CN113229692B - 一种基于睡姿重量气压特征线的智慧枕头高度调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于睡姿重量气压特征线的智慧枕头高度调节方法，所述的智慧枕头包括底板，底板的上部设置称重传感器，称重传感器的上部设置气囊，气囊的上部设置海绵，气囊通过Y型气管连接进气阀和气压传感器，进气阀通过气管连接充气泵，称重传感器、气压传感器、进气阀和充气泵连接控制电路，控制电路设置枕头高度调节方法，包括以下步骤：设置平躺重量气压特征线，侧躺重量气压特征线和目标状态线；在低压和非正躺状态，进行充气，直到进入目标状态线；当高压和非侧躺状态，进行放气，直到进入目标状态线；如果重量气压状态处在目标状态线以上，则放气直到进入目标状态线，如果重量气压状态处在目标状态线以下，则充气直到进入目标状态线。

Description

一种基于睡姿重量气压特征线的智慧枕头高度调节方法
技术领域
本专利涉及一种基于睡姿重量气压特征线的智慧枕头高度调节方法，属于智能控制及人工智能技术领域。
背景技术
睡眠约占人生命总时长的三分之一，良好的睡眠质量对人体的健康至关重要。目前，约有三分之一的成年人存在不同程度的睡眠问题，这些问题常常与不适宜的枕头高度有关。大量研究表明，人在侧躺时的最佳枕头高度应大于平躺时的最佳枕头高度。然而长久以来，人们所使用的枕头高度固定且不可调节。伴随着智慧家居的出现与发展，枕头也需要更具“智慧”，亟需设计一种能根据不同睡姿自动调整枕头高度的枕头。
有鉴于此特提出本专利。
发明内容
针对上述问题，本专利提供一种基于睡姿重量气压特征线的智慧枕头高度调节方法，根据重量、气压的测量值与睡姿重量气压特征线的相对位置，从而进行枕头高度调节，达到最佳的枕头高度。
本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于睡姿重量气压特征线的智慧枕头高度调节方法，所述的智慧枕头包括进行支撑的底板，所述的底板的上部设置称重传感器，所述的称重传感器的上部设置气囊，所述的气囊的上部设置支撑头部的海绵，所述的底板、称重传感器、气囊和海绵的外面包裹枕套，所述的气囊通过Y型气管连接进气阀和气压传感器，所述的进气阀通过气管连接充气泵，所述的称重传感器、气压传感器、进气阀和充气泵连接控制电路，所述的控制电路通过所述的称重传感器测量所述的智慧枕头承载的重量，通过所述的气压传感器测量所述的气囊的气压值，通过所述的进气阀和充气泵对所述的气囊进行充气和放气，所述的控制电路设置枕头高度调节方法，所述的枕头高度调节方法包括以下步骤：
(1)设置平躺重量气压特征线和侧躺重量气压特征线：测量用户平躺状态下，感觉舒适时的重量w1和气压p1，记为状态S1，保持气压为p1，测量用户侧躺时的重量w2，记为状态S2；测量用户侧躺状态下，感觉舒适时的重量w3和气压p2，记为状态S3，保持气压为p2，测量用户平躺时的重量w4，，记为状态S4；状态S1至状态S4之间的线段为平躺重量气压特征线，状态S2至状态S3之间的线段为侧躺重量气压特征线，状态S1至状态S3之间的线段为目标状态线；
(2)在稳态工作过程中，即所述的进气阀和充气泵处于关闭状态，所述的气囊的测量气压p＝p1时，如果所述的称重传感器的测量重量w＜w1-δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，并启动所述的充气泵，当满足|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p2时，关闭所述的进气阀和充气泵，其中δ为状态容差，即状态的允许变化幅度；
(3)当稳态工作过程中，所述的气囊的测量气压p＝p2时，如果所述的称重传感器的测量重量w＞w3+δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，当满足|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p1时，关闭所述的进气阀；
(4)当稳态工作过程中，所述的气囊的测量气压p，处在区间(p1，p2)，如果重量w和气压p满足：|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ，保持状态不变；如果重量w和气压p满足：(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)＞δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，当达到|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p1时，关闭所述的进气阀；如果重量w和气压p满足：(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)＜-δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，并启动所述的充气泵，当达到|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p2时，关闭所述的进气阀和充气泵。
