁区域的形状不作限定，并且，对于电介质织物09、压缩回弹织物08和导电织物10使用的材料不进行限定，比如导电织物10可以采用银、镍、铁或者铜等材料，电介质织物09可以采用有机聚合物材料或者无机材料等。另外，本申请对于传感器02中的各层织物的固定方式不作限定，比如可以采用缝纫、粘接等方式进行固定。

示例性地，压缩回弹织物的厚度越小，受到等量压力时产生的形变量越大，从而传感器的灵敏度越高，但是回弹性能会下降。反之，压缩回弹织物的厚度越大，受到等量压力时产生的型变量越小，导致传感器的灵敏度降低，但是回弹性能会升高。因此，可以在实际应用中根据需求设置不同的厚度和尺寸。作为一种举例，传感器02可以采用正方形结构，边长可以设置为5±3厘米，压缩回弹织物08可以采用3D结构织物，厚度可以为5±3毫米，压缩回弹织物中间位置的剪裁区域采用正方形结构，边长为3±2厘米。导电织物10和电介质织物09分别可以采用镀镍织物和FEP织物，形状为正方形，边长为5±3厘米。导电织物10与分控电路板03电连接。分控电路板03中内置信号采集电路和信号调理电路，信号采集电路用于接收来自导电织物的电压值和电流值，信号调理电路用于对采集的信号进行放大、滤波等操作，并将模拟量转化为数字量。

实施例一中，基于压力采集电压值和电流值的过程可以参见图7所示，传感器02中电介质织物09和导电织物10的表面分别分布不同电性的电荷，用户睡姿改变或者发生轻微体动时，压力会导致压缩回弹织物08产生形变，电介质织物09和导电织物10之间的距离缩短或者发生接触，从而导电织物10上产生静电感应电荷在导电织物10和分控电路板03上往复移动形成电流，分控电路板03可以采集到实际的电流值。其中，导电织物10和电介质织物09之间的距离越短或者接触面积越大，产生的电流值越大；反之两者之间的距离越长或者接触面积越小，产生的电流值越小。相对应地，当压力撤去时，压缩回弹织物08形变恢复，电介质织物09和导电织物10之间的距离增大，从而电流变小。

分控电路板03获取传感器的电流值和电压值之后，可以在将数据进行放大、滤波和模数转换后发往主控制器05。主控制器05高速轮流读取各个分控电路板03传输的数据，并同时读取生理参数传感器04的数据，通过无线模组将数据传输到显示终端06中。示例性地，显示终端06可以为任意具有计算能力和显示能力的电子设备，本申请对其形状、尺寸、型号以及应用系统不作限定，比如，可以为电脑、手机、平板等电子设备，可以为采用安卓系统的电子设备，具有无线传输数据的功能和显示屏。显示终端06中配置有压力-电线性关系，根据接收到的电流值和电压值确定床垫每个区域的压力值，从而可以将压力值转换为颜色强度进行压力分布映射绘图，并可以通过内置的睡姿分类模型确定用户的睡姿以及进行用户的在/离床判定。本申请对于显示终端06中配置的睡姿分类模型的架构不作限定。进一步地，可以通过判定睡眠时间内用户的睡姿变换情况以及体动次数进行睡眠分期判定。再进一步地，显示终端还可以根据睡眠时间内用户的各项数据生成睡眠质量报告并进行显示，例如，可以展示如图4中的（b）所示的显示界面。

实施例二：参见图8，为一种床垫的架构示意图，其中包括床垫本体01、分控电路板03、主控制器05和显示终端06，其中，床垫本体01中包含生理参数传感器04、采用行列串联分布的顶部行电极11和底部列电极12，顶部行电极11和底部列电极12交叉布置构成了传感器矩阵，每一个顶部行电极11与底部列电极12交叉部位即为一个传感器，每一行的传感器共用一个顶部行电极11，每一列传感器共用一个底部列电极12。

