專利名稱:智能床墊系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種智能床墊系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：智能控制裝置、氣壓傳感器、床墊；床墊包括充氣袋層；智能控制裝置用于通過氣壓傳感器檢測(cè)獲取充氣袋層內(nèi)的氣壓，根據(jù)氣壓的變化獲取床墊上人體生命特征數(shù)據(jù)。人躺在床墊上，呼吸和心跳的振動(dòng)引起床墊中氣壓相應(yīng)變化，通過氣壓傳感器將變化的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成變化的電壓信號(hào)。通過相應(yīng)的信號(hào)處理算法和信號(hào)檢測(cè)算法從變化的電壓信號(hào)中提取出心跳和呼吸頻率。本實(shí)用新型關(guān)鍵在于：通過對(duì)床墊充氣袋層的充氣量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)床墊軟硬調(diào)節(jié)，滿足不同用戶對(duì)床墊舒適度的要求；通過智能控制裝置模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶呼吸和心率、壓力、睡眠質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，以便用戶及時(shí)了解自身健康數(shù)據(jù)。
【專利說明】
智能床墊系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及智能家電技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種智能床墊系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提升，越來越多的人開始注重自己的生活品質(zhì)。睡 眠占據(jù)了人一生三分之一的時(shí)間，床墊是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚募揖佑闷?。隨著人們 生活水平的不斷提高，人們對(duì)床墊的外觀、舒適性、功能、環(huán)保特性及產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越 來越高?，F(xiàn)在床墊的發(fā)展也朝著立體化、多功能化發(fā)展。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，通常床墊分為彈簧床墊、棕櫚床墊、乳膠床墊、水床墊和氣床墊等。在 這些床墊中，最為常用的是彈簧床墊。彈簧床墊的內(nèi)部設(shè)置的彈簧層，彈簧層上設(shè)置舒適的 填充層。而在使用時(shí)間長以后，容易發(fā)生彈簧生銹和彈性失效的現(xiàn)象?，F(xiàn)有床墊的整體式結(jié) 構(gòu)也難以滿足不同用途的需求，為現(xiàn)有席夢(mèng)思床墊的應(yīng)用帶來局限性。
[0004] 當(dāng)前市面上的床墊眾多，但是不管是彈簧床墊還是純海綿床墊，都是固定硬度的 床墊；消費(fèi)者在買回家后如果感覺不舒適，不能進(jìn)行調(diào)節(jié)；另外，對(duì)于需要改善睡眠質(zhì)量的 用戶，不能監(jiān)測(cè)自己的睡眠質(zhì)量，呼吸頻率，心率等參數(shù)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種智能床墊系統(tǒng)。
[0006] 根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種智能床墊系統(tǒng)，包括：智能控制裝置、氣壓傳感器、床 墊;所述床墊包括充氣袋層；
[0007]所述氣壓傳感器連接至所述床墊的充氣袋層，并檢測(cè)獲取所述充氣袋層內(nèi)氣壓； 所述智能控制裝置與所述氣壓傳感器相連，所述智能控制裝置根據(jù)所述氣壓傳感器檢測(cè)的 充氣袋層內(nèi)氣壓的變化獲取床墊上人體生命特征數(shù)據(jù)，所述床墊上人體生命特征數(shù)據(jù)包括 呼吸頻率和/或心跳頻率。
[0008] 作為一種優(yōu)化方案，所述智能控制裝置包括前處理模塊和后處理模塊；
[0009] 所述前處理模塊將所述氣壓傳感器檢測(cè)獲取的充氣袋層的氣壓信號(hào)處理后傳輸 給所述后處理模塊，所述后處理模塊根據(jù)處理后的氣壓信號(hào)獲取床墊上人體的呼吸頻率 和/或心跳頻率;所述處理后的氣壓信號(hào)頻率小于或等于10Hz。
[0010] 作為一種優(yōu)化方案，所述后處理模塊包括第二處理子模塊，
[0011]所述第二處理子模塊對(duì)處理后的氣壓信號(hào)時(shí)域頻譜進(jìn)行快速傅里葉變換獲得處 理后的氣壓信號(hào)頻域頻譜；
[0012] 所述第二處理子模塊在預(yù)設(shè)的呼吸頻段范圍內(nèi)獲取所述處理后的氣壓信號(hào)頻域 頻譜的峰值輸出為所述呼吸頻率；
[0013] 所述第二處理子模塊在預(yù)設(shè)的心跳頻段范圍內(nèi)獲取所述處理后的氣壓信號(hào)頻域 頻譜的峰值輸出為所述心跳頻率。
