KR101857538B1

KR101857538B1 - Active increasing system for sleep quality based on the experience data and method thereof

Info

Publication number: KR101857538B1
Application number: KR1020160156000A
Authority: KR
Inventors: 조중길
Original assignee: (주)헥스하이브
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-05-14

Abstract

The present invention relates to an experience data based active sleep quality improvement system and to a method thereof. The system comprises: an ultra-wideband radar module generating and transmitting an ultra-wideband pulse signal at a fixed interval, and receiving the ultra-wideband pulse signal reflected from the human body in order to generate and output a source data; a human body sensing unit identifying the location of the human body from the source data, accumulating and outputting the source data of the identified location of the human body in a time sequence, and measuring and outputting a radar reflection area of the human body; an original signal acquiring unit acquiring and outputting an original signal, that is, a signal at the chest position of the human body from the source data accumulated and outputted from the human body sensing unit; a breath periodicity determining unit acquiring breath signals from the original signal, acquiring breath intervals, and then determining and outputting periodicity of the breath intervals; a heartbeat measuring module acquiring a heartbeat signal by reducing the breath signal, acquired by the breath periodicity determining unit, from the original signal, and calculating a heart rate; an environment managing module measuring and outputting sleep environmental factors including intensity of illumination; and a sleep quality managing module calculating sleep efficiency by being inputted with the radar reflection area outputted from the human body sensing unit, the periodicity of breath interval outputted from the breath periodicity determining unit, the heart rate outputted from the heart beat measuring module, and the intensity of illumination from the environment managing module.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active sleep quality enhancement system,

본 발명은 수면 질 향상 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 어떤 상태와 조건에서 수면을 잘 취하고 있는지 정량적으로 지속 측정하고 평가하며 관련 데이터 기반으로 환경 조건을 능동적으로 조절함으로써 최적의 수면 상태를 제공할 수 있도록 한 경험 데이터 기반 능동형 수면 질 향상 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for improving sleep quality, and more particularly, to a system and method for improving sleep quality, which can quantitatively and continuously measure sleepiness in certain conditions and conditions, and actively adjusting environmental conditions based on related data, And more particularly, to an active data-based sleep quality enhancement system and method.

수면은 인간의 삶에서 약 1/3을 차지하며, 에너지 저장 및 회복뿐만 아니라 호르몬 분비, 기억 응고화 등 중요한 역할을 수행한다. Sleep accounts for about one-third of human life, and plays an important role in energy storage and recovery as well as hormone secretion and memory coagulation.

수면이 부족하거나 숙면을 취하지 못하면 정신활동이 흐려지고 몸도 둔감해진다. 현대사회에서는 스트레스 증가, 노화, 약물, 수면주기변화 등으로 인한 수면장애를 호소하는 사람이 증가하고 있다. If you do not have enough sleep or a good night's sleep, your mental activity becomes blurred and your body becomes insensitive. In modern society, people are increasingly complaining of sleep disturbances due to increased stress, aging, drugs, and changes in the sleep cycle.

수면장애는 불면증, 과다수면, 기면증, 및 수면무호흡증 등 수면이상과 악몽, 야경증, 및 몽유병 등 사건 수면으로 나눌 수 있다.Sleep disorders can be divided into sleep disorders such as insomnia, excessive sleep, narcolepsy, and sleep apnea, and night sleep, night sleep, and sleepwalking.

수면다원검사(polysomnography, PSG)는 수면 중에 발생하는 질환의 원인을 알아내기 위한 검사이다. 주로 뇌파와 심전도, 안전도(눈의 깨어남), 근전도, 비디오 촬영을 통해 얻어진 다양한 측정신호들을 종합하여 수면상태, 수면중 무호흡, 부정맥, 급속 안구운동 등을 판단하게 된다. Polysomnography (PSG) is a test to determine the cause of a disease that occurs during sleep. A variety of measurement signals obtained through electroencephalogram, electrocardiogram, safety (eye awake), EMG, and video recording are combined to determine sleep state, sleep apnea, arrhythmia, and rapid eye movements.

수면자의 수면단계 분석을 위해 일반적으로 사용되고 있는 기술로는 뇌파(Electroencephalogram)의 주파수 분석을 통한 방법, 혈중 산소 포화도를 측정하여 수면의 상태를 판단하는 산소포화도(Oxygen Saturation)를 활용하는 방법, 가속도계를 적용한 액티그래프(Actigraph)를 이용하는 활동량 측정 방법, 심장 박동수의 변화(Heart Rate Variability)를 이용하는 방법 등이 있다.Methods commonly used to analyze sleep stages of sleepers include frequency analysis of electroencephalograms, methods of utilizing oxygen saturation to determine the state of sleep by measuring blood oxygen saturation, A method of measuring an activity using an applied Actigraph, and a method of using a heart rate variability.

이처럼 현재 다양한 제품의 형태로 수면을 측정해 주는 기기들이 있지만 개별 사용자 맞춤형 수면의 질을 향상시켜 줄 수 있는 기기는 없다.As such, there are currently devices that measure sleep in the form of various products, but there is no device that can improve the quality of individual user-customized sleep.

공개번호 10-2016-0059734호Publication No. 10-2016-0059734 공개번호 10-2016-0127912호Publication No. 10-2016-0127912 공개번호 10-2013-0087944호Publication No. 10-2013-0087944

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 어떤 상태와 조건에서 수면을 잘 취하고 있는지 정량적으로 지속 측정하고 평가하며 관련 데이터 기반으로 환경 조건을 능동적으로 조절함으로써 최적의 수면 상태를 제공할 수 있도록 한 경험 데이터 기반 능동형 수면 질 향상 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a system and method for continuously measuring and evaluating whether a sleep state is well taken under certain conditions and conditions, and actively adjusting environmental conditions based on related data to provide an optimal sleep state And a data-based active sleep quality enhancement system and method.

본 발명의 일 측면은 일정 주기로 초광대역 펄스 신호를 생성하여 전송하고, 인체에서 반사된 초광대역 펄스 신호를 수신하여 원시 데이터를 생성하여 출력하는 초광대역 레이더 모듈; 상기 원시 데이터에서 인체 위치를 파악하며, 파악된 인체 위치의 원시 데이터를 시간에 따라 누적하여 출력하고, 인체의 레이더 반사 면적을 측정하여 출력하는 인체 감지부; 상기 인체 감지부에서 누적하여 출력되는 원시 데이터에서 인체 가슴 위치의 신호를 원신호로 취득하여 출력하는 원신호 취득부; 상기 원신호에서 호흡 신호를 취득하여 호흡 간격을 취득한 후에 호흡 간격의 주기성을 판단하여 출력하는 호흡 주기성 판단부; 상기 원신호에서 상기 호흡 주기성 판단부에서 취득한 호흡 신호를 감산하여 심박 신호를 취득하고, 심박수를 산출하는 심박 측정 모듈; 조도를 포함하는 수면 환경 요인을 측정하여 출력하는 환경 관리 모듈; 및 상기 인체 감지부에서 출력되는 레이더 반사 면적과, 호흡 주기성 판단 모듈에서 출력되는 호흡 간격의 주기성과, 심박 측정 모듈에서 출력되는 심박수 및 환경 관리 모듈에서 조도를 입력받아 수면 효율을 산출하는 수면 질 관리 모듈을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an ultrawideband radar module for generating and transmitting ultrawideband pulse signals at regular intervals, receiving ultra-wideband pulse signals reflected from a human body to generate raw data, and outputting the generated raw data; A human body detecting unit for detecting a human body position in the raw data, accumulating raw data of the detected human body position in accordance with time, measuring and outputting a radar reflection area of the human body, An original signal acquisition unit for acquiring a signal of a human body chest position as a raw signal from the raw data accumulated in the human body sensing unit and outputting the raw signal; A respiratory periodicity determination unit for acquiring a respiration signal from the original signal to acquire a respiration interval, and then determining and outputting a periodicity of a respiration interval; A heartbeat measurement module for calculating a heart rate by subtracting the respiration signal acquired by the respiratory periodicity determination unit from the original signal to obtain a heartbeat signal; An environment management module for measuring and outputting sleep environmental factors including illumination; And a sleep quality management module for calculating a sleep efficiency based on the radar reflection area output from the human body sensing part, the periodicity of the respiratory interval output from the respiratory periodicity determination module, the heart rate output from the heart rate measurement module, Module.

또한, 본 발명의 일 측면은 상기 원시 데이터를 전처리하여 상기 인체 감지부로 출력하는 전처리부를 더 포함한다.In addition, one aspect of the present invention further includes a preprocessor for preprocessing the raw data and outputting the preprocessed data to the human body sensor.

또한, 본 발명의 일 측면의 상기 인체 감지부는 원시 데이터에서 거리와 신호 크기를 이용하여 인체를 감지하고 감지된 인체 위치를 파악하며, 해당 인체 근처의 원시 데이터를 시간 진행에 따라 누적하여 출력하며, 인체의 레이더 반사 면적을 측정하여 출력하는 것을 특징으로 한다.The human body sensing unit senses a human body using distance and signal size from raw data, grasps the sensed human body position, accumulates and outputs raw data in the vicinity of the human body, And the radar reflection area of the human body is measured and output.

또한, 본 발명의 일 측면의 상기 호흡 주기성 판단 모듈은 상기 원신호에서 호흡 신호를 취득하고, 취득된 호흡 신호를 고속 퓨리에 변환을 수행하여 호흡 신호의 호흡 주파수를 획득하여 분당 호흡수를 측정하며, 호흡 간격을 측정하여 출력하는 호흡 신호 산출부; 및 이동 평균 윈도우를 이용하여 상기 호흡 신호 산출부에서 산출한 호흡 간격의의 평균 R을 구한 후에, 표준 편차(SD)를 구하여 호흡 신호의 주기성을 판단한다.According to another aspect of the present invention, the respiratory periodicity determination module acquires a respiration signal from the original signal, performs a fast Fourier transform on the acquired respiration signal to obtain a respiration frequency of the respiration signal, measures a respiration rate per minute, A respiration signal calculation unit for measuring and outputting a breath interval; And a moving average window to obtain an average R of respiration intervals calculated by the respiration signal calculating unit, and then determines a periodicity of a respiration signal by obtaining a standard deviation SD.

또한, 본 발명의 일 측면의 상기 심박 측정 모듈은 상기 원신호에서 상기 호흡 신호를 감산하여 심박 신호를 취득하고, 주파수 도메인 기반 심박 간격과 시간 도메인 기반 심박 간격을 산출하여 최종 심박 간격을 산출하는 심박 신호 산출부; 및 상기 심박 신호 산출부에서 산출한 최종 심박 간격을 이용하여 심박수를 산출하여 출력하는 심박수 산출부를 포함한다.In addition, the heartbeat measurement module according to an aspect of the present invention may further include a heart rate measuring module for calculating a heart rate interval based on a frequency domain based heart rate interval and a time domain based heart rate interval by subtracting the respiration signal from the original signal, A signal calculation unit; And a heart rate calculation unit for calculating and outputting a heart rate using the final heart rate interval calculated by the heart rate signal calculation unit.

또한, 본 발명의 일 측면의 상기 심박 신호 산출부는 상기 원신호에서 호흡 신호를 감산하여 심박 신호를 취득하는 심박 신호 취득기; 상기 심박 신호를 고속 퓨리에 변환하여 심박 주파수를 획득하고 이를 이용하여 주파수 도메인 기반 심박 간격을 산출하는 주파수 분석기; 상기 원신호에서 심박 신호 구간을 선택하여 심박간 시간 간격을 구하여 시간 도메인 기반 심박 간격을 산출하는 시계열 분석기; 상기 주파수 도메인 기반 심박 간격과 상기 시간 도메인 기반 심박 간격을 이용하여 최종 심박 간격을 산출하여 출력하는 융합기; 및 상기 최종 심박 간격을 이용하여 소실된 심박 신호를 복원하여 출력하는 소실 신호 복원기를 포함한다.The heartbeat signal calculating unit may further include a heartbeat signal acquiring unit that acquires a heartbeat signal by subtracting a respiration signal from the original signal; A frequency analyzer for performing fast Fourier transform on the heartbeat signal to obtain a heartbeat frequency and calculating a frequency domain based heartbeat interval using the heartbeat frequency; A time-series analyzer for calculating a time-domain-based heartbeat interval by selecting a heartbeat signal interval in the original signal and calculating a time interval between heartbeats; A fusion unit for calculating and outputting a final heartbeat interval using the frequency domain based heartbeat interval and the time domain based heartbeat interval; And a lost signal restorer for recovering and outputting the lost heartbeat signal using the final heartbeat interval.