示例性地，参见图9，为一种传感器的结构示意图。如图9中的（a）所示，为一个顶部行电极11和两个底部列电极12形成两个交叉点，即两个传感器分解后的结构示意图，图9中的（b）示例性地展示了任意一个传感器的界面示意图。如图9所示，任意一个传感器由基底织物07、顶部行电极11、电介质织物09、压缩回弹织物08、底部列电极12组成。其中，压缩回弹织物08位于顶部行电极和底部列电极交叉区域的中心，压缩回弹织物08中间位置包含剪裁区域。需要说明的是，本申请对于顶部行电极11、底部列电极12的数量均不作限定，对于连接两者的分控电路板03的数量也不作限定。并且，本申请对于系统中包括的各个部件的尺寸也不作限定，图8所示的系统仅作为一种示例。例如，可以设置顶部行电极11的数量为10个、尺寸设置为5±3厘米宽、1.8±0.5米长，底部列电极12的数量为14个，尺寸设置为5±3厘米宽、1.5±0.5米长。压缩回弹织物08采用3D结构织物，厚度可以设置为5±3毫米，中间位置剪裁区域可以采用正方形结构，边长为3±2厘米。

在实施例二中，基于压力采集电压值和电流值的过程可以参见图10所示，当受到压力时，电介质织物09和底部列电极12之间距离缩短或者接触；当压力撤去时，电介质织物09和底部列电极12之间的距离恢复。当用户对床垫产生压力时，传感器上的压力增大，压缩回弹织物受压形变，顶部行电极11和底部列电极12上的电荷密度受到静电感应的影响随之变化，与两者分别连接的分控电路板03采集相应的电流值和电压值，并将其进行放大、滤波、模数转换之后发送到主控制器05。主控制器05将获取到的各个分控电路板03的数据和生理参数传感器04的数据通过无线通信方式传输到显示终端06中。另外，在实施例二中，由于传感器阵列中每个传感器与同行或者同列的传感器共用一个电极，因此显示终端06中可以通过传感器行列矩阵变换等解码算法，对各个传感器的坐标与对应的电流值和电压值进行解码。进一步地，显示终端06可以通过解码后的压力位置坐标将压力值转换为颜色强度，将压力分布进行映射绘图。再进一步地，显示终端还可以根据睡眠时间内用户的各项数据生成睡眠质量报告并进行显示，例如，可以展示如图4中的（b）所示的显示界面。

基于与上述方法的同一构思，参见图11，为本申请实施例提供的一种无扰式睡眠监测装置1100，装置1100可以用于实现上述方法中的各个步骤，为了避免重复，此处不再进行赘述。装置1100包括：获取单元1101和处理单元1102。

获取单元1101，用于获取所述任一传感器输出的电信号；

处理单元1102，被配置为执行：

根据所述任一传感器输出的电信号，确定所述寝具中与所述任一传感器对应的区域所受的压力值；其中，所述电信号由所述导电层和所述电介质层之间的电荷密度确定；所述区域受到压力时，所述电介质层与所述导电层之间的距离缩短或者发生接触导致所述导电层的电荷密度发生改变；

根据在设定时间段内所述寝具中每个区域所受的压力值确定所述用户在所述设定时间段内的睡姿变化情况，以及根据所述每个区域的传感器输出的电信号确定所述用户在所述设定时间段内体动频率；

根据所述睡姿变化情况和体动频率确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期。

在一些实施例中，所述任一传感器还包括压缩回弹层，所述电介质层和所述导电层分别固定在所述压缩回弹层的两侧；所述压缩回弹层、所述电介质层与所述导电层的中心点在竖直方向上重合，所述压缩回弹层的中间位置具有设定形状的剪裁区域；所述区域在受到压力时，所述压缩回弹层产生形变导致所述电介质层与所述导电层之间的距离缩短或者发生接触。

在一些实施例中，所述电信号包括电压；所述处理单元1102，具体用于：

根据预先构建的电压与压力之间的对应关系，确定所述区域所受的压力值。

在一些实施例中，所述电信号包括电流；所述处理单元1102，具体用于：

根据所述设定时间段内每个时间点的电流绘制所述设定时间段内的电流曲线；

根据所述电流曲线中每个波峰的电流值，确定所述设定时间段内的体动频率。

在一些实施例中，所述寝具系统还包括用于采集所述用户心率和呼吸频率的生理参数传感器；所述处理单元1102，具体用于：

根据所述设定时间段内所述用户的睡姿变化情况、体动频率、心率和呼吸频率，确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期。