[0014] 作為一種優(yōu)化方案，所述處理后的氣壓信號(hào)時(shí)域頻譜：S(t) = %(t)+Sb(t)+A;其 中，心跳電壓信號(hào)sh(t) = AhX sin(2jrfht+9h)，呼吸電壓信號(hào)sb(t) = Ab X sin(2jrfbt+9b)，Ah 和Ab分別為心跳和呼吸的幅度，fh和fb分別為呼吸和心跳的頻率，9h和9b分別為呼吸和心跳 的初始相位；
[0015]所述第二處理子模塊對(duì)處理后的氣壓信號(hào)時(shí)域頻譜進(jìn)行快速傅里葉變換具體為：
[0016] S(Jlnf) - J s(t)e~i2njft dt ：?,
[0017] 作為一種優(yōu)化方案，所述后處理模塊還包括網(wǎng)絡(luò)連接子模塊;所述第二處理子模 塊通過所述網(wǎng)絡(luò)連接子模塊將所述呼吸頻率和心跳頻率發(fā)送至其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
[0018] 作為一種優(yōu)化方案，所述后處理模塊還包括顯示模塊;所述第二處理子模塊將所 述呼吸頻率和心跳頻率傳輸至所述顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
[0019] 作為一種優(yōu)化方案，所述前處理模塊與所述后處理模塊通過USB接口相連，所述前 處理模塊控制USB協(xié)議將所述處理后的氣壓信號(hào)傳輸給所述后處理模塊。
[0020] 作為一種優(yōu)化方案，還包括充氣栗、空氣控制閥;所述空氣控制閥設(shè)于所述充氣栗 與所述充氣袋層連接的管路上；
[0021] 所述前處理模塊根據(jù)外部操作或預(yù)設(shè)程序以及所述當(dāng)前氣壓值控制所述充氣栗 和所述空氣控制閥，改變所述充氣袋層內(nèi)的氣壓到目標(biāo)范圍，從而調(diào)節(jié)所述床墊的軟硬；
[0022] 所述空氣控制閥響應(yīng)所述前處理模塊的控制連通充氣袋層側(cè)氣孔與充氣栗，或連 通充氣袋層側(cè)氣孔與外界，或閉合充氣袋側(cè)層氣孔。
[0023] 作為一種優(yōu)化方案，還包括外接氣室，所述充氣袋層與所述外接氣室連通，所述氣 壓傳感器設(shè)于所述外接氣室內(nèi)。
[0024] 作為一種優(yōu)化方案，所述前處理模塊包括濾波放大子模塊，所述濾波放大子模塊 包括第一低通濾波器、放大器、第二低通濾波器;所述氣壓傳感器連接所述第一低通濾波 器，所述第一低通濾波器連接所述放大器，所述放大器連接所述第二低通濾波器；
[0025]所述第一低通濾波器將氣壓信號(hào)濾波至信號(hào)頻率小于或等于10Hz，所述放大器將 信號(hào)放大0-350倍，所述第二低通濾波器將放大后的信號(hào)濾波至信號(hào)頻率小于或等于IOHz 獲得所述處理后的氣壓信號(hào)。
[0026]作為一種優(yōu)化方案，所述前處理模塊還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一處理子模塊；
[0027]所述氣壓信號(hào)經(jīng)所述濾波放大子模塊處理后經(jīng)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲 得所述處理后的氣壓信號(hào)，所述第一處理子模塊將所述處理后的氣壓信號(hào)發(fā)送給所述后處 理模塊。
[0028]作為一種優(yōu)化方案，所述前處理模塊還包括第一處理子模塊；
[0029] 所述第一處理子模塊根據(jù)所述處理后的氣壓信號(hào)獲得當(dāng)前氣壓值，以及根據(jù)外部 操作或預(yù)設(shè)程序以及所述當(dāng)前氣壓值控制所述充氣栗和所述空氣控制閥，改變所述充氣袋 層內(nèi)的氣壓到目標(biāo)范圍，從而調(diào)節(jié)所述床墊的軟硬。
[0030] 作為一種優(yōu)化方案，所述前處理模塊還包括藍(lán)牙子模塊;所述第一處理子模塊通 過所述藍(lán)牙子模塊與其他藍(lán)牙設(shè)備通信。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果：
[0032] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是消費(fèi)者可以根據(jù)自己需要選擇所需要的床墊硬度，達(dá)到最佳 舒適程度;消費(fèi)者可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自己的身體狀態(tài)特征，如呼吸頻率、心率，呼吸頻率、心率可 進(jìn)一步用于計(jì)算睡眠質(zhì)量等其他健康數(shù)據(jù)。
【附圖說明】

[0033] 為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要 使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例， 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 的附圖。附圖中：
[0034] 圖1是可選實(shí)施例的一種智能床墊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2是可選實(shí)施例的一種智能床墊系統(tǒng)前處理模塊框圖；
