CN212961014U - 基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯，包括助眠灯灯体、控制开关、音响、单片机中控装置和电源模块；助眠灯灯体通过控制开关连接至单片机中控装置，电源模块为助眠小夜灯内的各单元结构提供电能；在助眠小夜灯内设有脑电波采集装置、信号放大装置、信号转换装置、信号分析及处理中心和信号收发装置；在单片机中控装置前端加入高共模抑制的调理电路，信号分析及处理中心连接至信号收发装置，信号收发装置将开、关信号发送至助眠灯灯体和音响。本实用新型通过分析使用者的睡眠状态，调节空调的温度或播放助眠的音乐，从而提高使用者的睡眠质量。

Description

基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯

技术领域

本实用新型涉及家用电子产品领域，具体涉及一种基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯。

背景技术

现代社会竞争越来越激烈，人们每天承受着巨大的压力，巨大的压力下，人们根本无法好好休息，而人作为一个生命中1/3的时间都在睡眠中度过的生物，一旦睡眠出了问题，那么身体各项机能就会下降，更严重的会出现心理和生理疾病，对人的生命健康产生威胁。大部分人会在睡眠前，用一会手机，而关掉手机之后，人们往往难以入睡，本专利旨在减少入睡前的准备时间，帮助人们快速入睡，从而达到增加人们睡眠时间的目的。睡眠是休息的最好方式，可以消除疲劳、恢复精力。优质的睡眠不仅对身体健康起着重要作用，而且有助于提高工作效率，乃至提升幸福感。

以前的助眠灯大多使用手环或者其他需要佩戴的仪器，对用户的睡眠情况进行监测，然而大部分用户对此类接触式仪器有抵触心理，不少人声称接触式的仪器很影响他们的休息。现在市场上的最新技术——Nox智能助眠灯，通过发出590～790nm波长的红橙色光来提高睡眠质量，也可以播放舒缓的音乐来辅助助眠，此外，还有温度、湿度、光照、噪音监测系统，最重要的是，与助眠灯配套的RestOn智能睡眠监测仪是全球首款便携式非穿戴睡眠监测器，只要将传感带放在床单与床垫之间就可以对人的心率和呼吸频率进行监测。

然而，这种传感带有下面两个已知的弊端：

①通过对心率和呼吸的监测来判断用户是否入睡的结果十分不准确，许多用户的反馈均包含以下一点：即使躺着很平静的看视频也会被认为睡着。

②对环境进行监测的时候，并不能根据用户的睡眠情况改变环外界环境，这样的系统并不能真正意义上的达到助眠的效果。

要想真正解决问题①，就要向人体更高级的身体部位进发——大脑，通过对大脑发出的脑电波进行接收与分析，来判断用户是否入睡，再由处理中心发出指令，调节合适的外部环境，所以，如何无接触地对人体的睡眠情况进行准确的监测，并根据监测得出的结果通过物联网调节外部环境是解决传统助眠灯鸡肋之处的困难所在。

人体在睡眠过程中，整个机体处于安静状态，其中最主要的就是大脑的休息，睡得好与差最主要的标志就是醒来后大脑是否清醒，所以通过大脑来对睡眠进行研究是最优良的切入点，而脑电信号能够准确地反映出大脑的活动状态，在睡眠研究中被广泛应用。睡眠脑电是指睡眠状态下的大脑电活动的总体反映，其中具有丰富的生理与病理信息。通过对睡眠脑电进行分析处理，提取有用信息，可对睡眠质量加以评定以及对大脑疾病进行诊断。大脑在人的睡眠过程中存在几个不同而相对稳定的阶段，大致分为三个阶段，包括清醒期、快速眼动期(Rapid Eyemovement,REM)和非快速眼动期(Non-rapid Eye Movement,NREM)。

脑电波的最大特点就是幅值小，噪声强，并且属于非线性、非平稳信号，随机性强，一直以来对脑电的采集分析都是具有难度的研究课题。所以将脑电信号准确地采集对脑部疾病的诊断、脑机接口以及认知科学等研究都具有极为重要的意义，这也是本专利想要达到预期效果的基础。