또한, 본 발명의 일 측면의 상기 수면 질 관리 모듈은 상기 환경 관리 모듈에서 측정한 조도를 기반으로 하여 총기록 시간(TRT)의 시작점을 산출하고, 상기 심박 측정 모듈에서 출력되는 심박수를 입력받아 총 수면 시간(TST)의 시작 시점을 산출하며, 상기 심박 측정 모듈의 심박수를 입력받아 상기 인체 감지부에서 입력된 레이더 반사 면적값의 변화를 확인하여 총 기록 시간의 종료 시점과 총 수면 시간의 종료 시점을 판단하는 수면 상태 산출부; 및 상기 수면 상태 산출부에서 산출한 총기록 시간과 총 수면 시간을 이용하여 수면 효율을 산출하는 수면 질 산출부를 포함한다.The sleep quality management module of the present invention calculates the starting point of the total recording time (TRT) based on the illuminance measured by the environment management module, receives the heart rate output from the heart rate measurement module, The heart rate measuring module calculates the start time of the sleep time (TST), receives the heart rate of the heart rate measuring module, checks the change of the radar return area value inputted from the human body sensing unit, A sleep state calculation unit for determining a sleep state; And a sleep quality calculation unit for calculating the sleep efficiency using the total recording time and the total sleep time calculated by the sleep state calculation unit.

또한, 본 발명의 일 측면의 상기 수면 상태 산출부는 총 기록 시간의 시작 시점에서 총 수면 시간의 시작 시점을 감산하여 수면 잠재 시간(SL)을 산출하고, 상기 인체 감지부에서 출력되는 레이더 반사 면적의 변화가 일정 문턱 면적값 이상이 되고, 심박수가 일정 시간 동안 상승하며, 상기 호흡 주기성 판단 모듈에서 입력되는 호흡 신호의 주기가 일정하게 되지 않는 경우에 수면 중 깬 시간으로 판단하며, 상기 수면 질 산출부는 총 기록 시간 TRT와, 잠재 수면 시간 SL 그리고 수면중 깬 시간의 합을 이용하여 수면 효율을 산출한다.The sleep state calculating unit may calculate the sleep latency SL by subtracting the start time of the total sleep time at the start time of the total recording time, Wherein the sleep quality determining unit determines that the sleeping time is a sleeping time when the change is equal to or greater than a predetermined threshold value, the heart rate rises for a predetermined time, and the cycle of the respiration signal input from the respiratory periodicity determining module is not constant, The sleep efficiency is calculated using the total recording time TRT, the latent sleep time SL and the sum of the sleeping times.

또한, 본 발명의 일 측면의 상기 수면 질 관리 모듈은 해당일에 산출된 수면 효율과 이전에 산출하여 저장하고 있는 수면 효율을 비교하는 수면 질 비교부; 상기 수면 질 비교부의 비교 결과 해당일에 산출된 수면 효율이 큰 경우에 이전에 설정되어 있는 수면 환경과 해당일의 수면 환경을 비교하는 수면 환경 비교부; 및 상기 수면 환경 비교부의 비교 결과 차이가 발생한 경우에 차이가 반영된 추천 수면 환경을 사용자에게 제시하여 사용자의 선택에 따른 수면 환경을 유지하도록 상기 환경 관리 모듈을 통하여 IoT 플랫폼을 제어하는 수면 환경 제시부를 포함한다.Further, the sleep quality management module according to an aspect of the present invention includes a sleep quality comparing unit for comparing sleep efficiency calculated on a corresponding day with sleep efficiency calculated and stored in advance; A sleeping environment comparing unit for comparing the sleeping environment previously set with the sleeping environment of the day when the sleeping efficiency calculated at the corresponding day is large as a result of the sleeping quality comparing unit; And a sleep environment presentation unit for controlling the IoT platform through the environment management module so as to maintain a sleep environment according to a user's selection by presenting a recommended sleep environment to the user in which a difference is reflected when a comparison result difference of the sleep environment comparison unit occurs do.

또한, 본 발명의 일 측면의 상기 환경 관리 모듈은 습도, 온도, 조도 및 배경 소음을 측정하여 출력하는 환경 측정 센서부; 및 사용자가 상기 수면 환경 제시부에서 제시된 추천 수면 환경을 선택하면 선택된 추천 수면 환경에 따른 해당 전기기기들이 작동되도록 IoT 플랫폼을 제어하는 환경 상태 설정부를 포함한다.The environmental management module according to an embodiment of the present invention may include an environmental measurement sensor unit for measuring and outputting humidity, temperature, illumination, and background noise; And an environment state setting unit for controlling the IOT platform so that the corresponding electric devices corresponding to the selected recommended sleep environment are operated when the user selects the recommended sleep environment presented in the sleep environment presentation unit.

또한, 본 발명의 일 측면의 상기 환경 관리 모듈은 습도, 온도, 조도 및 배경 소음을 측정하여 출력하며, 상기 수면 질 관리 모듈은 상기 환경 관리 모듈에서 측정된 습도, 온도, 조도 및 배경 소음의 변화량을 산출한 후에, 변화량에 가중치를 부여하여 비율을 조절한 후에, 호흡 간격의 주기성과 각 환경 요인의 상관도를 산출하여 수면에 영향을 미치는 주요 요인을 판별한다.Also, the environmental management module according to an embodiment of the present invention measures and outputs humidity, temperature, illuminance, and background noise, and the sleep quality management module calculates a change amount of humidity, temperature, After calculating the weight, the ratio is adjusted by weighting the amount of change. Then, the main factors influencing the sleep are determined by calculating the periodicity of the breath interval and the correlation between the environmental factors.

한편, 본 발명의 다른 측면은 (A) 초광대역 레이더 모듈이 일정 주기로 초광대역 펄스 신호를 생성하여 전송하고, 인체에서 반사된 초광대역 펄스 신호를 수신하여 원시 데이터를 생성하여 출력하는 단계; (B) 인체 감지부가 상기 원시 데이터에서 인체 위치를 파악하며, 파악된 인체 위치의 원시 데이터를 시간에 따라 누적하여 출력하고, 인체의 레이더 반사 면적을 측정하여 출력하는 단계; (C) 원신호 취득부가 상기 인체 감지부에서 누적하여 출력되는 원시 데이터에서 인체 가슴 위치의 신호를 원신호로 취득하여 출력하는 단계; (D) 호흡 주기성 판단부가 상기 원신호에서 호흡 신호를 취득하여 호흡 간격을 취득한 후에 호흡 간격의 주기성을 판단하여 출력하는 단계; (E) 심박 측정 모듈이 상기 원신호에서 상기 호흡 주기성 판단부에서 취득한 호흡 신호를 감산하여 심박 신호를 취득하고, 심박수를 산출하여 출력하는 단계; (F) 환경 관리 모듈이 조도를 포함하는 수면 환경 요인을 측정하여 출력하는 단계; 및 (G) 수면 질 관리 모듈이 상기 인체 감지부에서 출력되는 레이더 반사 면적과, 상기 호흡 주기성 판단 모듈에서 출력되는 호흡 간격의 주기성과, 상기 심박 측정 모듈에서 출력되는 심박수 및 상기 환경 관리 모듈에서 조도를 입력받아 수면 효율을 산출하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an ultrawideband radar module, the method comprising: (A) generating and transmitting an ultrawideband pulse signal at a constant period, receiving ultrasound pulse signals reflected from the human body to generate and output raw data; (B) the human body detecting unit grasps the human body position in the raw data, accumulates raw data of the detected human body position with time, and measures and outputs a radar reflection area of the human body; (C) acquiring and outputting a signal of a human body chest position as a raw signal from raw data obtained by the original signal acquisition unit accumulated in the human body sensing unit; (D) determining a respiration interval periodicity after obtaining a respiration interval by acquiring a respiration signal from the original signal; (E) calculating a heart rate by subtracting the respiration signal acquired by the respiratory periodicity determination unit from the original signal from the heart rate measurement module to obtain a heart rate signal, and outputting the heart rate signal; (F) measuring and outputting a sleep environment factor including an illumination; And (G) the sleep quality management module is configured to calculate a sleep period of the respiratory periodicity module based on the radar reflection area output from the human body detection module, the periodicity of the respiratory interval output from the respiratory periodicity determination module, the heart rate output from the heart rate measurement module, And calculating the sleep efficiency.

또한, 본 발명의 다른 측면의 상기 (D) 단계는 (D-1) 상기 호흡 주기성 판단 모듈이 상기 원신호에서 호흡 신호를 취득하고, 취득된 호흡 신호를 고속 퓨리에 변환을 수행하여 호흡 신호의 호흡 주파수를 획득하여 분당 호흡수를 측정하며, 호흡 간격을 측정하여 출력하는 단계; 및 (D-2) 상기 호흡 주기성 판단 모듈이 이동 평균 윈도우를 이용하여 호흡 신호의 호흡 간격의의 평균 R을 구한 후에, 표준 편차(SD)를 구하여 호흡 신호의 주기성을 판단하는 단계를 포함한다.The step (D) may further include: (D-1) the respiratory periodicity determination module acquires a respiration signal from the original signal, performs a fast Fourier transform on the acquired respiration signal, Obtaining a frequency, measuring respiration rate per minute, measuring respiration interval and outputting the measured respiration interval; And (D-2) the respiratory periodicity determination module determines an average R of respiratory intervals of the respiration signal using the moving average window, and then determines a standard deviation SD to determine the periodicity of the respiration signal.

또한, 본 발명의 다른 측면의 상기 (E) 단계는 (E-1) 상기 심박 측정 모듈이 상기 원신호에서 상기 호흡 신호를 감산하여 심박 신호를 취득하고, 주파수 도메인 기반 심박 간격과 시간 도메인 기반 심박 간격을 산출하여 최종 심박 간격을 산출하는 단계; 및 (E-2) 상기 심박 측정 모듈이 산출한 최종 심박 간격을 이용하여 심박수를 산출하여 출력하는 단계를 포함한다.In another aspect of the present invention, in the step (E), the heartbeat measurement module subtracts the respiration signal from the original signal to obtain a heartbeat signal, and the frequency domain-based heartbeat interval and the time- Calculating a final heartbeat interval by calculating an interval; And (E-2) calculating and outputting the heart rate using the final heart rate interval calculated by the heart rate measurement module.

또한, 본 발명의 다른 측면의 상기 (E-1) 단계는 상기 심박 측정 모듈이 상기 원시 데이터에서 인체 위치를 파악하며, 파악된 인체 위치의 원시 데이터를 시간에 따라 누적하여 출력하는 단계; 상기 심박 측정 모듈이 누적하여 출력되는 원시 데이터에서 인체 가슴 위치의 신호를 원신호로 취득하여 출력하는 단계; 및 상기 심박 측정 모듈이 상기 원신호에서 상기 호흡 신호를 감산하여 심박 신호를 취득하고, 주파수 도메인 기반 심박 간격과 시간 도메인 기반 심박 간격을 산출하여 최종 심박 간격을 산출하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, in the step (E-1), the heartbeat measurement module grasps the position of the human body in the raw data, accumulates the raw data of the detected human body position in time, and outputs the accumulated data. Acquiring and outputting a signal of a human body chest position as a raw signal from raw data accumulated by the heartbeat measurement module; And the heartbeat measurement module subtracting the respiration signal from the original signal to obtain a heartbeat signal, and calculating a frequency-domain based heartbeat interval and a time domain based heartbeat interval to calculate a final heartbeat interval.

또한, 본 발명의 다른 측면의 상기 (G) 단계는 (G-1) 상기 수면 질 관리 모듈이 상기 환경 관리 모듈에서 측정한 조도를 기반으로 하여 총기록 시간(TRT)의 시작점을 산출하고, 상기 심박 측정 모듈에서 출력되는 심박수를 입력받아 총 수면 시간(TST)의 시작 시점을 산출하며, 상기 심박 측정 모듈의 심박수를 입력받아 상기 인체 감지부에서 입력된 레이더 반사 면적값의 변화를 확인하여 총 기록 시간의 종료 시점과 총 수면 시간의 종료 시점을 산출하여 출력하는 단계; 및 (G-2) 상기 수면 질 관리 모듈이 산출한 총기록 시간과 총 수면 시간을 이용하여 수면 효율을 산출하는 단계를 포함한다.In the step (G) of another aspect of the present invention, (G-1) the sleep quality management module calculates the starting point of the total recording time (TRT) based on the illuminance measured by the environment management module, A heart rate measuring module for calculating a start time point of a total sleep time (TST) by receiving a heart rate signal outputted from the heart rate measuring module, receiving a heart rate of the heart rate measuring module, Calculating and outputting an end time of the time and an end time of the total sleep time; And (G-2) calculating the sleep efficiency using the total recording time and total sleep time calculated by the sleep quality management module.

또한, 본 발명의 다른 측면의 상기 (G-1) 단계에서 상기 수면 질 관리 모듈은 총 기록 시간의 시작 시점에서 총 수면 시간의 시작 시점을 감산하여 수면 잠재 시간(SL)을 산출하고, 상기 인체 감지부에서 출력되는 레이더 반사 면적의 변화가 일정 문턱 면적값 이상이 되고, 심박수가 일정 시간 동안 상승하며, 상기 호흡 주기성 판단 모듈에서 입력되는 호흡 신호의 주기가 일정하게 되지 않는 경우에 수면 중 깬 시간으로 판단하며, 상기 (G-2) 단계에서 상기 수면 질 관리 모듈은 총 기록 시간 TRT와, 잠재 수면 시간 SL 그리고 수면중 깬 시간의 합을 이용하여 아래 수학식2에 이를 적용하여 수면 효율을 산출한다.In another aspect of the present invention, in the step (G-1), the sleep quality management module calculates the sleep latency SL by subtracting the start time of the total sleep time at the start time of the total recording time, When the change of the radar reflection area output from the sensing unit is equal to or greater than a certain threshold value, the heart rate rises for a predetermined time, and the cycle of the respiration signal input from the respiratory periodicity determination module is not constant, In step (G-2), the sleep quality management module calculates the sleep efficiency by applying the following equation (2) using the total recording time TRT, the potential sleep time SL, and the sleep time during sleep do.

