CN113273862B - 一种根据肩部压力分布判断睡姿的智慧枕头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种根据肩部压力分布判断睡姿的智慧枕头，所述的智慧枕头的前部设置肩部压力传感器，由N个条形的柔性压敏电阻排列组成，所述的肩部压力传感器与控制器连接，所述的控制器用于实现睡姿判断方法，包括以下过程：信号检测：测量柔性压敏电阻的阻值fi(t)，得到压力值gi(t)；学习阶段：用户躺在智慧枕头上，反复正躺和侧躺，测量压力值gi(x)，统计满足gi(x)＞Tmin的数量nx，计算gi(x)的最大值gmax(x)；学习结束以后，统计nx的最大值Nmax和最小值Nmin，统计gmax(x)的最大值Gmax和最小值Gmin；运行阶段：用户躺在智慧枕头上，测量压力值gi(y)，计算gi(y)＞Tmin的数量ny，计算gi(y)的最大值gmax(y)，计算从属系数η，根据η的数值判断睡姿。
Description
技术领域
本专利涉及一种根据肩部压力分布判断睡姿的智慧枕头，属于智能控制及人工智能技术领域。
背景技术
人在睡眠状态下会不断改变睡姿，一会儿正躺，一会儿侧躺，甚至介于正躺与侧躺之间的姿态。那么在不同的睡姿下，枕头应该处在不同的高度，对头部给予最佳的支撑效果，以避免起床时肩颈部位酸痛，甚至落枕。合适的枕头高度，也可以保证睡眠状态下的头部供血，有利于提高睡眠质量，使人体得到充分的休息。为了实现一种能够自动调整枕头高度的智慧枕头，以适应人们的不同睡姿，首先需要进行睡姿的识别和判断。
有鉴于此特提出本专利。
发明内容
针对上述问题，本专利提供一种根据肩部压力分布判断睡姿的智慧枕头，根据不同睡姿条件下，肩部与床的接触宽度和接触面的压力大小，判断睡姿，从而为枕头高度调节提供依据。
本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种根据肩部压力分布判断睡姿的智慧枕头，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气囊，所述的气囊的上部设置支撑头部的海绵，所述的底板、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，所述的气压传感器、进气阀和充气泵连接控制器，所述的控制器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，所述的智慧枕头前部设置肩部压力传感器，所述的肩部压力传感器的宽度与所述的智慧枕头的宽度相同，包括N个并排设置的条形柔性压敏电阻，外部设置与所述的枕套同样材质的布套，N大于等于5，所述的肩部压力传感器与所述的控制器连接，所述的控制器用于实现睡姿判断方法，所述的睡姿判断方法包括以下过程：
(1)信号检测：测量所述的肩部压力传感器的输出压力值，即所述的柔性压敏电阻的阻值fi(t)，i为所述的柔性压敏电阻的序号，i∈[1，N]，t为测量序号，t≥0，则计算压力值gi(t)＝F(fi(t))，F代表所述的柔性压敏电阻的特性曲线；
(2)学习阶段：用户躺在所述的智慧枕头上，反复正躺和侧躺，所述的控制器测量压力值gi(x)，x为从属于t的测量序号，统计满足gi(x)＞Tmin的数量nx，Tmin为测量的最小有效值，计算gi(x)的最大值gmax(x)；学习结束以后，统计nx的最大值Nmax和最小值Nmin，统计gmax(x)的最大值Gmax和最小值Gmin；
(3)运行阶段：用户躺在所述的智慧枕头上，所述的控制器测量压力值gi(y)，y为从属于t的测量序号，统计满足gi(y)＞Tmin的数量ny，计算gi(y)的最大值gmax(y)，计算从属系数η＝|ny-Nmin|/(Nmax-Nmin)*0.5+|Gmax-gmax(y)|/(Gmax-Gmin)*0.5；当从属系数η＞1-k，则判断为平躺，当从属系数η＜k，判断为侧躺，其中k为冗余系数。