本专利的有益效果主要表现在：1、根据用户睡姿，调整枕头高度，提升睡眠质量；2、可识别平躺、侧躺以及介于平躺和侧躺之间的睡姿，并进行调节枕头高度，实用性强。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的睡姿重量气压特征线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本专利作进一步描述：
如图1-2所示，一种基于睡姿重量气压特征线的智慧枕头高度调节方法，所述的智慧枕头包括进行支撑的底板1，所述的底板1的上部设置称重传感器3，所述的称重传感器3的上部设置气囊4，所述的气囊4的上部设置支撑头部的海绵2，所述的底板1、称重传感器3、气囊4和海绵2的外面包裹枕套5。所述的称重传感器3用于测量头部施加在所述的智能枕头上的重量。优选的，所述的称重传感器3包括四个串联的应变传感器，均匀分布在所述的底板1的四个角落，所述的应变传感器上方设置支撑板。
所述的气囊4通过充气或者放气来改变所述的智能枕头的高度，实现对头部和颈部的最佳支撑。为了实现充气和放气，所述的气囊4通过Y型气管连接进气阀和气压传感器，所述的进气阀通过气管连接充气泵。当所述的进气阀打开，并且所述的充气泵工作，则对所述的气囊4进行充气；当所述的进气阀打开，并且所述的充气泵不工作，则对所述的气囊4进行放气。所述的气压传感器可测量所述的气囊4中的气压值，与所述的智能枕头的高度成正比关系。优选的，所述的气压传感器才用XGZP6847A模块。该模块体积较小，包含了气压检测和信号处理电路芯片，使用DC5V电源供电，量程为0-40Kpa，输出的电压值与气压值呈线性关系。
为了进行集中控制，所述的称重传感器3、气压传感器、进气阀和充气泵连接控制电路，所述的控制电路通过所述的称重传感器3测量所述的智慧枕头承载的重量，通过所述的气压传感器测量所述的气囊4的气压值，通过所述的进气阀和充气泵对所述的气囊4进行充气和放气。
所述的控制电路设置枕头高度调节方法，所述的枕头高度调节方法包括以下步骤：
(1)设置平躺重量气压特征线和侧躺重量气压特征线：测量用户平躺状态下，感觉舒适时的重量w1和气压p1，记为状态S1，保持气压为p1，测量用户侧躺时的重量w2，记为状态S2；测量用户侧躺状态下，感觉舒适时的重量w3和气压p2，记为状态S3，保持气压为p2，测量用户平躺时的重量w4，，记为状态S4；状态S1至状态S4之间的线段为平躺重量气压特征线，状态S2至状态S3之间的线段为侧躺重量气压特征线，状态S1至状态S3之间的线段为目标状态线；
状态S1为用户在平躺情况下的舒适状态，而状态S3为用户在侧躺情状态下的舒适状态。但是用户的睡姿可能具有多样性，可能处于平躺和侧躺之间的状态，因此划定状态S1至状态S3之间的线段为目标状态线，为平躺和侧躺之间的中间睡姿应该处在的位置。
(2)在稳态工作过程中，即所述的进气阀和充气泵处于关闭状态，所述的气囊4的测量气压p＝p1时，如果所述的称重传感器3的测量重量w＜w1-δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，并启动所述的充气泵，当满足|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p2时，关闭所述的进气阀和充气泵，其中δ为状态容差，即状态的允许变化幅度；
步骤(2)是所述的智慧枕头处于低位状态，即测量气压p＝p1，如果用户不是平躺，即w＜w1-δ，那么需要升高枕头的高度，将状态(w，p)调整到目标状态线上。理想情况下，处在目标状态线上的点应该满足：(w-w1)/(p-p1)＝(w3-w1)/(p2-p1)，即(w-w1)＝(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)，为了允许实际状态在目标状态线上下浮动δ，因此满足的条件为|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ。在异常情况下，测量气压p升到p2时，也未能达到目标状态，则强制结束充气过程。
(3)当稳态工作过程中，所述的气囊4的测量气压p＝p2时，如果所述的称重传感器3的测量重量w＞w3+δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，当满足|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p1时，关闭所述的进气阀；
与步骤(2)类似，步骤(3)处理所述的智慧枕头处于高位状态时的情况。如果用户不是侧躺，即w＞w3+δ，那么需要降低枕头的高度，将状态(w，p)调整到目标状态线上。在异常情况下，测量气压p降到p1时，也未能达到目标状态，则强制结束放气过程。