脑电波波段划分：脑电波是一些自发的有节律的神经电活动，其频率变动范围在每秒1 －30次之间的，可划分为四个波段，即δ(1－3Hz)、θ(4－7Hz)、α(8－13Hz)、β(14 －30Hz)。除此之外，在觉醒并专注于某一事时，常可见一种频率较β波更高的γ波，其频率为30～80Hz，波幅范围不定；而在睡眠时还可出现另一些波形较为特殊的正常脑电波，如驼峰波、σ波、λ波、κ-复合波、μ波等。

δ波

频率为1～3Hz，幅度为20～200μV。当人在婴儿期或智力发育不成熟、成年人在极度疲劳和昏睡或麻醉状态下，可在颞叶和顶叶记录到这种波段。

θ波

频率为4～7Hz，幅度为5～20μV。在成年人意愿受挫或者抑郁以及精神病患者中这种波极为显著。但此波为少年(10－17岁)的脑电图中的主要成分。

α波

频率为8～13Hz(平均数为10Hz)，幅度为20～100μV。它是正常人脑电波的基本节律，如果没有外加的刺激，其频率是相当恒定的。人在清醒、安静并闭眼时该节律最为明显，睁开眼睛(受到光刺激)或接受其它刺激时，α波即刻消失。

β波

频率为14～30Hz，幅度为100～150μV。当精神紧张和情绪激动或亢奋时出现此波，当人从噩梦中惊醒时，原来的慢波节律可立即被该节律所替代。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯，在其处理中心前端加入高共模抑制的调理电路，通过分析使用者的睡眠状态，调节空调的温度或播放助眠的音乐，从而提高使用者的睡眠质量。

为解决上述技术问题,本实用新型提供的技术方案是：

一种基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯，包括助眠灯灯体、控制开关、音响、单片机中控装置和电源模块；所述的助眠灯灯体通过控制开关连接至单片机中控装置，所述的电源模块为助眠小夜灯内的各单元结构提供电能；在助眠小夜灯内设有脑电波采集装置、信号放大装置、信号转换装置、信号分析及处理中心和信号收发装置；所述的脑电波采集装置连接至信号放大装置，所述的信号放大装置连接至信号转换装置，所述的信号转换装置连接至信号分析及处理中心，所述的信号分析及处理中心采用单片机中控装置，并在单片机中控装置前端加入高共模抑制的调理电路，所述的信号分析及处理中心连接至信号收发装置，所述的信号收发装置将开、关信号发送至助眠灯灯体和音响。

进一步的，所述的信号收发装置包括无线信号收发器，所述的无线信号收发器将单片机中控装置传递来的信号传递至需要无线控制的家用电器。

进一步的，所述的家用电器包括空调、电视、电动窗帘。

进一步的，所述的电源模块包括可充电电池和外部充电USB插口，所述的可充电电池与外充电电源USB插口连接。

进一步的，所述的外部充电USB插口参数为100-240V～50/60Hz，0.5A。

进一步的，所述的助眠灯灯体的灯身发出590～790nm波长的红橙色光。

进一步的，所述的控制开关通过信号收发装置连接至手机，能够通过手机对助眠小夜灯进行控制。

有益效果：

本实用新型的基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯避免了传统的接触式的睡眠监测系统，使用无接触的系统，旨在让用户有更好的体验，让用户更快地进入睡眠，从而解决当今社会人们因竞争激烈或事务繁多而导致的一系列睡眠问题，减少因睡眠不足导致的生理与心理疾病，提高人们白天的工作和学习效率。

附图说明

图1：静息状态和睡眠状态脑电图对比。

图2：本实用新型的系统结构框图。

图3：助眠小夜灯正面结构示意图。

图4：助眠小夜灯底座结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本实用新型的范围。

一种基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯，包括助眠灯灯体、控制开关、音响、单片机中控装置和电源模块；所述的助眠灯灯体通过控制开关连接至单片机中控装置，所述的电源模块为助眠小夜灯内的各单元结构提供电能；在助眠小夜灯内设有脑电波采集装置、信号放大装置、信号转换装置、信号分析及处理中心和信号收发装置；所述的脑电波采集装置连接至信号放大装置，所述的信号放大装置连接至信号转换装置，所述的信号转换装置连接至信号分析及处理中心，所述的信号分析及处理中心采用单片机中控装置，并在单片机中控装置前端加入高共模抑制的调理电路，所述的信号分析及处理中心连接至信号收发装置，所述的信号收发装置将开、关信号发送至助眠灯灯体和音响。