[0036] 圖3是可選實(shí)施例的一種智能床墊系統(tǒng)后處理模塊框圖；
[0037] 圖4是可選實(shí)施例的一種智能床墊系統(tǒng)心率和呼吸頻率檢測(cè)流程原理圖；
[0038] 圖5是可選實(shí)施例的一種智能床墊系統(tǒng)氣壓信號(hào)時(shí)域頻譜；
[0039] 圖6是可選實(shí)施例的一種智能床墊系統(tǒng)氣壓信號(hào)頻域頻譜；
[0040] 圖7是可選實(shí)施例的一種智能床墊系統(tǒng)實(shí)物示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下文結(jié)合附圖以具體實(shí)施例的方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有 助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指 出的是，還可以使用其他的實(shí)施例，或者對(duì)本文列舉的實(shí)施例進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能上的修改，而 不會(huì)脫離本實(shí)用新型的范圍和實(shí)質(zhì)。
[0042] 本實(shí)用新型的關(guān)鍵在于：一方面，通過智能控制裝置的氣壓檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶呼吸 和心率的監(jiān)測(cè)，從而以便用戶及時(shí)了解自身的健康數(shù)據(jù)。另一方面，通過對(duì)床墊充氣袋層的 充氣量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)床墊的軟硬調(diào)節(jié)，從而滿足不同用戶對(duì)床墊舒適度的要求。
[0043] 在本實(shí)用新型提供的一種智能床墊系統(tǒng)的實(shí)施例中，如圖1和圖7所示，包括:智能 控制裝置、氣壓傳感器、床墊;所述床墊包括充氣袋層；
[0044] 所述氣壓傳感器連接至所述床墊的充氣袋層，并檢測(cè)獲取所述充氣袋層內(nèi)氣壓； 所述智能控制裝置與所述氣壓傳感器相連，所述智能控制裝置根據(jù)所述氣壓傳感器檢測(cè)的 充氣袋層內(nèi)氣壓的變化獲取床墊上人體生命特征數(shù)據(jù)，所述床墊上人體生命特征數(shù)據(jù)包括 呼吸頻率和/或心跳頻率。
[0045]作為一種實(shí)施例，所述智能控制裝置包括如圖2、3所示的前處理模塊和后處理模 塊；
[0046]所述前處理模塊將所述氣壓傳感器檢測(cè)獲取的充氣袋層的氣壓信號(hào)處理后傳輸 給所述后處理模塊，所述后處理模塊根據(jù)處理后的氣壓信號(hào)獲取床墊上人體的呼吸頻率 和/或心跳頻率;所述處理后的氣壓信號(hào)頻率小于或等于10Hz。
[0047]作為一種實(shí)施例，如圖4所示的檢測(cè)流程，所述處理后的氣壓信號(hào)時(shí)域頻譜：s(t) = sh(t)+sb(t)+A如圖5所示;其中，心跳電壓信號(hào)sh(t) =AhX sin(2Jifht+9h)，呼吸電壓信號(hào) sb(t)=AbXsin(2Jifbt+0b)，Ah和Ab分別為心跳和呼吸的幅度，fh和fb分別為呼吸和心跳的頻 率，00P0 b分別為呼吸和心跳的初始相位；
[0048]所述后處理模塊包括第二處理子模塊，
[0049] 所述第二處理子模塊對(duì)處理后的氣壓信號(hào)時(shí)域頻譜進(jìn)行快速傅里葉變換獲得處 理后的氣壓信號(hào)頻域頻譜：
[0050] S(Jlnf) = J+ s{t)e~i27cft dt〇 一CO
[0051] 所述第二處理子模塊在預(yù)設(shè)的呼吸頻段范圍內(nèi)獲取所述處理后的氣壓信號(hào)頻域 頻譜的峰值輸出為所述呼吸頻率，如圖6所示。
[0052]所述第二處理子模塊在預(yù)設(shè)的心跳頻段范圍內(nèi)獲取所述處理后的氣壓信號(hào)頻域 頻譜的峰值輸出為所述心跳頻率，如圖6所示。
[0053]第二處理子模塊對(duì)處理后的氣壓信號(hào)做快速傅里葉變換后頻域累積獲取的頻譜 包括了呼吸頻段和心跳頻段。
[0054]作為一種實(shí)施例，所述后處理模塊還包括網(wǎng)絡(luò)連接子模塊;所述第二處理子模塊 通過所述網(wǎng)絡(luò)連接子模塊將所述呼吸頻率和心跳頻率發(fā)送至其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
[0055]所述網(wǎng)絡(luò)連接子模塊可以為WI-FI模塊和有線連接網(wǎng)絡(luò)模塊。其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以 是用戶終端設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。用戶終端設(shè)備可以獲取所述呼吸頻率和心跳頻率，從而記 錄自己或其他家人的健康數(shù)據(jù)。如果用戶正處于健身階段，則可以通過長期監(jiān)控自己的呼 吸頻率和心跳頻率，對(duì)比獲知鍛煉是否對(duì)自己的健康程度有所幫助。也可以是用于對(duì)疾病 的治療效果的長期觀察。將呼吸頻率和心跳頻率通過所述網(wǎng)絡(luò)連接子模塊上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 器也是同樣可以長期記錄這些健康數(shù)據(jù)，用戶可以登錄網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器隨時(shí)隨地地查閱、對(duì)比。 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器也可以基于這些呼吸頻率和心跳頻率做更深入的健康數(shù)據(jù)處理分析。