또한, 본 발명의 다른 측면의 상기 (G) 단계는 (G-3) 상기 수면 질 관리 모듈이 해당일에 산출된 수면 효율과 이전에 산출하여 저장하고 있는 수면 효율을 비교하는 단계; (G-4) 상기 수면 질 관리 모듈이 비교 결과 해당일에 산출된 수면 효율이 큰 경우에 이전에 설정되어 있는 수면 환경과 해당일의 수면 환경을 비교하는 단계; 및 (G-5) 상기 수면 질 관리 모듈이 비교 결과 차이가 발생한 경우에 차이가 반영된 추천 수면 환경을 사용자에게 제시하여 사용자의 선택에 따른 수면 환경을 유지하도록 상기 환경 관리 모듈을 통하여 IoT 플랫폼을 제어하는 단계를 더 포함한다.In another aspect of the present invention, the step (G) includes the steps of: (G-3) comparing the sleep efficiency calculated by the sleep quality management module with the sleep efficiency previously calculated and stored; (G-4) comparing the previously set sleeping environment with the sleeping environment of the day when the sleeping quality management module has a calculated sleeping efficiency at a corresponding day as a result of comparison; And (G-5) the sleep quality management module provides the user with a recommended sleep environment in which a difference is reflected when a comparison result difference occurs, so as to maintain the sleep environment according to the user's selection, .

본 발명은 사람마다 개인이 좋아하는 수면 환경이 다르고 그에 따른 온도, 습도, 배경 소음, 조도, 수면 전 카페인 관련 섭취 등에 따라 수면의 질에 많은 차이가 발생할 수 있는바, 어떤 환경에서 사용자가 최적의 수면을 취했는지를 분석하고 그 데이터를 바탕으로 사용자 별로 최적의 수면 환경을 제시할 수 있다.The present invention is based on the fact that the sleeping environment that a person likes varies from person to person, and there is a great difference in the quality of sleeping due to temperature, humidity, background noise, illumination, and caffeine related consumption before sleep, It can be analyzed whether the user has taken a sleep and the optimum sleep environment can be presented for each user based on the data.

또한, 본 발명은 종래의 착용 부착 형태의 수면 측정 방식에서 벗어나 접촉의 불편함과 답답함을 전혀 느낄 수 없는 비착용 방식을 이용하여 측정된 생체 정보(심박, 호흡, 움직임)를 가지고 수면의 상태를 실시간 측정하고 이와 동시에 환경 센서를 이용하여 측정된 환경요인(온도, 습도, 배경소음, 조도)을 바탕으로 개인별 수면의 질을 분석하여 최적의 수면 상태를 제안할 수 있도록 한다.In addition, the present invention provides a method of measuring the state of sleeping with biometric information (heartbeat, breathing, and movement) measured using a non-wearing method that can not feel the inconvenience and frustration of contact, It is possible to propose an optimal sleep state by analyzing the quality of individual sleep based on measured environmental factors (temperature, humidity, background noise, illumination) using real time measurement and environmental sensor at the same time.

도 1은 본 발명에 사용되는 용어를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 경험 데이터 기반 능동형 수면 질 향상 시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2 의 초광대역 레이더 모듈이 생성하는 초광대역 펄스 신호의 일예시도이다.
도 4는 도 2의 초광대역 레이더 모듈에서 출력하는 원시 데이터의 일예시도이다.
도 5는 도 4에서 신호 전처리를 통하여 노이즈가 제거된 신호를 나타내는 예시도이다.
도 6은 도 2의 인체 감지부가 인체 근처의 원시 데이터를 시간 진행에 따라 누적하여 저장하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6의 저장되는 신호의 부분 확대도이다.
도 8은 도 2의 인체 감지부가 기준 레이더 반사 면적값을 설정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 도 2의 호흡 신호 산출부가 산출한 호흡 신호의 일예시도이다.
도 10은 도 2의 심박 신호 산출부의 상세 구성도이다.
도 11는 도 10의 심박 신호 취득기가 취득한 심박 신호의 일예시도이다.
도 12는 도 10의 주파수 분석기에 의해 고속 퓨리에 변환된 신호를 나타내는 일예시도이다.
도 13은 도 10의 시계열 분석기가 시계열 분석을 위해 선택 구간을 보여주는 도면이다.
도 14는 도 10의 소실 신호 복원기가 소실 신호를 복원한 일예시도이다.
도 15는 도 2의 수면 상태 산출부가 총 기록 시간의 종료 시점을 구하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 16은 도 2의 수면 상태 산출부가 총 수면 시간의 시작 시점을 구하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 17은 호흡 간격의 주기성, 습도의 변화, 온도의 변화, 조도 변화, 배경 소음의 변화에 따른 상관 관계를 보여주는 도면이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 경험 데이터 기반 능동형 수면 질 향상 방법의 흐름도이다.1 is a conceptual diagram for explaining terms used in the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of an experience data based active sleep quality improvement system according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view of an ultra-wideband pulse signal generated by the ultra-wideband radar module of FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of raw data output from the UWB radar module of FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which noise is removed through signal preprocessing in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a state in which the human body detection unit of FIG. 2 accumulates raw data near a human body in accordance with time progression.
7 is a partial magnified view of the stored signal of Fig.
FIG. 8 is an exemplary diagram for explaining a process of setting the reference radar reflection area value of the human body detecting unit of FIG. 2;
9 is a diagram showing an example of a respiration signal calculated by the respiration signal calculation unit of FIG.
Fig. 10 is a detailed configuration diagram of the heartbeat signal calculation unit of Fig. 2;
Fig. 11 is an example of a heartbeat signal obtained by the heartbeat signal acquiring unit of Fig. 10; Fig.
12 is an exemplary view showing a fast Fourier transformed signal by the frequency analyzer of FIG.
FIG. 13 is a diagram illustrating a selection period for time-series analysis by the time-series analyzer of FIG.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example in which a lost signal restorer of FIG. 10 restores a lost signal.
15 is a conceptual diagram for explaining a process of obtaining the ending time of the total recording time of the sleeping state calculating unit of FIG.
FIG. 16 is a conceptual diagram for explaining the process of obtaining the start time of the total sleep time in the sleep state calculation unit of FIG. 2;
FIG. 17 is a graph showing the correlation between the respiratory interval periodicity, the humidity change, the temperature change, the illumination change, and the background noise.
18 is a flowchart of a method for improving an active sleep quality based on experience data according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings.

먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.First, the terminology used in the present application is used only to describe a specific embodiment, and is not intended to limit the present invention, and the singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. Also, in this application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify that there are stated features, integers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

먼저, 본 발명에서 사용되는 용어는 도 1을 참조하여 설명하면 아래 표 1과 같다.First, terms used in the present invention will be described with reference to FIG.

용어Terms 약자Abbreviation 설명Explanation 총기록시간(Total recoding time)Total recoding time TRTTRT 불을끈시점~불을켠시점, 기록의 시작과 끝When the fire was turned on ~ When the fire was turned on, the beginning and end of the recording 총수면시간(Total sleep time)Total sleep time TSTTST 총 기록 시간 중 잠을 잔 시간The total sleep time 잠재수면시간(sleep latency)Sleep latency SLSL 불을 끈 시점부터 잠이 들기까지의 시간The time from when the fire is turned off until it goes to sleep 렘 진입시간(Stage R latency)Stage R latency 잠이 든 시점에서 렘 수면까지 걸린 시간Time from sleep to RAM sleep 기상 시각(Wake after sleep onset)Wake after sleep onset WASOWASO 잠이든 시점 이후 깬 시간Time to break after sleep 수면효율(sleep efficiency)Sleep efficiency 수면효율 TST/TRTSleep efficiency TST / TRT

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 경험 데이터 기반 능동형 수면 질 향상 시스템의 구성도이다.FIG. 2 is a block diagram of an experience data based active sleep quality improvement system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 경험 데이터 기반 능동형 수면 질 향상 시스템은 초광대역 레이더 모듈(100), 전처리부(110), 인체 감지부(120), 원신호 취득부(130), 호흡 주기성 판단 모듈(200), 심박 측정 모듈(300), 환경 관리 모듈(400), 수면 질 관리 모듈(500), 제어부(600), 통신부(700), 표시부(800), 입력부(900), 휴대용 단말기(1000) 및 IoT 플랫폼(1100)을 포함한다.2, an experience data based active sleep quality enhancement system according to an embodiment of the present invention includes an ultrawide broadband radar module 100, a preprocessor 110, a human body sensing unit 120, A respiratory periodicity determination module 200, a heart rate measurement module 300, an environment management module 400, a sleep quality management module 500, a control unit 600, a communication unit 700, a display unit 800, 900, a portable terminal 1000, and an IOT platform 1100.

상기 호흡 주기성 판단 모듈(200)은 호흡 신호 산출부(210)와 호흡 주기성 판단부(220)를 포함한다.The respiratory periodicity determination module 200 includes a respiration signal calculation unit 210 and a respiratory periodicity determination unit 220.

또한, 상기 심박 측정 모듈(300)은 심박 신호 산출부(310)와 심박수 산출부(320)를 구비하고 있다.In addition, the heart rate measuring module 300 includes a heart rate signal calculating unit 310 and a heart rate calculating unit 320.

또한, 상기 환경 관리 모듈(400)은 환경 측정 센서부(410), 환경 정보 수집부(420) 및 환경 상태 설정부(430)를 구비하고 있다. The environment management module 400 includes an environment measurement sensor unit 410, an environment information collection unit 420, and an environment setting unit 430.

또한, 상기 수면 질 관리 모듈(500)은 수면 상태 산출부(510), 수면 질 산출부(520), 수면 질 비교부(530), 수면 환경 비교부(540) 및 수면 환경 제시부(550)를 포함한다.The sleep quality management module 500 includes a sleep state calculation unit 510, a sleep quality calculation unit 520, a sleep quality comparison unit 530, a sleeping environment comparison unit 540, and a sleeping environment presentation unit 550 .

이와 같은 경험 데이터 기반 능동형 수면의 질 향상 시스템에 있어서 상기 초광대역 레이더 모듈(100)은 펄스 생성기, 송신 안테나, 수신 안테나, 시간 지연기, 샘플러, 전증폭기 및 마이크로컨트롤러를 포함하고 있다.In the experiential data-based active sleep quality improvement system, the UWB radar module 100 includes a pulse generator, a transmission antenna, a reception antenna, a time delay, a sampler, a preamplifier, and a microcontroller.

이와 같은 초광대역 레이더 모듈(100)은 마이크로컨트롤러에서 신호를 받아 펄스 생성기에서 초광대역 펄스 신호를 생성해 송신 안테나를 통해 전송한다.The UWB radar module 100 receives a signal from the microcontroller, generates a UWB pulse signal from the pulse generator, and transmits the UWB pulse signal through a transmission antenna.

본 발명에서 초광대역 레이더 모듈(100)이 생성하는 초광대역 펄스 신호의 일예가 도 3에 도시되어 있으며, 90 내지 150Hz로 초광대역 펄스 신호를 생성하여 전송한다.An example of the UWB pulse signal generated by the UWB radar module 100 is shown in FIG. 3, and the UWB pulse signal is generated at 90 to 150 Hz.

그리고, 초광대역 레이더 모듈(100)은 수신 안테나를 통하여 인체에서 반사된 신호를 수신하고, 전증폭기에서 수신된 신호를 증폭하고, 지연기에서 지연된 시간후에 수신된 신호에 대하여 샘플러에서 샘플링을 수행하여 원시 데이터를 생성하여 출력한다.The UWB radar module 100 receives the signal reflected from the human body through the receiving antenna, amplifies the signal received from the preamplifier, and samples the received signal after the delay time in the delay unit by the sampler And generates and outputs raw data.

이때, 초광대역 레이더 모듈(100)에서 출력되는 원시 데이터가 도 4에 도시되어 있는데, X축은 시간을 나타내고(단위는 ps), Y축은 신호의 크기(단위는 전압의 단위인 V)를 나타낸다. In this case, the raw data output from the UWB radar module 100 is shown in FIG. 4, where the X axis represents time (unit: ps) and the Y axis represents the size of the signal (unit is V, the unit of voltage).

여기에서, 초광대역 레이더 모듈(100)이 초광대역 펄스 신호가 50cm를 진행한 후에 수신신호를 샘플링 처리하도록 시간 지연을 설정하고 있기 때문에 시간상 시작점(도 3에서 0)은 거리상 50cm로 볼 수 있으며, 샘플 횟수가 거리로 1m 당 256회 수행되도록 하고 있어 512 샘플 횟수는 2m의 거리를 나타내는 것으로 볼 수 있다.Here, since the time delay is set so that the UWB radar module 100 processes the received signal after the UWB pulse signal travels 50 cm, the time starting point (0 in FIG. 3) can be seen as 50 cm in the distance, The number of samples is 256 times per 1m, so the number of 512 samples is 2m.