所述的控制器内部设置信号处理电路和处理器，所述的信号处理电路设置N组电阻电压转换电路，第i组的电阻电压转换电路设置第i个的柔性压敏电阻一端与电源连接，一端连接精密电阻Ri，所述的精密电阻Ri另一端接地，所述的精密电阻Ri两端输出电压连接所述的处理器内部的AD转换器，获得与第i个的柔性压敏电阻的阻值相应的数字量。
本专利的有益效果主要表现在：1、以肩部与床的接触面宽度作为识别特征；2、以肩部与床的接触面的压力大小作为识别特征；3、将宽度特征和压力特征融合为单一系数进行睡姿判断，运算速度快，识别率高。
附图说明
图1是本发明的正面示意图；
图2是本发明的侧面示意图；
图3是本发明的信号处理电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本专利作进一步描述：
如图1-3所示，一种根据肩部压力分布判断睡姿的智慧枕头，所述的智慧枕头包括进行支撑的底板1，所述的底板1的上部设置气囊2，所述的气囊2的上部设置支撑头部的海绵3，所述的底板1、气囊2和海绵3的外面包裹枕套4。所述的底板1设置在底部，具有一定的刚性，可以保证所述的气囊2充气以后，抬高所述的智慧枕头。
所述的气囊2通过充气或者放气来改变所述的智慧枕头的高度，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2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2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2进行放气。所述的气压传感器可测量所述的气囊2中的气压值，与所述的智慧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，输出的电压值与气压值呈线性关系。
为了进行集中控制，所述的气压传感器、进气阀和充气泵连接控制器，所述的控制器通过所述的气压传感器测量所述的气囊2的气压值，通过所述的进气阀和充气泵对所述的气囊2进行充气和放气。
为了准确检测人体的睡姿，即肩部的状态，所述的智慧枕头前部设置肩部压力传感器5，所述的肩部压力传感器的宽度与所述的智慧枕头的宽度相同。所述的肩部压力传感器5包括N个并排设置的条形柔性压敏电阻6，外部设置与所述的枕套4同样材质的布套，N大于等于5。所述的柔性压敏电阻6将所受到的压力转换为电阻的变化，再经过电阻-电压转换，形成可以被检测的信号。
所述的肩部压力传感器5与所述的控制器连接。所述的控制器内部设置信号处理电路和处理器，所述的信号处理电路设置N组电阻电压转换电路，第i组的电阻电压转换电路设置第i个的柔性压敏电阻6一端与电源连接，一端连接精密电阻Ri，所述的精密电阻Ri另一端接地，所述的精密电阻Ri两端输出电压连接所述的处理器内部的AD转换器，获得与第i个的柔性压敏电阻6的阻值相应的数字量。
所述的控制器用于实现睡姿判断方法，所述的睡姿判断方法包括以下过程：
(1)信号检测：测量所述的肩部压力传感器5的输出压力值，即所述的柔性压敏电阻6的阻值fi(t)，i为所述的柔性压敏电阻6的序号，i∈[1，N]，t为测量序号，t≥0，则计算压力值gi(t)＝F(fi(t))，F代表所述的柔性压敏电阻6的特性曲线；
过程(1)为后台运行程序，每隔固定周期采集所述的肩部压力传感器5的输出压力值。第i组的电阻电压转换电路的输出电压值vi，电源电压为Vcc，根据电阻分压原理，计算所述的柔性压敏电阻6的阻值fi(t)＝(Vcc-vi)·Ri/vi。再根据所述的柔性压敏电阻6的特性曲线，计算压力值gi(t)。所述的特性曲线为厂家提供的压力-电阻关系曲线。
(2)学习阶段：用户躺在所述的智慧枕头上，反复正躺和侧躺，所述的控制器测量压力值gi(x)，x为从属于t的测量序号，统计满足gi(x)＞Tmin的数量nx，Tmin为测量的最小有效值，计算gi(x)的最大值gmax(x)；学习结束以后，统计nx的最大值Nmax和最小值Nmin，统计gmax(x)的最大值Gmax和最小值Gmin；
过程(2)为用户第一次使用所述的智慧枕头所需要进行的一个过程，将用户的身体数据进行记录，包括平躺和侧躺情况下的肩部宽度和压力值，分别为Nmax和Nmin，Gmax和Gmin。