[0056]作為一種實(shí)施例，所述后處理模塊還包括顯示模塊;所述第二處理子模塊將用戶 的所述呼吸頻率和心跳頻率傳輸至所述顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。所述智能控制裝置安裝在 控制箱（盒）中，顯示模塊也設(shè)置于控制箱表面，用戶可以在不用任何其他設(shè)備（如手機(jī)終 端）的情況下直觀地從顯示模塊上看到自己的呼吸頻率和心跳頻率的數(shù)值和變化規(guī)律。所 述顯示模塊可以是數(shù)碼管顯示，或液晶顯示屏，或LED顯示屏等顯示設(shè)備。所述顯示模塊可 以是與后處理模塊有線連接的顯示屏，也可以是與后處理模塊通過網(wǎng)絡(luò)連接子模塊進(jìn)行無 線數(shù)據(jù)傳輸?shù)娘@示裝置。
[0057]作為一種實(shí)施例，所述前處理模塊包括濾波放大子模塊，所述濾波放大子模塊包 括第一低通濾波器、放大器、第二低通濾波器;所述氣壓傳感器連接所述第一低通濾波器， 所述第一低通濾波器連接所述放大器，所述放大器連接所述第二低通濾波器；
[0058]所述第一低通濾波器將氣壓信號(hào)濾波至信號(hào)頻率小于或等于10Hz，所述放大器將 信號(hào)放大0-350倍，所述第二低通濾波器將放大后的信號(hào)濾波至信號(hào)頻率小于或等于IOHz 獲得所述處理后的氣壓信號(hào)。所述放大器的放大倍數(shù)可以是80倍，或100倍，或150倍，或170 倍，或200倍，或300倍，放大倍數(shù)可以根據(jù)濾波頻率的不同設(shè)置進(jìn)行調(diào)整。
[0059]所述前處理模塊還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一處理子模塊；
[0060] 所述氣壓信號(hào)經(jīng)所述濾波放大子模塊處理后經(jīng)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲 得所述處理后的氣壓信號(hào)，所述第一處理子模塊將所述處理后的氣壓信號(hào)發(fā)送給所述后處 理模塊。
[0061] 所述濾波放大子模塊是對(duì)模擬信號(hào)形式的氣壓信號(hào)進(jìn)行前端處理，以便濾除明顯 的雜波。所述濾波放大子模塊為圖2中的模擬前端，進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)處理。人體躺在充氣床墊 上，呼吸和心跳的振動(dòng)引起床墊和氣管中的氣壓相應(yīng)的變化，通過氣壓傳感器將變化的氣 壓轉(zhuǎn)化成變化的電壓信號(hào)。信號(hào)再通過模擬前端進(jìn)行低通濾波和放大，以提高信噪比，再通 過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以方便數(shù)字信號(hào)處理。最后通過相應(yīng) 的信號(hào)處理算法和信號(hào)檢測(cè)算法從變化的電壓信號(hào)中將心跳頻率和呼吸頻率提取出來。 [0062]作為一種實(shí)施例，所述前處理模塊與所述后處理模塊通過USB接口相連，所述前處 理模塊控制USB協(xié)議將所述處理后的氣壓信號(hào)傳輸給所述后處理模塊。所述前處理模塊與 所述后處理模塊通過USB接口相連，所述前處理模塊與所述后處理模塊分別設(shè)置在兩塊相 互獨(dú)立的電路板上，通過USB接口可插拔連接。其一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于這種連接便于在后處理模塊 發(fā)生故障時(shí)更換電路板。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，若用戶對(duì)心率監(jiān)測(cè)的功能無需要，為了減少成 本，可以購買不帶后處理模塊的產(chǎn)品，即僅僅帶有床墊軟硬調(diào)節(jié)功能，而無法進(jìn)行心率和呼 吸頻率的檢測(cè)，且在其后期產(chǎn)生增加心率和呼吸頻率檢測(cè)功能的想法時(shí)，可以通過USB接口 將對(duì)應(yīng)的后處理模塊增加上去。前處理模塊和后處理模塊在一定程度上具有相對(duì)獨(dú)立的特 征，為用戶提供了更多選擇，也為產(chǎn)品維修提供了便利。
[0063] 作為一種實(shí)施例，如圖1和圖7所示，床墊系統(tǒng)還包括充氣栗、空氣控制閥；所述空 氣控制閥設(shè)于所述充氣栗與所述充氣袋層連接的管路上；
[0064] 所述前處理模塊根據(jù)外部操作或預(yù)設(shè)程序以及所述當(dāng)前氣壓值控制所述充氣栗 和所述空氣控制閥，改變所述充氣袋層內(nèi)的氣壓到目標(biāo)范圍，從而調(diào)節(jié)所述床墊的軟硬。