다음으로, 전처리부(110)는 초광대역 레이더 모듈(100)에서 출력되는 원시 데이터를 전처리하여 노이즈를 제거한다.Next, the preprocessing unit 110 preprocesses the raw data output from the UWB radar module 100 to remove noise.

상기 초광대역 레이더 모듈(100)에서 출력되는 신호에는 전원 노이즈, 열 노이즈 등을 많이 포함하고 있어 전처리부(110)는 5~10GHz 대역을 갖는 대역통과필터를 사용하여 노이즈를 제거하며, 이때 생성된 신호가 도 5에 도시되어 있다.Since the signal output from the UWB radar module 100 includes power source noise and thermal noise, the preprocessor 110 removes noise using a band pass filter having a band of 5 to 10 GHz, The signal is shown in Fig.

그리고, 인체 감지부(120)는 전처리가 수행된 원시 데이터에 대하여 노이즈가 제거된 상태에서 거리와 신호 크기에 근거하여 인체를 감지하고 감지된 인체의 위치를 파악한다.The human body sensing unit 120 senses the human body based on the distance and the signal size in a state where the noise is removed from the raw data subjected to the preprocessing, and grasps the position of the human body.

즉, 위에서 설명한 바와 같이 256 샘플 횟수가 1m 정도를 나타내고 512 샘플 횟수가 2m 정도를 나타내는 바, 인체 감지부(120)는 200 샘플 횟수와 400 샘플 횟수 사이에 일정 크기 이상의 신호가 검출되면 해당 거리에 인체가 존재하는 것으로 판단하며 가장 큰 신호가 검출되는 위치에 인체가 위치하는 것으로 판단한다.That is, as described above, when the number of 256 samples is 1m and the number of 512 samples is 2m, the human body detector 120 detects a signal having a predetermined size or more between 200 samples and 400 samples, It is judged that the human body exists and it is judged that the human body is positioned at the position where the largest signal is detected.

이와 같이 인체 감지부(120)는 인체가 감지되고, 그 위치가 파악되면 인체 근처의 원시 데이터를 시간 진행에 따라 누적하여 저장한다. 이때, 저장되는 신호가 도 6에 도시되어 있으며, 도 7은 부분 확대도이다.When the human body is sensed and the position of the human body is recognized, the human body sensing unit 120 accumulates and stores the raw data in the vicinity of the human body as time progresses. At this time, a signal to be stored is shown in Fig. 6, and Fig. 7 is a partially enlarged view.

한편, 인체 감지부(120)는 도 8에 도시된 바와 같이, 초기에 인체를 레이더의 신호와 배면 또는 후면이 서로 마주 볼 수 있도록 한 상태에서 인체의 레이더 반사 면적(RCS: Radar Cross Section)을 측정하여 기본 레이더 반사 면적값(Based RCS Value)으로 저장한다.8, the human body detecting unit 120 detects a radar cross section (RCS) of the human body in a state where the human body is initially allowed to face the backside or the rear face of the radar signal, And stores it as the base radar reflection area value (Based RCS Value).

이처럼 인체 감지부(120)는 측정 대상인 인체의 측정하고자 하는 환경에 초광대역 레이더 모듈(100)이 설치된 상태에서 도 8에서와 같이 레이더의 신호와 배면 또는 후면이 서로 마주 볼 수 있도록 측정하며 일정 시간 동안 측정이 완료되면 사용자에게 이를 알람 등으로 전달하여 기본 레이더 반사 면적값을 설정한다.In the state where the UWB radar module 100 is installed in the environment of the human body to be measured, the human body detection unit 120 measures the radar signal and the back or rear face of the radar device so that they can face each other, The user is informed by alarm or the like to set the basic radar reflection area value.

상기 인체 감지부(120)는 인체의 움직임에 따라 레이더 반사 면적을 지속적으로 측정하여 레이더 반사 면적값을 출력한다.The human body sensing unit 120 continuously measures the radar reflection area according to the movement of the human body and outputs the radar reflection area value.

다음으로, 원신호 취득부(130)는 인체 근처의 누적된 원시 데이터에서 거리를 기준으로(샘플 횟수를 기준으로라는 표현과 동일하다) 가장 큰 크기의 신호를 원신호로 취득한다. 이처럼 원신호 취득부(130)에서 취득한 원신호는 호흡 신호, 심박 신호 그리고 노이즈가 합쳐진 신호이다.Next, the original signal acquiring unit 130 acquires, as the original signal, the signal of the largest size on the basis of the distance from the accumulated raw data near the human body (which is the same as the expression "based on the number of samples"). The original signal acquired by the original signal acquisition unit 130 is a signal in which a respiration signal, a heartbeat signal, and noise are combined.

다음으로, 호흡 주기성 판단 모듈(200)은 대역 통과 필터 또는 이동 평균 윈도우(MAW : Moving Averaging Window)를 이용하여 호흡 신호를 취득하며, 취득된 호흡 신호에서 호흡 신호의 호흡 주파수를 획득하여 분당 호흡수를 측정하고, 그에 따른 호흡 간격을 측정하며, 측정된 호흡 간격을 이용하여 호흡 신호의 주기성을 판단하여 출력한다.Next, the respiratory periodicity determination module 200 acquires a respiration signal using a band-pass filter or a moving average window (MAW), acquires a respiration frequency of the respiration signal from the acquired respiration signal, Measures the respiratory interval, measures the periodicity of the respiratory signal using the measured respiratory interval, and outputs the result.

이러한 호흡 주기성 판단 모듈(200)의 호흡 신호 산출부(210)는 0.4 내지 0.8Hz의 대역을 갖는 대역 통과 필터를 이용하여 도 9에 도시된 호흡 신호를 취득하며, 취득된 호흡 신호를 고속 퓨리에 변환을 수행하여 호흡 신호의 호흡 주파수를 획득하여 분당 호흡수를 측정하고, 그에 따른 호흡 간격을 측정한다. The respiration signal calculation unit 210 of the respiratory periodicity determination module 200 acquires the respiration signal shown in FIG. 9 using a band-pass filter having a band of 0.4 to 0.8 Hz, and performs a fast Fourier transform To acquire the respiratory frequency of the respiration signal, measure the respiratory rate per minute, and measure the respiratory interval accordingly.

그리고, 호흡 주기성 판단 모듈(200)의 호흡 주기성 판단부(220)는 도 10에 도시된 이동 평균 윈도우(MAW : Moving Averaging Window)를 이용하여 호흡 간격의 평균 R을 구한 후에, 아래 수학식 1에 의한 표준 편차(SD)를 구하여 출력한다.The respiratory periodicity determination unit 220 of the respiratory periodicity determination module 200 determines an average R of respiration intervals using a moving average window (MAW) shown in FIG. 10, And outputs the standard deviation SD.

여기에서 이동 평균 윈도우의 크기 N은 실험에 의해 결정될 수 있으며, 도 10과 아래 수학식 1에서는 5이다.Here, the size N of the moving average window can be determined experimentally, and is 5 in Fig. 10 and the following equation (1).

(수학식 1)(1)

다음으로, 심박 측정 모듈(300)은 원신호를 이용하여 주파수 도메인 심박 신호와 시간 도메인 심박 신호를 구하여 이중 하나를 최종 심박 신호로 하여 심박수를 산출하여 출력한다.Next, the heart rate measuring module 300 calculates the heart rate using the original heart rate signal and the time domain heart rate signal using the original signal, and outputs the heart rate as a final heart rate signal.

이러한 심박 측정 모듈(300)은 호흡 주기성 판단 모듈(200)의 호흡 신호 산출부(210)에서 호흡 신호를 입력받아 호흡수를 구하고, 심박 신호를 산출하여 주파수 도메인 심박 간격과 시간 도메인 심박 간격을 구하여 이중에서 하나를 최종 심박 간격으로 하여 심박수를 산출하여 출력한다.The heart rate measuring module 300 receives the respiration signal from the respiration signal calculating unit 210 of the respiratory periodicity determining module 200 and calculates a heart rate signal to obtain a frequency domain heart rate interval and a time domain heart rate interval One of them is calculated as the final heartbeat interval, and the heart rate is calculated and output.

또한, 심박 측정 모듈(300)은 주파수 도메인 기반 심박 간격과 시간 도메인 기반 심박 간격으로부터 어느 하나를 선택하여 최종 심박 간격으로 한 후에 탄력 매칭(Elastic Matching) 기법을 적용하여 소실된 심박 신호를 복원하여 출력한다.In addition, the heartbeat measurement module 300 selects either the frequency domain-based heartbeat interval or the time-domain-based heartbeat interval to obtain a final heartbeat interval, and then applies an elastic matching method to restore the lost heartbeat signal to output do.

이와 같은 심박 측정 모듈(300)에 있어서 심박 신호 산출부(310)는 원신호 취득부(130)에서 출력되는 원신호에서 호흡 신호 산출부(210)가 산출한 호흡 신호를 제거하여 심박 신호를 형성한 후에 이를 고속 퓨리에 변환하여 심박 주파수를 구한 후에 이를 근거로 주파수 도메인 기반 심박 간격을 구하며, 심박 신호에서 심박 신호 구간에서 최대값 간격을 이용하여 시간 도메인 기반 심박 간격을 구한 후에 최종 심박 신호를 구하여 출력한다.In the heart rate measuring module 300, the heart rate signal calculating unit 310 removes the breath signal calculated by the breath signal calculating unit 210 from the original signal output from the original signal acquiring unit 130 to form a heart rate signal Based heart rate interval based on the frequency domain-based heart rate interval, calculates a time-domain-based heart rate interval using a maximum interval in a heart rate signal interval in a heart rate signal, do.

이와 관련하여 도 11은 도 2의 심박 신호 산출부의 구성도이다.In this regard, Fig. 11 is a configuration diagram of the heartbeat signal calculating unit of Fig.

도 11을 참조하면, 도 2의 심박 신호 산출부는 심박 신호 취득기(311), 대역 통과 필터(312), 주파수 분석기(313), 시계열 분석기(314), 융합기(315) 및 소실 신호 복원기(316)를 포함한다.Referring to FIG. 11, the heart rate signal calculator of FIG. 2 includes a heart rate signal acquirer 311, a band pass filter 312, a frequency analyzer 313, a time series analyzer 314, a fusion unit 315, (316).

상기 심박 신호 취득기(311)는 원신호에서 호흡 신호 산출부(210)가 산출한 호흡 신호를 제거하여 심박 신호를 생성한다.The heartbeat signal acquiring unit 311 removes the respiration signal calculated by the respiration signal calculating unit 210 from the original signal to generate a heartbeat signal.

이와 같이 심박 신호 취득기(311)에서 산출한 심박 신호가 도 11에 도시되어 있는데 큰 신호인 호흡 신호가 사라지고 심박 신호만 남아있다.11, the heartbeat signal calculated by the heartbeat signal acquiring unit 311 is shown in FIG. 11, but the respiration signal, which is a large signal, disappears and only the heartbeat signal remains.

상기 대역 통과 필터(312)는 0.3 내지 0.8Hz의 대역폭을 가지고 있으며 이를 통하여 심박 신호에서 노이즈를 제거할 수 있다.The band-pass filter 312 has a bandwidth of 0.3 to 0.8 Hz and can remove noise from the heartbeat signal.

다음으로, 주파수 분석기(313)는 상기 심박 신호를 고속 퓨리에 변환하여 심박 주파수를 구하여 주파수 도메인 기반 심박 수를 알아내고 이를 근거로 심박 간격을 알아낸다. 이때, 주파수 분석기(313)에 의해 고속 퓨리에 변환된 신호가 도 12에 도시되어 있는데 가장 큰 신호가 심박 주파수이다.Next, the frequency analyzer 313 performs fast Fourier transform on the heartbeat signal to obtain a heartbeat frequency to find a frequency-domain-based heartbeat frequency, and finds a heartbeat interval based on the frequency-domain-based heartbeat frequency. At this time, the fast Fourier transformed signal by the frequency analyzer 313 is shown in FIG. 12, and the largest signal is the heart rate frequency.

그리고, 시계열 분석기(314)은 원신호에서 호흡이 없는 구간을 선택하여 선택된 구간에서 심박 신호간의 시간 간격을 구한다. 이때, 원신호에서 선택된 구간을 보여주는 도면이 도 13에 도시되어 있는데 분홍색 구간이 선택된 구간이다.Then, the time-series analyzer 314 selects an interval in which there is no breath in the original signal, and obtains a time interval between heartbeat signals in the selected interval. In this case, a diagram showing a selected section in the original signal is shown in FIG. 13, where a pink section is a selected section.

이때, 시계열 분석기(314)는 선택된 구간에서 심박 신호간의 시간 간격이 여러개 나타날 수 있는데, 도 13를 참조하면, T11, T12등이 있을 수 있다. 물론, 다음 구간에서도 동일하게 나타나는데 이는 T21, T22등으로 구별할 수 있다.At this time, the time-series analyzer 314 may have several time intervals between heartbeat signals in the selected section. Referring to FIG. 13, there may be T11, T12, and so on. Of course, the same is true for the next section, which can be distinguished by T21 and T22.