(4)当稳态工作过程中，所述的气囊4的测量气压p，处在区间(p1，p2)，如果重量w和气压p满足：|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ，保持状态不变；如果重量w和气压p满足：(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)＞δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，当达到|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p1时，关闭所述的进气阀；如果重量w和气压p满足：(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)＜-δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，并启动所述的充气泵，当达到|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p2时，关闭所述的进气阀和充气泵。
步骤(4)是处理所述的智慧枕头的测量气压p处在区间(p1，p2)的情况。将状态(w，p)分为三种情况：第一种情况是处在目标状态线上，则不进行处理；第二种情况是处在目标状态线以上，则进行放气；第三种情况是处在目标状态线以下，则进行充气。最终将状态(w，p)调整到目标状态线上，让用户的头颈处在舒适的支撑状态上。
综上所述，本发明公开的方案根据所述的智慧枕头的重量w和气压p的数值，以及睡姿重量气压特征线，判断用户的睡姿，从而调整所述的智慧枕头的高度，改善睡眠过程中枕头对头部和颈部的支撑效果，提高睡眠质量。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于睡姿重量气压特征线的智慧枕头高度调节方法，所述的智慧枕头包括进行支撑的底板，所述的底板的上部设置称重传感器，所述的称重传感器的上部设置气囊，所述的气囊的上部设置支撑头部的海绵，所述的底板、称重传感器、气囊和海绵的外面包裹枕套，所述的气囊通过Y型气管连接进气阀和气压传感器，所述的进气阀通过气管连接充气泵，所述的称重传感器、气压传感器、进气阀和充气泵连接控制电路，所述的控制电路通过所述的称重传感器测量所述的智慧枕头承载的重量，通过所述的气压传感器测量所述的气囊的气压值，通过所述的进气阀和充气泵对所述的气囊进行充气和放气，其特征在于：所述的控制电路设置枕头高度调节方法，所述的枕头高度调节方法包括以下步骤：
(1)设置平躺重量气压特征线和侧躺重量气压特征线：测量用户平躺状态下，感觉舒适时的重量w1和气压p1，记为状态S1，保持气压为p1，测量用户侧躺时的重量w2，记为状态S2；测量用户侧躺状态下，感觉舒适时的重量w3和气压p2，记为状态S3，保持气压为p2，测量用户平躺时的重量w4，记为状态S4；状态S1至状态S4之间的线段为平躺重量气压特征线，状态S2至状态S3之间的线段为侧躺重量气压特征线，状态S1至状态S3之间的线段为目标状态线；
(2)在稳态工作过程中，即所述的进气阀和充气泵处于关闭状态，所述的气囊的测量气压p＝p1时，如果所述的称重传感器的测量重量w＜w1-δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，并启动所述的充气泵，当满足|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p2时，关闭所述的进气阀和充气泵，其中δ为状态容差，即状态的允许变化幅度；
(3)当稳态工作过程中，所述的气囊的测量气压p＝p2时，如果所述的称重传感器的测量重量w＞w3+δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，当满足|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p1时，关闭所述的进气阀；
(4)当稳态工作过程中，所述的气囊的测量气压p，处在区间(p1，p2)，如果重量w和气压p满足：|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ，保持状态不变；如果重量w和气压p满足：(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)＞δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，当达到|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p1时，关闭所述的进气阀；如果重量w和气压p满足：(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)＜-δ，所述的控制电路打开所述的进气阀，并启动所述的充气泵，当达到|(w-w1)-(p-p1)*(w3-w1)/(p2-p1)|＜δ或者p＝p2时，关闭所述的进气阀和充气泵。
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