[0065] 所述空氣控制閥響應(yīng)所述前處理模塊的控制連通充氣袋層側(cè)氣孔與充氣栗，或連 通充氣袋層側(cè)氣孔與外界，或閉合充氣袋側(cè)層氣孔。
[0066] 充氣袋層與充氣栗連通狀態(tài)下，同時(shí)控制充氣栗工作，則對(duì)充氣袋層進(jìn)行充氣，床 墊變硬。
[0067] 充氣袋層與外界連通狀態(tài)下，控制充氣栗停止工作，而充氣袋層則進(jìn)行放氣，床墊 變軟。
[0068] 充氣袋層側(cè)氣孔閉合狀態(tài)下，控制充氣栗停止工作，床墊軟硬不變，充氣袋處于封 閉狀態(tài)。
[0069] 作為一種實(shí)施例，床墊系統(tǒng)還包括外接氣室，所述充氣袋層與所述外接氣室始終 保持連通，所述氣壓傳感器設(shè)于所述外接氣室內(nèi)。氣壓傳感器通過一根氣管與充氣袋層內(nèi) 部充氣空間連通，氣壓傳感器能夠在充氣袋層內(nèi)出現(xiàn)任何氣壓變化的同時(shí)感測(cè)到，產(chǎn)生所 述氣壓信號(hào)。本實(shí)施例中氣壓傳感器設(shè)置在床墊外，便于在氣壓傳感器出現(xiàn)故障時(shí)的及時(shí) 維修不破壞床墊結(jié)構(gòu)，同時(shí)也方便對(duì)氣壓傳感器的更新維護(hù)。本實(shí)施例通過對(duì)氣壓的檢測(cè) 獲取用戶的心率和呼吸頻率，由于在經(jīng)過快速傅里葉變換之后的波形清晰明確，峰值突出， 能夠很快獲得準(zhǔn)確的心率和呼吸頻率，較現(xiàn)有技術(shù)中通過震動(dòng)傳感器獲取頻率的方案有較 大的改進(jìn)，且效果顯著。
[0070] 作為一種實(shí)施例，所述第一處理子模塊還用于：
[0071] 根據(jù)所述處理后的氣壓信號(hào)獲得當(dāng)前氣壓值；
[0072] 根據(jù)外部操作或預(yù)設(shè)程序以及所述當(dāng)前氣壓值控制所述充氣栗和所述空氣控制 閥，改變所述充氣袋層內(nèi)的氣壓到目標(biāo)范圍。
[0073] 本實(shí)施例中將床墊的軟硬度設(shè)置為1-10檔位，1為最軟，10為最硬。而充氣袋層中 氣壓越大，對(duì)應(yīng)地，床墊也越硬。在第一處理子模塊中預(yù)存有10個(gè)氣壓范圍與檔位的對(duì)應(yīng)關(guān) 系。用戶通過按鈕或手機(jī)發(fā)送控制信號(hào)向第一處理子模塊發(fā)送目標(biāo)范圍7,若當(dāng)前氣壓值屬 于檔位5對(duì)應(yīng)的氣壓范圍，則第一處理子模塊調(diào)節(jié)空氣控制閥連通充氣栗和充氣袋層，打開 充氣栗對(duì)充氣袋層進(jìn)行充氣，直到氣壓傳感器檢測(cè)到的氣壓達(dá)到目標(biāo)范圍7后停止充氣，并 閉合空氣控制閥中充氣袋層側(cè)氣孔，使得充氣袋層封閉。
[0074]實(shí)際中的氣壓范圍可以標(biāo)識(shí)為:非常軟、較軟、舒適、中等、較硬、非常硬等文字描 述。六條軟硬度標(biāo)準(zhǔn)為文字描述型，用戶可以根據(jù)自身感受選擇相應(yīng)的軟硬度，這種軟硬度 設(shè)置更具人性化，調(diào)節(jié)原理同上。
[0075]作為一種實(shí)施例，所述前處理模塊還包括藍(lán)牙子模塊;所述第一處理子模塊通過 所述藍(lán)牙子模塊將當(dāng)前氣壓值發(fā)送至其他藍(lán)牙設(shè)備。其他藍(lán)牙設(shè)備可以是遙控器，或控制 主機(jī)，或手機(jī)等。第一處理子模塊通過藍(lán)牙獲取目標(biāo)值，也將當(dāng)前的軟硬度反饋給藍(lán)牙設(shè) 備。
[0076] -種精確獲知床墊上人體生命特征數(shù)據(jù)的方法，包括：
[0077]步驟1，提供智能控制裝置、氣壓傳感器、床墊;所述床墊包括充氣袋層；
[0078] 步驟2，所述氣壓傳感器檢測(cè)獲取所述充氣袋層內(nèi)的氣壓；
[0079] 步驟3,所述智能控制裝置根據(jù)所述氣壓的變化獲取床墊上人體生命特征數(shù)據(jù)，所 述床墊上人體生命特征數(shù)據(jù)包括呼吸頻率和/或心跳頻率。
[0080] 在步驟2和步驟3之間還包括:對(duì)根據(jù)所述氣壓獲得的信號(hào)依次進(jìn)行低通濾波、0~ 350倍放大、低通濾波，獲得所述處理后的氣壓信號(hào)，所述低通濾波允許通過的最大頻率小 于或等于10Hz。
[0081] 步驟3中計(jì)算用戶的呼吸頻率和心跳頻率的過程進(jìn)一步包括：
[0082]根據(jù)所述充氣袋層內(nèi)氣壓的變化獲得處理后的氣壓信號(hào)，對(duì)處理后的氣壓信號(hào)時(shí) 域頻譜進(jìn)行快速傅里葉變換獲得處理后的氣壓信號(hào)頻域頻譜；
[0083] 在預(yù)設(shè)的呼吸頻段范圍內(nèi)獲取所述處理后的氣壓信號(hào)頻域頻譜的峰值輸出為用 戶的所述呼吸頻率；
[0084] 在預(yù)設(shè)的心跳頻段范圍內(nèi)獲取所述處理后的氣壓信號(hào)頻域頻譜的峰值輸出為用 戶的所述心跳頻率。