在一些实施例中，所述处理单元1102，具体用于：

将所述设定时间段内所述每个区域在不同时间点的压力值输入到预先训练好的睡姿分类模型中，确定所述用户在所述设定时间段内每个时间点的睡姿；所述睡姿分类模型是采用预定义的多种睡姿作为输出，以及采用每种睡姿下各个区域所受的压力值作为输入进行训练得到的；

基于所述每个时间点的睡姿，确定所述设定时间段内的睡姿变化情况。

图12示出了本申请实施例提供的电子设备1200结构示意图。本申请实施例中的电子设备1200还可以包括通信接口1203，该通信接口1203例如是网口，电子设备可以通过该通信接口1203传输数据。

在本申请实施例中，存储器1202存储有可被至少一个控制器1201执行的指令，至少一个控制器1201通过执行存储器1202存储的指令，可以用于执行上述方法中的各个步骤，例如，控制器1201可以实现上述图11中的获取单元1101的功能和处理单元1102的功能。

其中，控制器1201是电子设备的控制中心，可以利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器1202内的指令以及调用存储在存储器1202内的数据。可选的，控制器1201可包括一个或多个处理单元，控制器1201可集成应用控制器和调制解调控制器，其中，应用控制器主要处理操作系统和应用程序等，调制解调控制器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调控制器也可以不集成到控制器1201中。在一些实施例中，控制器1201和存储器1202可以在同一芯片上实现，在一些实施例中，它们也可以在独立的芯片上分别实现。

控制器1201可以是通用控制器，例如中央控制器（英文：Central ProcessingUnit，简称：CPU）、数字信号控制器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本申请实施例中公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用控制器可以是微控制器或者任何常规的控制器等。结合本申请实施例所公开的步骤可以直接由硬件控制器执行完成，或者用控制器中的硬件及软件模块组合执行完成。

存储器1202作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。存储器1202可以包括至少一种类型的存储介质，例如可以包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器、随机访问存储器（英文：Random AccessMemory，简称：RAM）、静态随机访问存储器（英文：Static Random Access Memory，简称：SRAM）、可编程只读存储器（英文：Programmable Read Only Memory，简称：PROM）、只读存储器（英文：Read Only Memory，简称：ROM）、带电可擦除可编程只读存储器（英文：Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称：EEPROM）、磁性存储器、磁盘、光盘等等。存储器1202是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。本申请实施例中的存储器1202还可以是电路或者其它任意能够实现存储功能的装置，用于存储程序指令和/或数据。

通过对控制器1201进行设计编程，例如，可以将前述实施例中介绍的方法所对应的代码固化到芯片内，从而使芯片在运行时能够执行前述方法的步骤，如何对控制器1201进行设计编程为本领域技术人员所公知的技术，这里不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、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。

本申请是参照根据本申请的方法、设备（系统）、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、嵌入式处理机或其它可编程数据处理设备的控制器以产生一个机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理设备的控制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它可编程数据处理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它可编程数据处理设备上，使得在计算机或其它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，从而在计算机或其它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。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

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 (14)

1.一种无扰式睡眠监测方法，其特征在于，所述方法应用于寝具系统中包括的控制装置，所述寝具系统还包括寝具，所述寝具中包含多个用于确定压力的传感器，任一传感器中包括具有相反电性电荷的电介质层和导电层，所述导电层与所述控制装置之间电连接；所述方法包括：

根据所述任一传感器输出的电信号，确定所述寝具中与所述任一传感器对应的区域所受的压力值；其中，所述电信号由所述导电层和所述电介质层之间的电荷密度确定；所述区域受到压力时，所述电介质层与所述导电层之间的距离缩短或者发生接触导致所述导电层的电荷密度发生改变；

根据在设定时间段内所述寝具中每个区域所受的压力值确定所述用户在所述设定时间段内的睡姿变化情况，以及根据所述每个区域的传感器输出的电信号确定所述用户在所述设定时间段内体动频率；

根据所述睡姿变化情况和体动频率确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述任一传感器还包括压缩回弹层，所述电介质层和所述导电层分别固定在所述压缩回弹层的两侧；所述压缩回弹层、所述电介质层与所述导电层的中心点在竖直方向上重合，所述压缩回弹层的中间位置具有设定形状的剪裁区域；所述区域在受到压力时，所述压缩回弹层产生形变导致所述电介质层与所述导电层之间的距离缩短或者发生接触。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电信号包括电压；所述根据所述任一传感器输出的电信号，确定所述寝具中与所述任一传感器对应的区域所受的压力值，具体包括：