이런 방식으로 시계열 분석기(314)는 여러 구간에 걸쳐 여러개의 심박 신호간의 시간 간격을 구할 수 있으며, 일정 개수의 구간에 걸쳐 일정 비율 이상으로 합치율이 충족되면 그 심박 신호간의 시간 간격을 시간 도메인 심박 간격으로 채택한다.In this manner, the time-series analyzer 314 can obtain time intervals between a plurality of heartbeat signals over a plurality of intervals. If a coincidence rate over a predetermined number of intervals is satisfied over a predetermined number of intervals, It is adopted at intervals.

일예로, 시계열 분석기(314)는 첫번째 구간의 첫번째 심박 간격 T11을 선택하여 이후에 측정된 심박 신호간의 시간 간격과 ±20% 내에서(여기에서 20%는 일예이며 조정가능하다) 일치하는지를 판단하여 일치하는 개수가 대비 대상이 되는 심박 신호간의 시간 간격의 총수 대비 일정 개수가 되면(일예로 80%정도이며, 여기에서 80%는 하나의 예로 조정가능하다) 이를 시간 도메인 심박 간격으로 채택한다.For example, the time-series analyzer 314 selects the first heartbeat interval T11 of the first interval and determines whether the time interval between the heartbeat signals measured thereafter is within ± 20% (where 20% is exemplary and adjustable) If the number of matches is a certain number (for example, about 80%, where 80% can be adjusted by one example) as the number of time intervals between the heartbeat signals to be compared, it is adopted as the time domain heartbeat interval.

한편, 융합기(315)는 주파수 도메인 기반 심박 간격과 시간 도메인 기반 심박 신호로부터 어느 하나를 선택하여 최종 심박 간격으로 한 후에 소실 신호 복원기(316)은 탄력 매칭(Elastic Matching) 기법을 적용하여 소실된 심박 신호를 복원하여 출력한다.Meanwhile, the fusion unit 315 selects either one of the frequency domain based heartbeat interval and the time domain based heartbeat signal to a final heartbeat interval, and then the disappearance signal restorer 316 applies an Elastic Matching And outputs the restored heartbeat signal.

이를 좀더 상세히 살펴보면, 융합기(315)는 주파수 도메인 기반 심박 간격과 시간 도메인 기반 심박 간격의 차이를 구하여, 그 차이가 일정 크기 이상이 되면 주파수 도메인 기반 심박 간격과 시간 도메인 기반 심박 간격에서 작은 신호를 최종 심박 간격으로 선택한다. More specifically, the convergence unit 315 obtains the difference between the frequency domain-based heart rate interval and the time domain-based heart rate interval, and if the difference is greater than a predetermined value, the frequency domain-based heart rate interval and the small- Select as the last heartbeat interval.

이때, 일정 크기 이상의 기준은 주파수 도메인 기반 심박 간격과 시간 도메인 기반 심박 간격 중에서 작은 신호를 기준으로 일예로 20%로 정할 수 있다. 여기에서, 20%는 일예이며 조정가능하다.At this time, the criterion of a predetermined size or more may be set to 20% based on a small signal among the frequency domain based heart rate interval and the time domain based heart rate interval. Here, 20% is an example and is adjustable.

이와 달리 융합기(315)는 주파수 도메인 기반 심박 간격과 시간 도메인 기반 심박 신호의 차이를 구하여, 그 차이가 일정 크기 이하가 되면 주파수 도메인 기반 심박 간격과 시간 도메인 기반 심박 간격의 각각에 대하여 실제 심박 간격과의 차이를 연속적으로 누적하여 누적된 차이값이 작은 신호를 최종 심박 간격으로 선택한다.In contrast, the fusion unit 315 calculates the difference between the frequency domain-based heart rate interval and the time domain-based heart rate signal, and if the difference is less than a predetermined magnitude, the frequency domain-based heart rate interval and the time domain- And a signal having a small accumulated difference value is selected as a final heartbeat interval.

이를 도 13을 참조하며, 주파수 도메인 기반 심박 신호가 Tf라고 하면 T11-Tf=Df11, T12-Tf=Df12, T21-Tf=Df21 및 T22-Tf=Df22라고 하고, 시간 도메인 기반 심박 신호가 Ts라고 하면 T11-Ts=Ds11, T12-Ts=Ds12, T21-Ts=Ds21 및 T22-Ts=Ds22라고 할때, Df11+Df12+Df21+Df22와 Ds12+Ds21+Ds22를 비교하여 작은 값을 갖는 심박 간격을 최종 심박 간격으로 선택한다. 여기에서는 일예로 T11~T22를 대상으로 하였지만 이보다 더 대상을 넓힐 수 있다. 즉, 비교 대상 심박 간격의 개수를 더 크게 할 수 있다.Referring to FIG. 13, if the frequency domain-based heartbeat signal is Tf, T11-Tf = Df11, T12-Tf = Df12, T21-Tf = Df21 and T22- Df11 + Df12 + Df21 + Df22 and Ds12 + Ds21 + Ds22 are compared with each other to obtain a heartbeat interval having a smaller value, where T11-Ts = Ds11, T12-Ts = Ds12, T21-Ts = Ds21 and T22- As the last heartbeat interval. Here, for example, T11 to T22 are targeted, but the subject can be expanded. That is, the number of comparison heartbeat intervals can be made larger.

이처럼 최종 심박 간격이 선택되면, 심박 신호가 나타나지 않는 구간에서도 심박 신호를 인위적으로 설정할 수 있다.When the final heartbeat interval is selected as described above, the heartbeat signal can be artificially set even in a section where the heartbeat signal is not displayed.

즉, 도 14에 도시된 바와 같이 호흡 신호가 있는 구간 A와 B 구간에서 심박 신호가 나타나지 않았지만, 소실 신호 복원기(316)은 이에 인위적으로 도시된 바와 같이 최종 심박 신호 Tfinal을 사용하여 심박 신호를 복원할 수 있다.That is, as shown in FIG. 14, the heartbeat signal is not generated in the section A and the section B in which the respiration signal exists, but the disappearing signal restorer 316 uses the final heartbeat signal Tfinal to artificially show the heartbeat signal Can be restored.

이러한 최종 심박 신호 Tfinal을 사용하여 심박 신호를 복원하는데 있어서 실제 심박 신호와 Tfinal을 사용하여 가상적으로 설정하는 심박 신호가 일치하지 않는 경우에는 실제 심박신호를 우선 순위를 두어 고려한다. 즉, 실제 심박 신호에서부터 다시 Tfinal을 적용한다.When restoring the heartbeat signal using the final heartbeat signal Tfinal, if the actual heartbeat signal does not match the heartbeat signal that is virtually set using Tfinal, the actual heartbeat signal is given priority. That is, Tfinal is applied again from the actual heartbeat signal.

한편, 심박수 산출부(320)는 상기 심박 신호 산출부(310)에서 심박 신호를 이용하여 심박수를 구하여 출력한다.The heart rate calculator 320 calculates the heart rate using the heart rate signal at the heart rate signal calculating unit 310 and outputs the heart rate.

다음으로, 환경 관리 모듈(400)은 습도, 온도, 조도, 배경 소음을 측정하여 수면질 관리 모듈(500)로 전송하고, 제어부(600)로부터 습도, 온도, 조도, 배경 소음 설정값을 입력받으면 해당 전기기기를 제어하여 습도, 온도, 조도, 배경 소음을 설정값을 유지하도록 제어한다.Next, the environment management module 400 measures humidity, temperature, illuminance, and background noise and transmits them to the sleep quality management module 500. When the humidity, temperature, illuminance, and background noise setting values are input from the controller 600 Control the electric device to control the humidity, the temperature, the illuminance, and the background noise to maintain the set value.

이러한 환경 관리 모듈(400)에 있어서 환경 측정 센서부(410)는 습도 센서, 온도 센서, 조도 센서, 소음 측정 센서 등을 구비하고 있으며, 습도, 온도, 조도, 배경 소음을 측정하여 출력한다.In the environmental management module 400, the environmental measurement sensor unit 410 includes a humidity sensor, a temperature sensor, a luminance sensor, a noise measurement sensor, and the like, and measures and outputs humidity, temperature, illumination and background noise.

상기 환경 정보 수집부(420)는 상기 환경 측정 센서부(410)에서 측정한 습도, 온도, 조도, 배경 소음을 수집하여 수면 질 관리 모듈(500)로 제공한다.The environment information collecting unit 420 collects humidity, temperature, illuminance and background noise measured by the environmental measurement sensor unit 410 and provides the collected information to the sleep quality management module 500.

한편, 환경 상태 설정부(430)는 제어부(600)에 의해 설정된 추천 습도, 추천 온도, 추천 조도, 추천 배경 소음을 만족하도록 IoT 플랫폼(1100)을 이용하여 해당 전기기기들의 온오프를 제어한다.On the other hand, the environmental condition setting unit 430 controls the on / off of the electric devices using the IoT platform 1100 so as to satisfy the recommended humidity, the recommended temperature, the recommended illuminance, and the recommended background noise set by the controller 600.

일예로 습도 조절을 위해서는 가습기가 사용될 수 있으며, 온도 조절을 위해서는 전열기나 보일러가 사용될 수 있으며, 조도 조절을 위해서는 형광등등의 조명기기가 사용될 수 있으며, 배경 소음의 차단을 위해서는 외부 소음 차단을 위해 커튼이나 블라인드 그리고 내부 소음을 차단하기 위해서는 냉장고나 세탁기등의 온오프를 제어한다.For example, a humidifier may be used for controlling the humidity. An electric heater or a boiler may be used for temperature control. A lighting device such as a fluorescent lamp may be used for adjusting the illuminance. In order to block the background noise, Or blinds, and to shut off the internal noise, the on / off control of the refrigerator or the washing machine is controlled.

다음으로, 수면 질 관리 모듈(500)은 총 수면 시간과 총 기록 시간을 구한후에, 수면 효율을 산출하여 산출된 수면 효율들을 날짜별로 저장하여 관리한다.Next, the sleep quality management module 500 calculates the total sleep time and the total recording time, calculates the sleep efficiency, and stores and manages the calculated sleep efficiencies by date.

그리고, 수면 질 관리 모듈(500)은 해당일에 산출된 수면 효율과 이전에 산출하여 저장하고 있는 수면 효율을 비교하여 해당일에 산출된 수면 효율이 더 좋은 경우에 이전에 설정되어 있는 수면 환경과 해당일의 수면 환경을 비교하여 차이가 발생한 경우에 차이가 반영된 추천 수면 환경을 사용자에게 제시한다.The sleep quality management module 500 compares the sleep efficiency calculated on the day with the sleep efficiency calculated and stored in advance, and if the sleep efficiency calculated on the day is better, The sleep environment of the day is compared and the recommended sleep environment is presented to the user in case of a difference.

이때, 수면 질 관리 모듈(500)은 사용자가 제시된 추천 수면 환경을 선택하면 선택된 추천 수면 환경을 환경 관리 모듈(400)의 환경 상태 설정부(430)로 제공하여 추천 수면 환경에 따른 해당 전기기기들이 작동되도록 할 수 있다.At this time, the sleep quality management module 500 provides the selected recommendation sleep environment to the environment condition setting unit 430 of the environment management module 400 when the user selects the suggested recommended sleep environment, It can be operated.

이와 달리, 수면 질 관리 모듈(500)은 사용자가 제시된 추천 수면 환경을 선택하지 않으면 이전에 설정된 추천 수면 환경을 유지하며, 환경 관리 모듈(400)의 환경 상태 설정부(430)에 이전에 설정된 추천 수면 환경을 유지하도록 전기기기들을 제어하도록 한다.Alternatively, if the user does not select the recommended sleep environment, the sleep quality management module 500 maintains the previously set recommendation sleep environment, and the environment condition setting unit 430 of the environment management module 400 sets the previously set recommendation sleep environment Control electrical equipment to maintain a sleeping environment.

이러한 수면 질 관리 모듈(500)에 있어서 수면 상태 산출부(510)는 환경 측정 센서부(410)에서 측정한 조도를 기반으로 하여 불을 끈 시점, 즉 총기록 시간(TRT)의 시작점을 산출한다.In the sleep quality management module 500, the sleep state calculation unit 510 calculates a start point of the light emission time, that is, a start point of the total recording time TRT based on the illuminance measured by the environmental measurement sensor unit 410 .

그리고, 수면 상태 산출부(510)는 불을 끈 시점 이후에 인체 감지부(120)에서 입력되는 레이더 반사 면적값(RCS)의 변화를 산출하여 변화가 일정 면적 문턱값(threshold) 이하가 되면 인체의 움직임이 없는 상태의 시작 시점으로, 즉 총 수면 시간(TST)의 시작 시점으로 판단한다.The sleep state calculating unit 510 calculates the change of the radar reflection area value RCS inputted from the human body sensing unit 120 after the fire is turned off and when the change is less than a predetermined area threshold value, The start time of the total sleep time TST.

상기 수면 상태 산출부(510)는 심박 측정 모듈(300)의 심박수 산출부(320)에서 산출한 심박수를 입력받아 일정 시간 단위로 차이를 구한 후에 차이값의 부호가 같은 값들을 누적하여 일정 누적 문턱값 이상이 되면 인체 감지부(120)에서 입력된 레이더 반사 면적값의 변화를 확인하여 총 기록 시간의 종료 시점과 총 수면 시간의 종료 시점을 판단한다.The sleep state calculation unit 510 receives the heart rate calculated by the heart rate calculation unit 320 of the heart rate measurement module 300 and calculates a difference in units of a predetermined time period. Then, the sleep state calculation unit 510 accumulates the same sign of the difference value, A change in the radar reflection area value input from the human body sensing unit 120 is checked to determine the end time of the total recording time and the end time of the total sleep time.