[0085] 步驟3中所述處理后的氣壓信號(hào)時(shí)域頻譜為:s(t) = Sh(t)+sb(t)+A;其中，心跳電 壓信號(hào)sh(t) = AhX sin(2Jifht+9h)，呼吸電壓信號(hào)sb(t) = AbX sin(2Jifbt+9b)，Ah和Ab分別為 心跳和呼吸的幅度，fh和fb分別為呼吸和心跳的頻率，Θ h和Θ b分別為呼吸和心跳的初始相 位；
[0086] 所述對(duì)處理后的氣壓信號(hào)時(shí)域頻譜進(jìn)行快速傅里葉變換具體為：5Χ/2π/)二 廣 s(t)e-河 。 .-CO
[0087] 所述預(yù)設(shè)的呼吸頻段范圍為0~0.5Hz;所述預(yù)設(shè)的心跳頻段范圍為0.6~2.7Hz。
[0088]智能床墊系統(tǒng)中的心跳和呼吸頻率提取算法流程如圖4所示。人體躺在充氣床墊 上，呼吸和心跳的振動(dòng)引起床墊和氣管中的氣壓相應(yīng)的變化，通過氣壓傳感器將變化的壓 力轉(zhuǎn)化成變化的電壓信號(hào)。信號(hào)再通過模擬前端進(jìn)行低通濾波和放大，以提高信噪比，再通 過ADC將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以方便數(shù)字信號(hào)處理。最后通過相應(yīng)的信號(hào)處理算 法和信號(hào)檢測(cè)算法從變化的電壓信號(hào)中將心跳和呼吸頻率提取出來。
[0089] 人體心跳和呼吸的動(dòng)作均可視為振動(dòng)，通過氣壓傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后同樣為 振動(dòng)信號(hào)，因此用正弦信號(hào)來建模心跳和呼吸信號(hào)：
[0090] sh(t) = AhX sin(2JTfht+0h) (I)
[0091] sb(t) = Ab X sin(2JTfbt+9b) (2)
[0092] s(t)=sh(t)+sb(t)+A (3)
[0093] 式（I)和式(2)分別為心跳和呼吸電壓信號(hào)，其中Ah和Ab分別為心跳和呼吸的幅度， fh和fb分別為呼吸和心跳的頻率，別為呼吸和心跳的初始相位。式(3)為氣壓傳感 器輸出的電壓信號(hào)，它包含了心跳和呼吸信號(hào)之和，此外它還可能包含了直流成分A。
[0094] 由于心跳和呼吸信號(hào)類似于正弦波信號(hào)，因此對(duì)于頻率的測(cè)量采用傅里葉變換來 進(jìn)行信號(hào)處理。傅里葉變換基本原理如下。以氣壓傳感器輸出的電壓信號(hào)s(t)為例，它的傅 里葉變換如式(4):
[0095]
(4)
[0096] 同樣信號(hào)s(t)也可用傅里葉變換進(jìn)行表示，如式(5)所示：
[0097]
(5)
[0098] 由此看出，信號(hào)s(t)可以表示成不同單頻信號(hào)之和，單頻信號(hào)的幅度即為傅里葉 變換的值S(j23if)。式(4)和式(5)稱為傅里葉變換對(duì)，（4)為傅里葉變換，（5)為傅里葉反變 換。傅里葉變換可以將信號(hào)從時(shí)域變換到頻域進(jìn)行分析。對(duì)于氣壓傳感器輸出信號(hào)，由心跳 信號(hào)、呼吸信號(hào)和直流信號(hào)三個(gè)單頻信號(hào)組成，對(duì)應(yīng)的頻率分別為fh、fb和0Hz。在時(shí)域上由 于有多個(gè)頻率成分且加上噪聲和干擾的影響，對(duì)心跳和呼吸頻率很難提取，但通過傅里葉 變換轉(zhuǎn)換到頻域后心跳和呼吸頻率及干擾能分離開，因此可以完成對(duì)心跳和呼吸頻率的提 取。
[0099] 考慮到信號(hào)經(jīng)過數(shù)字采集模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，因此采用離散傅里葉變換(DFT)， 又考慮到運(yùn)算的復(fù)雜程度，因此采用快速傅里葉變換(FFT)。
[0100]圖4為信號(hào)處理算法流程。由于信號(hào)經(jīng)過氣壓傳感器和模擬前端后具有直流信號(hào) 成分，且相對(duì)于心跳和呼吸信號(hào)能量大得多，如果不去除旁瓣極易將心跳和呼吸信號(hào)淹沒， 因此在FFT之前加入去除直流成分的處理。另外，由于信號(hào)長度不可能無限，因此需要對(duì)FFT 前信號(hào)進(jìn)行加窗處理以優(yōu)化主瓣和旁瓣性能。FFT之后信號(hào)為復(fù)信號(hào)，由于不考慮使用相位 信息，只使用幅度信息，因此在FFT之后進(jìn)行取模運(yùn)算，最后輸出給信號(hào)檢測(cè)算法以檢測(cè)心 跳和呼吸頻率。
[0101] 下面兩張圖為仿真結(jié)果。在信噪比足夠的情況下，通過傅里葉變換將信號(hào)轉(zhuǎn)換到 頻域后，可以很方便的提取心跳和呼吸頻率。
[0102] 從圖5和圖6的仿真結(jié)果對(duì)比可以看出，圖6中幅頻曲線中峰值部分對(duì)應(yīng)的頻率即 為心跳和呼吸頻率。因此只要檢測(cè)到峰值即可
[0103] 圖4為信號(hào)檢測(cè)算法流程圖。按人正常呼吸頻率不超過30次/分鐘計(jì)算，則呼吸頻 段范圍設(shè)置為〇~〇. 5Hz。按人心率范圍40次/分鐘~160次/分鐘計(jì)算，心跳頻段范圍設(shè)置為 0.6~2.7Hz。因此對(duì)信號(hào)處理算法輸出的幅頻曲線數(shù)據(jù)分別進(jìn)行心跳和呼吸頻段的數(shù)據(jù)截 取，再分別在兩個(gè)頻段進(jìn)行最大值搜索，所對(duì)應(yīng)的頻率即分別為心跳和呼吸頻率。