(3)运行阶段：用户躺在所述的智慧枕头上，所述的控制器测量压力值gi(y)，y为从属于t的测量序号，统计满足gi(y)＞Tmin的数量ny，计算gi(y)的最大值gmax(y)，计算从属系数η＝|ny-Nmin|/(Nmax-Nmin)*0.5+|Gmax-gmax(y)|/(Gmax-Gmin)*0.5；当从属系数η＞1-k，则判断为平躺，当从属系数η＜k，判断为侧躺，其中k为冗余系数。
过程(3)为实际使用过程。根据测量得到的压力值gi(y)统计数据有效的数量ny，以及最大值gmax(y)，然后计算与睡姿的从属系数η。从属系数η考虑侧躺时，肩部接触所述的肩部压力传感器5的宽度小，而所述的柔性压敏电阻6受到的压力大；平躺时，肩部接触所述的肩部压力传感器5的宽度大，而所述的柔性压敏电阻6受到的压力小。因此从属系数η融合了宽度和压力信息，以系数形式反应当前睡姿为平躺或者侧躺的可能性。当从属系数η＞1-k，则判断为平躺，所述的控制器将所述的气囊2放气，降低所述的智慧枕头的高度；当从属系数η＜k，判断为侧躺，所述的控制器将所述的气囊2充气，提高所述的智慧枕头的高度；而当k≤η≤1-k时，为平躺和侧躺之间的中间状态，所述的智慧枕头的高度介于平躺时的高度与侧躺时的高度之间，可根据从属系数η进行线性插值。
综上所述，本发明公开的方案根据用户肩部接触所述的肩部压力传感器5的宽度以及施加的压力，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 (2)
1.一种根据肩部压力分布判断睡姿的智慧枕头，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气囊，所述的气囊的上部设置支撑头部的海绵，所述的底板、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，所述的气压传感器、进气阀和充气泵连接控制器，所述的控制器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：所述的智慧枕头前部设置肩部压力传感器，所述的肩部压力传感器的宽度与所述的智慧枕头的宽度相同，包括N个并排设置的条形柔性压敏电阻，外部设置与所述的枕套同样材质的布套，N大于等于5，所述的肩部压力传感器与所述的控制器连接，所述的控制器用于实现睡姿判断方法，所述的睡姿判断方法包括以下过程：
(1)信号检测：测量所述的肩部压力传感器的输出压力值，即所述的柔性压敏电阻的阻值fi(t)，i为所述的柔性压敏电阻的序号，i∈[1，N]，t为测量序号，t≥0，则计算压力值gi(t)＝F(fi(t))，F代表所述的柔性压敏电阻的特性曲线；
(2)学习阶段：用户躺在所述的智慧枕头上，反复正躺和侧躺，所述的控制器测量压力值gi(x)，x为从属于t的测量序号，统计满足gi(x)＞Tmin的数量nx，Tmin为测量的最小有效值，计算gi(x)的最大值gmax(x)；学习结束以后，统计nx的最大值Nmax和最小值Nmin，统计gmax(x)的最大值Gmax和最小值Gmin；
(3)运行阶段：用户躺在所述的智慧枕头上，所述的控制器测量压力值gi(y)，y为从属于t的测量序号，统计满足gi(y)＞Tmin的数量ny，计算gi(y)的最大值gmax(y)，计算从属系数η＝|ny-Nmin|/(Nmax-Nmin)*0.5+|Gmax-gmax(y)|/(Gmax-Gmin)*0.5；当从属系数η＞1-k，则判断为平躺，当从属系数η＜k，判断为侧躺，其中k为冗余系数。
2.根据权利要求1所述的一种根据肩部压力分布判断睡姿的智慧枕头，其特征在于：所述的控制器内部设置信号处理电路和处理器，所述的信号处理电路设置N组电阻电压转换电路，第i组的电阻电压转换电路设置第i个的柔性压敏电阻一端与电源连接，一端连接精密电阻Ri，所述的精密电阻Ri另一端接地，所述的精密电阻Ri两端输出电压连接所述的处理器内部的AD转换器，获得与第i个的柔性压敏电阻的阻值相应的数字量。
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