즉, 도 15에 도시된 바와 같이 수면 상태 산출부(510)는 일정 누적 문턱값을 10으로 설정한 상태에서 5분 단위로 측정한 심박수의 차이를 구한 후에 이를 2회 누적하여 -12가 나온 경우에 인체 감지부(120)에서 입력된 레이더 반사 면적값의 변화가 일정 면적 문턱값을 넘는 경우에 총 기록 시간의 종료 시점(도 15에서는 오전 7시 55분)으로 판단한다.That is, as shown in FIG. 15, the sleep state calculating unit 510 calculates the difference of the heart rate measured in units of 5 minutes in a state where the predetermined accumulation threshold value is set to 10, (7:55 AM in FIG. 15) when the change in the radar reflection area value input from the human body sensing unit 120 exceeds a certain area threshold value.

그리고, 수면 상태 산출부(510)는 총 기록 시간의 종료 시점에 앞선 시간에 있어서 인체 감지부(120)에서 입력된 레이더 반사 면적값의 변화가 일정 면적 문턱값을 넘지 않는 경우에 총 수면 시간의 종료 시점(도 15에서는 오전 7시 15분)으로 판단한다.When the change of the radar reflection area value inputted from the human body sensing unit 120 does not exceed the predetermined area threshold value at the time preceding the end of the total recording time, the sleep state calculating unit 510 calculates the total sleep time (7:15 am in Fig. 15).

상기 수면 상태 산출부(510)는 위에서 설명한 바와 유사한 방식으로 총 수면 시간의 시작 시점을 산출할 수 있다.The sleep state calculating unit 510 may calculate the starting time of the total sleep time in a similar manner as described above.

이를 좀더 자세히 살펴보면, 수면 상태 산출부(510)은 총기록 시간의 시작 시점 이후에 심박 측정 모듈(300)의 심박수 산출부(320)에서 산출한 심박수를 입력받아 일정 시간 단위로 차이를 구한 후에 차이의 부호가 같은 값들을 누적하여 일정 누적 문턱값 이상이 되면 총 수면 시간의 시작 시점으로 판단한다.The sleep state calculation unit 510 receives the heart rate calculated by the heart rate calculation unit 320 of the heart rate measurement module 300 after a start time of the total recording time, Is equal to or greater than a predetermined cumulative threshold value, the start time of the total sleep time is determined.

상기 수면 상태 산출부(510)는 총 기록 시간의 시작 시점에서 총 수면 시간의 시작 시점을 감산하면 수면 잠재 시간(SL)을 산출할 수 있다.The sleep state calculating unit 510 may calculate the sleep latency SL by subtracting the start time of the total sleep time at the start of the total recording time.

또한, 상기 수면 상태 산출부(510)는 총 기록 시간의 종료 시점에서 수면 잠재 시간(SL)을 감산하면 잠이 든 시점 이후 깬 시간 즉, 기상 시각(WASO)을 구할 수 있다.In addition, the sleeping state calculating unit 510 can calculate the waking time (WASO) after the sleeping time is subtracted by subtracting the sleep latency SL at the end of the total recording time.

한편, 수면 상태 산출부(510)는 인체 감지부(120)에서 입력되는 레이더 반사 면적의 변화가 일정 문턱 면적값 이상이 되고, 심박수가 일정 시간 동안 상승하고, 호흡 주기성 판단 모듈(200)의 호흡 주기성 판단부(220)에서 입력되는 호흡 신호의 주기가 일정하게 되지 않는 경우에 수면 중 깬 시간으로 판단한다.Meanwhile, the sleep state calculating unit 510 calculates the sleep state of the respiratory periodicity determining module 200 based on the change of the radar return area inputted from the human body sensing unit 120 to a predetermined threshold area value or more, If the period of the respiration signal input from the periodicity determination unit 220 is not constant, it is determined to be a break during sleep.

여기에서, 수면 상태 산출부(510)는 호흡 신호의 주기가 일정하게 되지 않는 경우는 호흡 주기성 판단부(220)에서 입력받은 표준 편차가 일정 편차 문턱값보다 큰 경우에 주기가 일정하지 않다고 판단한다.If the period of the respiration signal does not become constant, the sleep state calculation unit 510 determines that the period is not constant when the standard deviation input from the respiratory periodicity determination unit 220 is larger than a certain deviation threshold value .

다음으로, 수면 질 산출부(520)은 총 기록 시간과, 잠재 수면 시간 그리고 수면중 깬 시간의 합을 이용하여 아래 수학식2에 이를 적용하여 수면 효율을 산출한다.Next, the sleep quality calculation unit 520 calculates the sleep efficiency by applying the sum of the total recording time, the potential sleep time, and the wake-up time to the following equation (2).

(수학식 2)(2)

(TRT-SL-수면중 깬 시간들의 합)/TRT=수면 효율(%)(TRT-SL-sum of break times during sleep) / TRT = sleep efficiency (%)

일예로, 총 기록 시간이 7시간이고, 잠재 수면 시간이 25분이며, 수면중 깬 시간이 25분인 경우에 수면 효율은 88%이다.For example, if the total recording time is 7 hours, the potential sleeping time is 25 minutes, and the sleeping time is 25 minutes, the sleep efficiency is 88%.

이러한 수면 질 산출부(520)는 환경 관리 모듈(400)의 환경 측정 센서부(410)에서 측정한 습도, 온도, 조도, 배경 소음의 변화량을 산출한 후에, 변화량에 가중치를 부여하여 비율을 조절한 후에, 호흡 간격의 주기성과 각 환경 요인의 상관도를 산출하여 수면에 영향을 미치는 주요 요인을 판별할 수 있다.The sleep quality calculation unit 520 calculates the amount of change in humidity, temperature, roughness and background noise measured by the environmental measurement sensor unit 410 of the environment management module 400, After that, the main factors influencing sleep can be identified by calculating the periodicity of the breath interval and the correlation of each environmental factor.

이러한 과정에 이용되는 호흡 간격의 주기성(도 17의 (a)), 습도의 변화(도 17의 (b)), 온도의 변화(도 17의 (c)), 조도 변화(도 17의 (d)), 배경 소음(도 17의 (e))의 변화는 도 17에 도시되어 있다.17 (a)), the humidity change (Fig. 17 (b)), the temperature change (Fig. 17 (c) ) And background noise (Fig. 17 (e)) are shown in Fig.

상기 수면 질 비교부(530)는 해당일에 산출된 수면 효율과 이전에 산출하여 저장하고 있는 수면 효율을 비교한다.The sleep quality comparator 530 compares the calculated sleep efficiency with the previously calculated and stored sleep efficiency.

상기 수면 환경 비교부(530)는 상기 수면 질 비교부(530)의 비교 결과 해당일에 산출된 수면 효율이 더 좋은 경우에 이전에 설정되어 있는 수면 환경과 해당일의 수면 환경을 비교한다.The sleeping environment comparing unit 530 compares the previously set sleeping environment with the sleeping environment of the day when the sleeping efficiency calculated at the corresponding day is better as a result of the comparison of the sleeping quality comparing unit 530. [

상기 수면 환경 제시부(530)은 상기 수면 환경 비교부(530)의 비교 결과 차이가 발생한 경우에 차이가 반영된 추천 수면 환경을 사용자에게 제시한다.The sleeping environment presentation unit 530 presents the user with a recommended sleeping environment in which a difference is reflected when the comparison result of the sleeping environment comparison unit 530 occurs.

이때, 수면 환경 제시부(530)은 사용자가 제시된 추천 수면 환경을 선택하면 선택된 추천 수면 환경을 환경 관리 모듈(400)의 환경 상태 설정부(430)로 제공하여 추천 수면 환경에 따른 해당 전기기기들이 작동되도록 할 수 있다.At this time, when the user selects the recommended recommended sleeping environment, the sleeping environment presentation unit 530 provides the selected recommended sleeping environment to the environment setting unit 430 of the environment management module 400 so that the corresponding electric devices according to the recommended sleeping environment operate .

이와 달리, 수면 환경 제시부(530)은 사용자가 제시된 추천 수면 환경을 선택하지 않으면 이전에 설정된 추천 수면 환경을 유지하며, 환경 관리 모듈(400)의 환경 상태 설정부(430)에 이전에 설정된 추천 수면 환경을 유지하도록 전기기기들을 제어하도록 한다.Alternatively, if the user does not select the recommended recommended sleeping environment, the sleeping environment presenter 530 maintains the previously set recommendation sleeping environment, and the environment setting unit 430 of the environment management module 400 sets the recommendation sleeping Control the electrical equipment to maintain the environment.

한편, 제어부(600)는 상기 각 구성요소들을 제어하며, 통신부(700)는 수면 질 관리 모듈(500)의 수면 환경 제시부(530)에서 제시된 추천 수면 환경을 사용자의 휴대용 단말기(1000)로 전송하여 사용자의 선택 신호를 전송받아 제어부(600)로 제공한다.The control unit 600 controls the components and the communication unit 700 transmits the recommended sleeping environment presented by the sleeping environment presentation unit 530 of the sleep quality management module 500 to the user's portable terminal 1000 And provides the control unit 600 with the user's selection signal.

그러면, 제어부(600)는 수면 환경 제시부(530)가 사용자가 제시된 추천 수면 환경을 선택하면 선택된 추천 수면 환경을 환경 관리 모듈(400)의 환경 상태 설정부(430)로 제공하여 추천 수면 환경에 따른 해당 전기기기들이 작동되도록 할 수 있다.Then, when the sleeping environment presentation unit 530 selects the recommended recommended sleeping environment by the user, the controller 600 provides the selected recommended sleeping environment to the environment setting unit 430 of the environment management module 400, The electric devices can be operated.

이와 달리, 제어부(600)는 사용자가 제시된 추천 수면 환경을 선택하지 않으면 이전에 설정된 추천 수면 환경을 유지하도록 환경 관리 모듈(400)의 환경 상태 설정부(430)를 제어한다.Otherwise, if the user does not select the recommended sleeping environment, the controller 600 controls the environment setting unit 430 of the environment management module 400 to maintain the previously set recommended sleeping environment.

상기 표시부(800)는 수면 질 관리 모듈(500)의 수면 질 산출부(520)에서 산출한 수면 효율을 표시하거나, 환경 관리 모듈(400)의 환경 측정 센서부(410)에서 측정한 습도, 온도, 조도, 배경 소음을 표시한다.The display unit 800 may display the surface efficiency calculated by the sleep quality calculation unit 520 of the sleep quality management module 500 or may display the humidity measured by the environmental measurement sensor unit 410 of the environment management module 400, , Illuminance, background noise.

상기 입력부(900)는 사용자로부터 구동 신호등을 입력받는다.The input unit 900 receives a drive signal from a user.

한편, 휴대용 단말기(1000)는 스마트폰등으로 수면 질 관리 어플리케이션을 설치하여 추천 수면 환경등이 제공되면 사용자의 선택에 따른 선택 신호를 통신부(700)을 경유하여 제어부(600)로 전달한다.Meanwhile, when a sleep quality management application is installed in a smart phone or the like, and the recommended sleeping environment is provided, the portable terminal 1000 transmits a selection signal according to the user's selection to the controller 600 via the communication unit 700. [

이러한 휴대용 단말기(1000)는 환경 관리 모듈(400)의 환경 측정 센서부(410)에서 측정한 습도, 온도, 조도, 배경 소음을 표시할 수 있다.The portable terminal 1000 may display the humidity, temperature, illuminance, and background noise measured by the environmental measurement sensor unit 410 of the environment management module 400.

도 18은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 경험 데이터 기반 능동형 수면 질 향상 방법의 흐름도이다.18 is a flowchart of a method for improving an active sleep quality based on experience data according to a preferred embodiment of the present invention.

도 18을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 경험 데이터 기반 능동형 수면 질 향상 방법은 먼저 초광대역 레이더 모듈의 마이크로컨트롤러에서 신호를 받아 펄스 생성기에서 초광대역 펄스 신호를 생성해 송신 안테나를 통해 전송하여, 인체에서 반사되어 되돌아오는 초광대역 레이터 신호를 수신 안테나로 수신한다(S100).18, an empirical data-based active sleep quality enhancement method according to an exemplary embodiment of the present invention first receives a signal from a microcontroller of an ultra-wideband radar module, generates an ultra-wideband pulse signal from a pulse generator, And receives an ultra-wideband signal reflected from the human body by the receiving antenna (S100).

상기 초광대역 레이더 모듈이 생성하는 초광대역 펄스 신호는 90 내지 150Hz로 전송한다.The ultra-wideband pulse signal generated by the ultra-wideband radar module is transmitted at 90 to 150 Hz.

그리고, 초광대역 레이더 모듈은 수신 안테나를 통하여 인체에서 반사된 신호를 수신하고, 전증폭기에서 수신된 신호를 증폭하고, 지연기에서 지연된 시간후에 수신된 신호에 대하여 샘플러에서 샘플링을 수행하여 원시 데이터를 생성하여 출력한다.The UWB radar module receives the signal reflected from the human body through the receiving antenna, amplifies the signal received by the preamplifier, samples the received signal after the delay time in the delayer, and samples the raw data And outputs it.