[0104] 步驟1還包括:提供充氣栗、空氣控制閥，所述空氣控制閥設(shè)于所述充氣栗與所述 充氣袋層連接的管路上，所述空氣控制閥連通充氣袋層側(cè)氣孔與充氣栗，或連通充氣袋層 側(cè)氣孔與外界，或閉合充氣袋側(cè)層氣孔；
[0105] 所述步驟3還包括充氣袋層氣壓調(diào)節(jié):根據(jù)外部操作或預(yù)設(shè)程序以及所述當(dāng)前氣 壓值控制所述充氣栗和所述空氣控制閥，改變所述充氣袋層內(nèi)的氣壓到目標(biāo)范圍。
[0106] 在本實(shí)施例中，可以是用戶手動(dòng)地對(duì)床墊中充氣袋的軟硬進(jìn)行調(diào)節(jié)，即用戶在感 受床墊過于軟的情況下，向所述智能控制裝置發(fā)送控制信息控制空氣閥連通充氣栗與充氣 袋層，打開充氣栗對(duì)充氣袋層進(jìn)行充氣，充氣至用戶指定的程度后控制充氣栗停止充氣，保 持充氣袋的充氣量，用戶獲得了較硬的床墊感受。若用戶需要將床墊調(diào)柔軟一些，則向所述 智能控制裝置發(fā)送控制信息以控制空氣閥連通充氣袋與管路外部，實(shí)現(xiàn)充氣袋的放氣。
[0107] 所述充氣袋層氣壓調(diào)節(jié)過程進(jìn)一步包括：
[0108] 步驟31，根據(jù)所述外部操作或預(yù)設(shè)程序獲取所述目標(biāo)范圍；
[0109] 步驟32,將當(dāng)前氣壓值與所述目標(biāo)范圍進(jìn)行比較，
[0110] 若當(dāng)前氣壓值屬于目標(biāo)范圍則不調(diào)節(jié)， 若當(dāng)前氣壓值大于目標(biāo)范圍則控制空氣控制閥連通充氣袋層側(cè)氣孔與外界，進(jìn)行 放氣降壓直至當(dāng)前氣壓值降至所述目標(biāo)范圍后，控制空氣控制閥閉合充氣袋側(cè)層氣孔，
[0112]若當(dāng)前氣壓值小于目標(biāo)范圍則控制空氣控制閥連通充氣袋層側(cè)氣孔與充氣栗，打 開充氣栗進(jìn)行充氣升壓直至當(dāng)前氣壓值升至所述目標(biāo)范圍后，控制空氣控制閥閉合充氣袋 側(cè)層氣孔并關(guān)閉充氣栗。
[0113]所述第一處理子模塊對(duì)充氣袋層的充氣量調(diào)節(jié)就實(shí)質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了智能床墊的軟硬 調(diào)節(jié)。所述充氣袋層包括左氣袋和右氣袋;所述左氣袋和右氣袋分別通過一所述空氣控制 閥、充氣管與同一充氣栗相連。兩個(gè)充氣管分別連通充氣袋層的左氣袋和右氣袋，可以實(shí)現(xiàn) 對(duì)左氣袋和右氣袋的分別充氣或同時(shí)充氣。本實(shí)施例中，將充氣袋層分割為不同的充氣袋， 可以通過所述智能控制裝置的智能控制實(shí)現(xiàn)不同充氣袋的軟硬度分別調(diào)節(jié)，從而滿足用戶 不同部位，或者多個(gè)使用者的不同軟硬度需求。比如可以使頭部軟硬度和身體軟硬度的獨(dú) 立調(diào)節(jié);也可以是雙人床上兩個(gè)人所躺位置的軟硬度獨(dú)立調(diào)節(jié)。本實(shí)施例為床墊的軟硬度 可調(diào)提供了更加靈活的調(diào)節(jié)可能。
[0114]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本實(shí)用 新型的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行各種改變或等同替換。另外，在 本實(shí)用新型的教導(dǎo)下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不會(huì) 脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。因此，本實(shí)用新型不受此處所公開的具體實(shí)施例的限制，所 有落入本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施例都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，包括：智能控制裝置、氣壓傳感器、床墊;所述床墊 包括充氣袋層； 所述氣壓傳感器連接至所述床墊的充氣袋層，并檢測(cè)獲取所述充氣袋層內(nèi)氣壓;所述 智能控制裝置與所述氣壓傳感器相連，所述智能控制裝置根據(jù)所述氣壓傳感器檢測(cè)的充氣 袋層內(nèi)氣壓的變化獲取床墊上人體生命特征數(shù)據(jù)，所述床墊上人體生命特征數(shù)據(jù)包括呼吸 頻率和/或心跳頻率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，所述智能控制裝置包括前處 理模塊和后處理模塊； 所述前處理模塊將所述氣壓傳感器檢測(cè)獲取的充氣袋層的氣壓信號(hào)處理后傳輸給所 述后處理模塊，所述后處理模塊根據(jù)處理后的氣壓信號(hào)獲取床墊上人體的呼吸頻率和/或 心跳頻率;所述處理后的氣壓信號(hào)頻率小于或等于10Hz。