所述的信号收发装置包括无线信号收发器，所述的无线信号收发器将单片机中控装置传递来的信号传递至需要无线控制的家用电器。

所述的家用电器包括空调、电视、电动窗帘。

所述的电源模块包括可充电电池和外部充电USB插口，所述的可充电电池与外充电电源 USB插口连接。

所述的控制开关通过信号收发装置连接至手机，能够通过手机对助眠小夜灯进行控制。

本实用新型的具体框图如图2所示，处理中心充电器USB插口，为手机电脑等电子设备充电,解决了生活中电源接口的局限性,同时又电源线的加长线,可适应不同环境，参数为： 100-240V～50/60Hz，0.5A。

助眠灯的灯身实物图如图3所示，灯身发出590～790nm波长的红橙色光，上面的On键可以控制打开和关闭，也可使用手机控制，开关灯的控制,不但可以通过开关控制,还可以进行远程控制(手机控制)更为方便。能够实现无线遥控,定时控制。助眠灯的下方加入一个小音响，可以通过手机来播放歌单或者ASMR助眠音效。

本实用新型的助眠小夜灯在信号分析及处理中心前端加入高共模抑制的调理电路，用一个与脑电波幅值相同数量级的磁场反映脑电波的变化，并在调理电路中加入放大电路，对采集到的变化进行放大，最后将磁场的变化转变为脑电波信号。

对于一道脑电信号经采样得到h(n)，n＝0，1，…，N-1。

将h(n)进行快速傅利叶变换得

其中,k＝0,1,2,…,N-1。

为了减少纹波，进行加窗处理

其中，k＝0，1，…，N一1，w(n)(n＝0，1，…，N-1)为窗函数

根据公式(2.2)可算出脑电θ波、α波、β波的功率p_θ、p_α、p_β，也可得到脑电总功率p_EEG。脑电θ指标、α指标、β指标由下式算出

I_θ＝p_θ/p_EEG

I_α＝p_α/p_EEG

I_β＝p_β/p_EEG (1.3)

脑电主峰频率即脑电最大功率对应的频率也可由(2.2)式得出

式中，N为采样点数，T_s为采样周期。

本实用新型通过对采集到的脑电波进行分析，将得到的结果与脑电波不同波段的频率对比，从而得出用户此时的睡眠状态，再通过处理中心发出信号，调节空调的温度或播放助眠的音乐，从而达到真正意义上的提高睡眠质量。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯，其特征在于：包括助眠灯灯体、控制开关、音响、单片机中控装置和电源模块；所述的助眠灯灯体通过控制开关连接至单片机中控装置，所述的电源模块为助眠小夜灯提供电能；在助眠小夜灯内设有脑电波采集装置、信号放大装置、信号转换装置、信号分析及处理中心和信号收发装置；所述的脑电波采集装置连接至信号放大装置，所述的信号放大装置连接至信号转换装置，所述的信号转换装置连接至信号分析及处理中心，所述的信号分析及处理中心采用单片机中控装置，并在单片机中控装置前端加入高共模抑制的调理电路，所述的信号分析及处理中心连接至信号收发装置，所述的信号收发装置将开、关信号发送至助眠灯灯体和音响。

2.根据权利要求1所述的基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯，其特征在于：所述的信号收发装置包括无线信号收发器，所述的无线信号收发器将单片机中控装置传递来的信号传递至需要无线控制的家用电器。

3.根据权利要求2所述的基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯，其特征在于：所述的家用电器包括空调、电视、电动窗帘。

4.根据权利要求1所述的基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯，其特征在于：所述的电源模块包括可充电电池和外部充电USB插口，所述的可充电电池与外充电电源USB插口连接。

5.根据权利要求4所述的基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯，其特征在于：所述的外部充电USB插口参数为100-240V～50/60Hz，0.5A。

6.根据权利要求1所述的基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯，其特征在于：所述的助眠灯灯体的灯身发出590～790nm波长的红橙色光。

7.根据权利要求1所述的基于无接触式脑波监测系统与物联网技术的助眠小夜灯，其特征在于：所述的控制开关通过信号收发装置连接至手机，能够通过手机对助眠小夜灯进行控制。

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