다음으로, 전처리부는 초광대역 레이더 모듈에서 출력되는 원시 데이터를 전처리하여 노이즈를 제거한다(S110).Next, the preprocessor preprocesses the raw data output from the UWB radar module to remove noise (S110).

상기 초광대역 레이더 모듈에서 출력되는 신호에는 전원 노이즈, 열 노이즈 등을 많이 포함하고 있어 전처리부는 5~10GHz 대역을 갖는 대역통과필터를 사용하여 노이즈를 제거한다.The signal output from the UWB radar module includes power source noise, thermal noise, and the like, and the preprocessor removes noise using a band pass filter having a band of 5 to 10 GHz.

그리고, 인체 감지부는 전처리가 수행된 원시 데이터에 대하여 노이즈가 제거된 상태에서 거리와 신호 크기에 근거하여 인체를 감지하고 감지된 인체의 위치를 파악한다.Then, the human body sensing unit detects the human body based on the distance and the signal size in a state where the noise is removed from the raw data subjected to the preprocessing, and grasps the position of the human body.

한편, 인체 감지부는 초기에 인체를 레이더의 신호와 배면 또는 후면이 서로 마주 볼 수 있도록 한 상태에서 인체의 레이더 반사 면적(RCS: Radar Cross Section)을 측정하여 기본 레이더 반사 면적값(Based RCS Value)으로 저장한다.In the meantime, the human body sensing unit measures the radar cross section of the human body in a state in which the human body can be faced with the radar signal and the back or the rear face, .

이처럼 인체 감지부는 측정 대상인 인체의 측정하고자 하는 환경에 초광대역 레이더 모듈이 설치된 상태에서 레이더의 신호와 배면 또는 후면이 서로 마주 볼 수 있도록 측정하며 일정 시간 동안 측정이 완료되면 사용자에게 이를 알람 등으로 전달하여 기본 레이더 반사 면적값을 설정한다.In this way, the human body detection unit measures the radar signal and the back or back face of the radar in a state where the UWB radar module is installed in the environment to be measured, and when the measurement is completed for a predetermined time, And sets the basic radar reflection area value.

상기 인체 감지부는 인체의 움직임에 따라 레이더 반사 면적을 지속적으로 측정하여 레이더 반사 면적값을 출력한다(S120).The human body sensing unit continuously measures the radar reflection area according to the movement of the human body and outputs the radar reflection area value (S120).

다음으로, 원신호 취득부는 인체 근처의 누적된 원시 데이터에서 거리를 기준으로(샘플 횟수를 기준으로라는 표현과 동일하다) 가장 큰 크기의 신호를 원신호로 취득한다. 이처럼 원신호 취득부에서 취득한 원신호는 호흡 신호, 심박 신호 그리고 노이즈가 합쳐진 신호이다(S130).Next, the original signal acquiring section acquires the signal of the largest magnitude as the original signal based on the distance from the accumulated raw data near the human body (which is equivalent to the expression "based on the number of samples"). The original signal acquired by the original signal acquisition unit is a signal in which a respiration signal, a heartbeat signal, and noise are combined (S130).

다음으로, 호흡 주기성 판단 모듈(200)은 대역 통과 필터 또는 이동 평균 윈도우(MAW : Moving Averaging Window)를 이용하여 호흡 신호를 취득하며(S140), 취득된 호흡 신호에서 호흡 신호의 호흡 주파수를 획득하여 분당 호흡수를 측정하고, 그에 따른 호흡 간격을 측정하며, 측정된 호흡 간격을 이용하여 호흡 신호의 주기성을 판단하여 출력한다(S150).Next, the respiratory periodicity determination module 200 acquires a respiration signal using a band-pass filter or a moving average window (MAW) (S140), acquires a respiration frequency of the respiration signal from the acquired respiration signal The respiration rate per minute is measured, the respiration interval is measured, the periodicity of the respiration signal is determined using the measured respiration interval, and the periodicity is output (S150).

이러한 호흡 주기성 판단 모듈은 0.4 내지 0.8Hz의 대역을 갖는 대역 통과 필터를 이용하여 호흡 신호를 취득하며, 취득된 호흡 신호를 고속 퓨리에 변환을 수행하여 호흡 신호의 호흡 주파수를 획득하여 분당 호흡수를 측정하고, 그에 따른 호흡 간격을 측정한다. The respiratory periodicity determination module acquires a respiration signal using a bandpass filter having a band of 0.4 to 0.8 Hz, performs a fast Fourier transform on the acquired respiration signal, obtains a respiration frequency of the respiration signal, And measures the respiratory interval accordingly.

그리고, 호흡 주기성 판단 모듈은 이동 평균 윈도우(MAW : Moving Averaging Window)를 이용하여 호흡 간격의 평균 R을 구한 후에, 수학식 1에 의한 표준 편차(SD)를 구하여 출력한다.Then, the respiratory periodicity determining module obtains the average R of the breath interval using a moving average window (MAW), and then calculates and outputs the standard deviation SD according to Equation (1).

다음으로, 심박 측정 모듈은 원신호를 이용하여 주파수 도메인 심박 신호와 시간 도메인 심박 신호를 구하여 이중 하나를 최종 심박 신호로 하여 심박수를 산출하여 출력한다.Next, the heartbeat measurement module obtains the frequency domain heartbeat signal and the time domain heartbeat signal using the original signal, calculates one heartbeat as the final heartbeat signal, and outputs the heartbeat.

이러한 심박 측정 모듈은 호흡 주기성 판단 모듈에서 호흡 신호를 입력받아 호흡수를 구하고, 심박 신호를 산출하여(S160) 주파수 도메인 심박 간격과(S170) 시간 도메인 심박 간격을 구하여(S180) 이중에서 하나를 최종 심박 간격으로 하여(S190) 심박수를 산출하여 출력한다(S210).The heart rate measuring module calculates a heart rate signal based on a respiration signal received from the respiratory periodicity determining module, calculates a heart rate signal (S160), obtains a frequency domain heart rate interval (S170) and a time domain heart rate interval (S180) The heart rate is calculated as a heart rate interval (S190) and output (S210).

또한, 심박 측정 모듈은 주파수 도메인 기반 심박 간격과 시간 도메인 기반 심박 간격으로부터 어느 하나를 선택하여 최종 심박 간격으로 한 후에 탄력 매칭(Elastic Matching) 기법을 적용하여 소실된 심박 신호를 복원하여 출력한다(S200).In addition, the heartbeat measurement module selects any one of the frequency domain-based heartbeat interval and the time domain-based heartbeat interval to obtain a final heartbeat interval, and then applies an elastic matching technique to restore and output the lost heartbeat signal (S200 ).

이와 같은 심박 측정 모듈은 원신호 취득부에서 출력되는 원신호에서 호흡 주기성 판단 모듈이 산출한 호흡 신호를 제거하여 심박 신호를 형성한 후에 이를 고속 퓨리에 변환하여 심박 주파수를 구한 후에 이를 근거로 주파수 도메인 기반 심박 간격을 구하며, 심박 신호에서 심박 신호 구간에서 최대값 간격을 이용하여 시간 도메인 기반 심박 간격을 구한 후에 최종 심박 신호를 구하여 출력한다.The heartbeat measurement module removes the respiration signal calculated by the respiratory periodicity determination module from the original signal output from the original signal acquisition unit to form a heartbeat signal, then performs a fast Fourier transform on the heartbeat signal to obtain a heartbeat frequency, The heartbeat interval is obtained, and the heartbeat signal is obtained by obtaining the time domain based heartbeat interval using the maximum value interval in the heartbeat signal interval in the heartbeat signal.

즉, 일예로 호흡 신호가 있는 구간 A와 B 구간에서 심박 신호가 나타나지 않았지만, 이에 인위적으로 최종 심박 신호 Tfinal을 사용하여 심박 신호를 복원할 수 있다(도 14 참조).That is, for example, the heartbeat signal is not generated in the sections A and B in which the respiration signal exists, but the heartbeat signal can be restored by artificially using the final heartbeat signal Tfinal (see FIG. 14).

한편, 심박 측정 모듈은 심박 신호를 이용하여 심박수를 구하여 출력한다.On the other hand, the heart rate measuring module obtains and outputs the heart rate using the heart rate signal.

다음으로, 환경 관리 모듈은 습도, 온도, 조도, 배경 소음을 측정하여 수면질 관리 모듈로 전송한다(S300).Next, the environmental management module measures humidity, temperature, illuminance, background noise, and transmits the result to the sleep quality management module (S300).

이러한 환경 관리 모듈은 습도 센서, 온도 센서, 조도 센서, 소음 측정 센서 등을 구비하고 있으며, 습도, 온도, 조도, 배경 소음을 측정하여 출력한다.The environmental management module includes a humidity sensor, a temperature sensor, an illuminance sensor, and a noise measurement sensor, and measures and outputs humidity, temperature, illuminance and background noise.

다음으로, 수면 질 관리 모듈은 총 수면 시간과 총 기록 시간을 구한후에, 수면 효율을 산출하여 산출된 수면 효율들을 날짜별로 저장하여 관리한다(S400).Next, the sleep quality management module calculates the total sleep time and the total recording time, calculates the sleep efficiency, and stores the calculated sleep efficiencies by date (S400).

그리고, 수면 질 관리 모듈은 해당일에 산출된 수면 효율과 이전에 산출하여 저장하고 있는 수면 효율을 비교하여(S410) 해당일에 산출된 수면 효율이 더 좋은 경우에 이전에 설정되어 있는 수면 환경과 해당일의 수면 환경을 비교하여(S420) 차이가 발생한 경우에 차이가 반영된 추천 수면 환경을 사용자에게 제시한다(S430).Then, the sleep quality management module compares the sleep efficiency calculated on the corresponding day with the sleep efficiency calculated and stored before (S410). If the sleep efficiency calculated on the corresponding day is better, The sleep environment of the day is compared (S420), and the recommended sleep environment is reflected to the user (S430).

이때, 수면 질 관리 모듈은 사용자가 제시된 추천 수면 환경을 선택하면(S440) 선택된 추천 수면 환경을 환경 관리 모듈로 제공하여 추천 수면 환경에 따른 해당 전기기기들이 작동되도록 할 수 있다(S450).At this time, the sleep quality management module may provide the selected recommended sleep environment to the environment management module (S450) so that the corresponding electric devices according to the recommended sleep environment are operated (S450).

이와 달리, 수면 질 관리 모듈은 사용자가 제시된 추천 수면 환경을 선택하지 않으면 이전에 설정된 추천 수면 환경을 유지하며, 환경 관리 모듈에 이전에 설정된 추천 수면 환경을 유지하도록 전기기기들을 제어하도록 한다(S460).Alternatively, if the user does not select the recommended sleep environment, the sleep quality management module maintains the previously set recommended sleep environment and controls the electric devices to maintain the previously set recommended sleep environment in the environment management module (S460) .

이러한 수면 질 관리 모듈은 환경 관리 모듈에서 측정한 조도를 기반으로 하여 불을 끈 시점, 즉 총기록 시간(TRT)의 시작점을 산출한다.The sleep quality management module calculates the starting point of the total recording time (TRT) based on the illuminance measured by the environment management module.

그리고, 수면 질 관리 모듈은 불을 끈 시점 이후에 인체 감지부에서 입력되는 레이더 반사 면적값(RCS)의 변화를 산출하여 변화가 일정 면적 문턱값(threshold) 이하가 되면 인체의 움직임이 없는 상태의 시작 시점으로, 즉 총 수면 시간(TST)의 시작 시점으로 판단한다.Then, the sleep quality management module calculates the change of the radar reflection area value (RCS) input from the human body detection unit after the fire is turned off. If the change is less than a predetermined area threshold value, I.e., the start time of the total sleep time (TST).

상기 수면 질 관리 모듈은 심박 측정 모듈에서 산출한 심박수를 입력받아 일정 시간 단위로 차이를 구한 후에 차이값의 부호가 같은 값들을 누적하여 일정 누적 문턱값 이상이 되면 인체 감지부에서 입력된 레이더 반사 면적값의 변화를 확인하여 총 기록 시간의 종료 시점과 총 수면 시간의 종료 시점을 판단한다.The sleep quality management module receives the heart rate calculated by the heart rate measurement module, obtains a difference in units of a predetermined time, accumulates the same values of the difference values, and when the accumulated values are equal to or more than a predetermined cumulative threshold value, And determines the end time of the total recording time and the end time of the total sleep time.

이때 수면 질 관리 모듈은 총 기록 시간의 종료 시점에 앞선 시간에 있어서 인체 감지부에서 입력된 레이더 반사 면적값의 변화가 일정 면적 문턱값을 넘지 않는 경우에 총 수면 시간의 종료 시점으로 판단한다.At this time, the sleep quality management module determines that the total sleep time is the end time when the change of the radar reflection area value input from the human body detection unit does not exceed the predetermined area threshold value at the time preceding the end time of the total recording time.

상기 수면 질 관리 모듈은 위에서 설명한 바와 유사한 방식으로 총 수면 시간의 시작 시점을 산출할 수 있다.The sleep quality management module may calculate the start time of the total sleep time in a manner similar to that described above.