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，所述后處理模塊包括第二處 理子模塊， 所述第二處理子模塊對(duì)處理后的氣壓信號(hào)時(shí)域頻譜進(jìn)行快速傅里葉變換獲得處理后 的氣壓信號(hào)頻域頻譜； 所述第二處理子模塊在預(yù)設(shè)的呼吸頻段范圍內(nèi)獲取所述處理后的氣壓信號(hào)頻域頻譜 的峰值輸出為所述呼吸頻率； 所述第二處理子模塊在預(yù)設(shè)的心跳頻段范圍內(nèi)獲取所述處理后的氣壓信號(hào)頻域頻譜 的峰值輸出為所述心跳頻率。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，所述處理后的氣壓信號(hào)時(shí)域 頻譜:s(t) = sh(t)+sb(t)+A;其中，心跳電壓信號(hào)sh(t) =AhX sin(2Jifht+9h)，呼吸電壓信號(hào) sb(t)=AbXsin(2Jifbt+0b)，Ah和Ab分別為心跳和呼吸的幅度，fh和fb分別為呼吸和心跳的頻 率，00P0 b分別為呼吸和心跳的初始相位； 所述第二處理子模塊對(duì)處理后的氣壓信號(hào)時(shí)域頻譜進(jìn)行快速傅里葉變換具體為： ··· c? ο5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，所述后處理模塊還包括網(wǎng)絡(luò) 連接子模塊;所述第二處理子模塊通過所述網(wǎng)絡(luò)連接子模塊將所述呼吸頻率和心跳頻率發(fā) 送至其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，所述后處理模塊還包括顯示 模塊;所述第二處理子模塊將所述呼吸頻率和心跳頻率傳輸至所述顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯 不。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，所述前處理模塊與所述后處 理模塊通過USB接口相連，所述前處理模塊控制USB協(xié)議將所述處理后的氣壓信號(hào)傳輸給所 述后處理模塊。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，還包括充氣栗、空氣控制閥； 所述空氣控制閥設(shè)于所述充氣栗與所述充氣袋層連接的管路上； 所述前處理模塊根據(jù)外部操作或預(yù)設(shè)程序以及當(dāng)前氣壓值控制所述充氣栗和所述空 氣控制閥，改變所述充氣袋層內(nèi)的氣壓到目標(biāo)范圍，從而調(diào)節(jié)所述床墊的軟硬； 所述空氣控制閥響應(yīng)所述前處理模塊的控制連通充氣袋層側(cè)氣孔與充氣栗，或連通充 氣袋層側(cè)氣孔與外界，或閉合充氣袋側(cè)層氣孔。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，還包括外接氣室，所述充氣 袋層與所述外接氣室連通，所述氣壓傳感器設(shè)于所述外接氣室內(nèi)。10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，所述前處理模塊包括濾波 放大子模塊，所述濾波放大子模塊包括第一低通濾波器、放大器、第二低通濾波器;所述氣 壓傳感器連接所述第一低通濾波器，所述第一低通濾波器連接所述放大器，所述放大器連 接所述第二低通濾波器； 所述第一低通濾波器將氣壓信號(hào)濾波至信號(hào)頻率小于或等于10Hz，所述放大器將信號(hào) 放大0-350倍，所述第二低通濾波器將放大后的信號(hào)濾波至信號(hào)頻率小于或等于10Hz獲得 所述處理后的氣壓信號(hào)。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，所述前處理模塊還包括模 數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一處理子模塊； 所述氣壓信號(hào)經(jīng)所述濾波放大子模塊處理后經(jīng)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得所 述處理后的氣壓信號(hào)，所述第一處理子模塊將所述處理后的氣壓信號(hào)發(fā)送給所述后處理模 塊。12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，所述前處理模塊還包括第 一處理子模塊； 所述第一處理子模塊根據(jù)所述處理后的氣壓信號(hào)獲得當(dāng)前氣壓值，以及根據(jù)外部操作 或預(yù)設(shè)程序以及所述當(dāng)前氣壓值控制所述充氣栗和所述空氣控制閥，改變所述充氣袋層 內(nèi)的氣壓到目標(biāo)范圍，從而調(diào)節(jié)所述床墊的軟硬。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種智能床墊系統(tǒng)，其特征在于，所述前處理模塊還包括藍(lán) 牙子模塊;所述第一處理子模塊通過所述藍(lán)牙子模塊與其他藍(lán)牙設(shè)備通信。
【文檔編號(hào)】A61B5/08GK205728862SQ201620031194
【公開日】2016年11月30日
【申請(qǐng)日】2016年1月13日
【發(fā)明人】陳旺, 周永舜, 徐小龍
【申請(qǐng)人】上海喬馬電子科技有限公司