根据预先构建的电压与压力之间的对应关系，确定所述区域所受的压力值。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电信号包括电流；所述根据所述每个区域的传感器输出的电信号确定所述用户在所述设定时间段内体动频率，具体包括：

根据所述设定时间段内每个时间点的电流绘制所述设定时间段内的电流曲线；

根据所述电流曲线中每个波峰的电流值，确定所述设定时间段内的体动频率。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述寝具系统还包括用于采集所述用户心率和呼吸频率的生理参数传感器；所述根据所述睡姿变化情况和体动频率确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期，具体包括：

根据所述设定时间段内所述用户的睡姿变化情况、体动频率、心率和呼吸频率，确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据在设定时间段内所述寝具中每个区域所受的压力值确定所述用户在所述设定时间段内的睡姿变化情况，具体包括：

将所述设定时间段内所述每个区域在不同时间点的压力值输入到预先训练好的睡姿分类模型中，确定所述用户在所述设定时间段内每个时间点的睡姿；所述睡姿分类模型是采用预定义的多种睡姿作为输出，以及采用每种睡姿下各个区域所受的压力值作为输入进行训练得到的；

基于所述每个时间点的睡姿，确定所述设定时间段内的睡姿变化情况。

7.一种无扰式睡眠监测装置，其特征在于，所述装置为寝具系统中包括的控制装置，或者所述装置为所述控制装置，所述寝具系统还包括寝具，所述寝具中包含多个用于确定压力的传感器，任一传感器中包括具有相反电性电荷的电介质层和导电层，所述导电层与所述控制装置之间电连接；所述装置包括：

获取单元，用于获取所述任一传感器输出的电信号；

处理单元，被配置为执行：

根据所述任一传感器输出的电信号，确定所述寝具中与所述任一传感器对应的区域所受的压力值；其中，所述电信号由所述导电层和所述电介质层之间的电荷密度确定；所述区域受到压力时，所述电介质层与所述导电层之间的距离缩短或者发生接触导致所述导电层的电荷密度发生改变；

根据在设定时间段内所述寝具中每个区域所受的压力值确定所述用户在所述设定时间段内的睡姿变化情况，以及根据所述每个区域的传感器输出的电信号确定所述用户在所述设定时间段内体动频率；

根据所述睡姿变化情况和体动频率确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述任一传感器还包括压缩回弹层，所述电介质层和所述导电层分别固定在所述压缩回弹层的两侧；所述压缩回弹层、所述电介质层与所述导电层的中心点在竖直方向上重合，所述压缩回弹层的中间位置具有设定形状的剪裁区域；所述区域在受到压力时，所述压缩回弹层产生形变导致所述电介质层与所述导电层之间的距离缩短或者发生接触。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述电信号包括电压；所述处理单元，具体用于：

根据预先构建的电压与压力之间的对应关系，确定所述区域所受的压力值。

10.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述电信号包括电流；所述处理单元，具体用于：

根据所述设定时间段内每个时间点的电流绘制所述设定时间段内的电流曲线；

根据所述电流曲线中每个波峰的电流值，确定所述设定时间段内的体动频率。

11.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述寝具系统还包括用于采集所述用户心率和呼吸频率的生理参数传感器；所述处理单元，具体用于：

根据所述设定时间段内所述用户的睡姿变化情况、体动频率、心率和呼吸频率，确定所述用户在所述设定时间段内的睡眠分期。

12.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述处理单元，具体用于：

将所述设定时间段内所述每个区域在不同时间点的压力值输入到预先训练好的睡姿分类模型中，确定所述用户在所述设定时间段内每个时间点的睡姿；所述睡姿分类模型是采用预定义的多种睡姿作为输出，以及采用每种睡姿下各个区域所受的压力值作为输入进行训练得到的；

基于所述每个时间点的睡姿，确定所述设定时间段内的睡姿变化情况。

13.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器以及控制器；

存储器，用于存储程序指令；

控制器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行权利要求1-6中任一项所述的方法。

14.一种计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1-6中任一项所述的方法。