이를 좀더 자세히 살펴보면, 수면 질 관리 모듈은 총기록 시간의 시작 시점 이후에 심박 측정 모듈에서 산출한 심박수를 입력받아 일정 시간 단위로 차이를 구한 후에 차이의 부호가 같은 값들을 누적하여 일정 누적 문턱값 이상이 되면 총 수면 시간의 시작 시점으로 판단한다.More specifically, the sleep quality management module receives the heart rate calculated by the heart rate measurement module after the start of the total recording time, calculates a difference by a predetermined time unit, accumulates the same values of the difference, It is judged to be the start time of the total sleep time.

상기 수면 질 관리 모듈은 총 기록 시간의 시작 시점에서 총 수면 시간의 시작 시점을 감산하면 수면 잠재 시간(SL)을 산출할 수 있다.The sleep quality management module may calculate the sleep latency SL by subtracting the start time of the total sleep time at the start of the total recording time.

또한, 상기 수면 질 관리 모듈은 총 기록 시간의 종료 시점에서 수면 잠재 시간(SL)을 감산하면 잠이 든 시점 이후 깬 시간 즉, 기상 시각(WASO)을 구할 수 있다.In addition, the sleep quality management module can calculate the wake-up time (WASO) after the sleeping time is subtracted by subtracting the sleep latency SL at the end of the total recording time.

한편, 수면 질 관리 모듈은 인체 감지부에서 입력되는 레이더 반사 면적의 변화가 일정 문턱 면적값 이상이 되고, 심박수가 일정 시간 동안 상승하고, 호흡 주기성 판단 모듈에서 입력되는 호흡 신호의 주기가 일정하게 되지 않는 경우에 수면 중 깬 시간으로 판단한다.On the other hand, in the sleep quality management module, the change of the radar reflection area input from the human body sensing unit becomes equal to or greater than a certain threshold value, the heart rate rises for a predetermined time, and the breathing signal input from the respiratory periodicity determination module becomes constant It is judged as the break time during sleep.

여기에서, 수면 질 관리 모듈은 호흡 신호의 주기가 일정하게 되지 않는 경우는 호흡 주기성 판단 모듈에서 입력받은 표준 편차가 일정 편차 문턱값보다 큰 경우에 주기가 일정하지 않다고 판단한다.In this case, when the respiration signal period is not constant, the sleep quality management module determines that the period is not constant when the standard deviation input from the respiratory periodicity determination module is larger than a certain deviation threshold value.

다음으로, 수면 질 관리 모듈은 총 기록 시간과, 잠재 수면 시간 그리고 수면중 깬 시간의 합을 이용하여 수학식2를 적용하여 수면 효율을 산출한다.Next, the sleep quality management module calculates the sleep efficiency by applying Equation (2) using the total recording time, the potential sleeping time, and the waking time during sleep.

이러한 수면 질 관리 모듈은 환경 관리 모듈에서 측정한 습도, 온도, 조도, 배경 소음의 변화량을 산출한 후에, 변화량에 가중치를 부여하여 비율을 조절한 후에, 호흡 간격의 주기성과 각 환경 요인의 상관도를 산출하여 수면에 영향을 미치는 주요 요인을 판별할 수 있다.The sleep quality management module calculates the amount of change in humidity, temperature, roughness and background noise measured by the environmental management module, and then adjusts the ratio by weighting the change amount. Thereafter, the periodicity of the breath interval and the correlation To determine the major factors that affect sleep.

한편, 통신부는 수면 질 관리 모듈에서 제시된 추천 수면 환경을 사용자의 휴대용 단말기로 전송하여 사용자의 선택 신호를 전송받아 제어부로 제공한다.Meanwhile, the communication unit transmits the recommendation sleeping environment presented by the sleep quality management module to the portable terminal of the user, receives the selection signal of the user, and provides the control unit with the selection signal.

그러면, 제어부는 수면 질 관리 모듈이 제시된 추천 수면 환경을 사용자가 선택하면 선택된 추천 수면 환경을 환경 관리 모듈로 제공하여 추천 수면 환경에 따른 해당 전기기기들이 작동되도록 할 수 있다.Then, when the user selects the recommended sleeping environment in which the sleep quality management module is presented, the control unit provides the selected recommended sleeping environment to the environment management module, so that the corresponding electric devices according to the recommended sleeping environment can be operated.

이와 달리, 제어부는 사용자가 제시된 추천 수면 환경을 선택하지 않으면 이전에 설정된 추천 수면 환경을 유지하도록 환경 관리 모듈을 제어한다.Alternatively, if the user does not select the recommended sleep environment, the control unit controls the environment management module to maintain the previously set recommended sleep environment.

상기 표시부는 수면 질 관리 모듈에서 산출한 수면 효율을 표시하거나, 환경 관리 모듈에서 측정한 습도, 온도, 조도, 배경 소음을 표시한다.The display unit displays the water surface efficiency calculated by the sleep quality management module or displays the humidity, temperature, illuminance, background noise measured by the environment management module.

한편, 휴대용 단말기는 스마트폰등으로 수면 질 관리 어플리케이션을 설치하여 추천 수면 환경등이 제공되면 사용자의 선택에 따른 선택 신호를 통신부를 경유하여 제어부로 전달한다.On the other hand, when a sleep quality management application is installed by a smart phone or the like, and the recommended sleep environment is provided, the portable terminal transmits a selection signal according to the user's selection to the control unit via the communication unit.

이러한 휴대용 단말기는 환경 관리 모듈에서 측정한 습도, 온도, 조도, 배경 소음을 표시할 수 있다.The portable terminal can display the humidity, temperature, illuminance, background noise measured by the environmental management module.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments of the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 초광대역 레이더 모듈 110 : 전처리부
120 : 인체 감지부 130 : 원신호 취득부
200 : 호흡 주기성 판단 모듈 210 : 호흡 신호 산출부
220 : 호흡 주기성 판단부 300 : 심박 측정 모듈
310 : 심박 신호 산출부 320 : 심박수 산출부
400 : 환경 관리 모듈 410 : 환경 측정 센서부
420 : 환경 정보 수집부 430 : 환경 상태 설정부
500 : 수면 질 관리 모듈 510 : 수면 상태 상출부
520 : 수면 질 산출부 530 : 수면 질 비교부
540 : 수면 환경 비교부 550 : 수면 환경 제시부
600 : 제어부 700 : 통신부
800 : 표시부 900 : 입력부
1000 : 휴대용 단말기 1100 : IoT 플랫폼 100: ultra-wideband radar module 110: preprocessing section
120: human body detection unit 130: original signal acquisition unit
200: respiratory periodicity determination module 210: respiratory signal calculation module
220: respiratory periodicity determination unit 300: heart rate measurement module
310 heart rate signal calculating unit 320 heart rate calculating unit
400: environment management module 410: environment measurement sensor unit
420: environment information collecting unit 430: environment condition setting unit
500: sleep quality management module 510: sleeping state
520: sleep quality calculation unit 530: sleep quality comparison unit
540: Sleep Environment Comparison Unit 550: Sleep Environment Presentation Unit
600: control unit 700: communication unit
800: Display section 900: Input section
1000: Portable terminal 1100: IoT platform

Claims

An ultrawide broadband radar module for generating and transmitting an ultrawideband pulse signal at a predetermined cycle, receiving ultra-wideband pulse signals reflected from a human body to generate raw data, and outputting the raw data; A human body detecting unit for detecting a human body position in the raw data, accumulating raw data of the detected human body position in accordance with time, measuring and outputting a radar reflection area of the human body, An original signal acquisition unit for acquiring a signal of a human body chest position as a raw signal from the raw data accumulated in the human body sensing unit and outputting the raw signal; A respiratory periodicity determination unit for acquiring a respiration signal from the original signal to acquire a respiration interval, and then determining and outputting a periodicity of a respiration interval; A heartbeat measurement module for calculating a heart rate by subtracting the respiration signal acquired by the respiratory periodicity determination unit from the original signal to obtain a heartbeat signal; An environment management module for measuring and outputting sleep environmental factors including illumination; And a sleep quality management module for calculating a sleep efficiency based on the radar reflection area output from the human body sensing part, the periodicity of the respiratory interval output from the respiratory periodicity determination module, the heart rate output from the heart rate measurement module, Module,
Wherein the heartbeat measurement module calculates a final heartbeat interval by calculating a frequency domain based heartbeat interval and a time domain based heartbeat interval by subtracting the respiration signal from the original signal to obtain a heartbeat signal, And a heart rate calculation unit for calculating and outputting a heart rate using the final heart rate interval calculated by the heart rate signal calculation unit,
Wherein the heartbeat signal calculating unit comprises: a heartbeat signal acquiring unit that acquires a heartbeat signal by subtracting a respiration signal from the original signal; A frequency analyzer for performing fast Fourier transform on the heartbeat signal to obtain a heartbeat frequency and calculating a frequency domain based heartbeat interval using the heartbeat frequency; A time-series analyzer for calculating a time-domain-based heartbeat interval by selecting a heartbeat signal interval in the original signal and calculating a time interval between heartbeats; A fusion unit for calculating and outputting a final heartbeat interval using the frequency domain based heartbeat interval and the time domain based heartbeat interval; And a lost signal restorer for recovering and outputting the lost heartbeat signal using the final heartbeat interval,
The time-series analyzer calculates a time interval between heartbeats by selecting an interval without breathing in the original signal, obtains a time interval between a plurality of heartbeat signals over a plurality of intervals, and calculates a coincidence rate over a predetermined number of intervals over a predetermined number of intervals And if so, adopting a time interval between the heartbeat signals as the time domain based heartbeat interval,
Wherein the fusing unit obtains a difference between the frequency domain-based heartbeat interval and the time-domain-based heartbeat interval, and when the difference is equal to or greater than a predetermined magnitude, An active sleep quality improvement system based on empirical data selected by the final heart rate interval.

The method according to claim 1,
And a preprocessing unit for preprocessing the raw data and outputting the raw data to the human body sensing unit.

The method according to claim 1,
The human body sensing unit senses the human body using the distance and the signal size in the raw data, grasps the sensed human body position, accumulates the raw data near the human body in time progression, measures the radar reflection area of the human body Based on the empirical data.

The method according to claim 1,
The respiratory periodicity determination module
A respiration signal calculation unit for acquiring a respiration signal from the original signal, performing a fast Fourier transform on the acquired respiration signal to acquire a respiratory frequency of the respiration signal to measure a respiration rate per minute, and measuring and outputting a respiration interval; And
And a respiratory periodicity determining unit for determining an average R of the respiration intervals calculated by the respiration signal calculating unit using the moving average window and then determining a standard deviation SD according to Equation 1 below to determine the periodicity of the respiration signal Experiential data based active sleep quality improvement system.

(1)

Where N is the size of the moving average window.

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The method according to claim 1,
The sleep quality management module
Calculating a start point of a total recording time (TRT) based on the illuminance measured by the environment management module, calculating a start time of a total sleep time (TST) by receiving a heart rate output from the heartbeat measurement module, A sleep state calculation unit for receiving a heart rate of the measurement module and confirming a change in the radar reflection area value input from the human body sensing unit to determine an end time of the total recording time and an end time of the total sleep time; And
And a sleep quality calculation unit for calculating a sleep efficiency using the total recording time and the total sleep time calculated by the sleep state calculation unit.

The method of claim 7,
Wherein the sleep state calculating unit calculates a sleep latency SL by subtracting the start time of the total sleep time at the beginning of the total recording time and calculates a sleep latency SL by calculating the sleep latency SL, The heart rate is raised for a predetermined time, and when the respiratory period signal inputted from the respiratory periodicity determination module is not constant,
The sleep quality calculator calculates the sleep efficiency by applying the total recording time TRT, the latent sleep time SL and the sleep time during sleep to the following equation (2).

(2)
(TRT-SL-sum of break times during sleep) / TRT = sleep efficiency (%)

The method of claim 7,
The sleep quality management module
A sleep quality comparing unit for comparing the sleep efficiency calculated on the day with the sleep efficiency previously stored and stored;
A sleeping environment comparing unit for comparing the sleeping environment previously set with the sleeping environment of the day when the sleeping efficiency calculated at the corresponding day is large as a result of the sleeping quality comparing unit; And
And a sleeping environment presentation unit for presenting a recommended sleeping environment in which a difference is reflected when a comparison result of the sleeping environment comparing unit is generated to the user and controlling the IoT platform through the environment management module to maintain the sleeping environment according to the user's selection Experiential data based active sleep quality improvement system.

The method of claim 9,
The environment management module
An environmental measurement sensor unit for measuring and outputting humidity, temperature, illuminance and background noise; And
And an environment condition setting unit for controlling the IoT platform so that the corresponding electric devices corresponding to the selected recommended sleep environment are operated when the user selects the recommended sleep environment presented in the sleep environment presentation unit.

The method of claim 7,
The environmental management module measures and outputs humidity, temperature, illuminance and background noise,
The sleep quality management module calculates a change amount of humidity, temperature, illuminance and background noise measured by the environmental management module, and then adjusts the ratio by weighting the change amount. Thereafter, An active sleep quality improvement system based on empirical data to determine the major factors influencing sleep.

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