智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種接觸面很小的智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)，它由生理信號采集模塊,MCU控制模塊、電源模塊、睡姿調(diào)整模塊和報警搶救模塊組成。其中生理信號采集模塊采用氣墊均衡人體在平躺過程中由于心肌收縮，呼吸過程中胸腔收縮以及其他肌肉運(yùn)動所產(chǎn)生的力,通過壓力傳感器將人體呼吸、心率、位移等生理信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過濾波、放大后傳遞給MCU進(jìn)行處理、判斷是否有睡眠呼吸終止，心臟驟停，跌落等異常，檢測異常時，MCU通過驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)使枕頭發(fā)生形變，調(diào)整睡眠呼吸，并針對異常進(jìn)行相應(yīng)的聲光報警。本發(fā)明與被測體接觸面積較小，無需佩戴傳感器，不影響睡眠，成本低廉，便于操作和維護(hù)管理。可以用于老幼的日常家庭化監(jiān)控的睡眠監(jiān)控系統(tǒng)。
【專利說明】智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種睡眠監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種成本低廉，接觸面積小，操作簡易的睡眠監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)表明，夜間是疾病的高發(fā)期。急性心肌梗塞在夜間的發(fā)病率約占全天總發(fā)病率的一半，腦血栓患者在睡眠中發(fā)病猝死的人數(shù)高達(dá)70%?80%。另外，許多疾病也多在夜間加重，包括心功能不全、支氣管炎、哮喘等。尤其是老年和重癥患者，夜間發(fā)病概率更大，當(dāng)今市面上的檢測系統(tǒng)大多采用繃帶或貼片傳感的形式，不但設(shè)備造價高，不利于家庭檢測，而且在檢測過程中，極大地影響了被測者的睡眠質(zhì)量，帶來更大的隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有睡眠檢測系統(tǒng)存在造價高和使用影響被測者睡眠質(zhì)量的問題，提出一種智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠利用氣墊裝置檢測被測者的心率、呼吸、位移信號，并實時顯示數(shù)據(jù)值，還可以通過控制電機(jī)進(jìn)行睡姿調(diào)整和異常情況報警。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)，包括生理信號采集模塊、MCU控制模塊、電源模塊、睡姿調(diào)整模塊和報警搶救模塊；
生理信號采集模塊，包括一個可形變氣囊，一路MP5010壓力傳感器、三路由濾波電路和放大電路構(gòu)成的帶通濾波器`，人體平躺壓在可形變氣囊上，由于人體心跳時心肌收縮，呼吸過程中胸腔收縮以及其他肌肉運(yùn)動所產(chǎn)生的力改變了可形變氣囊的體積，導(dǎo)致可形變氣囊內(nèi)部壓強(qiáng)產(chǎn)生輕微變化，可形變氣囊通過導(dǎo)管與MP5010壓力傳感器相連，MP5010壓力傳感器將壓強(qiáng)變化轉(zhuǎn)化為電信號，由于呼吸、心率、位移信號的頻率不同，分別通過通頻帶不同的四階巴特沃茲濾波器，將呼吸、心率、位移信號分離提取后，分三路傳入MCU控制模塊。
[0005]MCU控制模塊，包括由3路AD620組成的A/D轉(zhuǎn)換模塊和主控芯片；A/D轉(zhuǎn)換模塊分別將生理信號采集模塊采集的人體的呼吸、心率、位移三路模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并分別送入主控芯片，主控芯片對送入的呼吸、心率、位移和鼾聲的數(shù)字信號進(jìn)行分析判斷，得到人體呼吸、心率、位移信息，MCU控制模塊I/O 口接收三路采集到的信號，根據(jù)醫(yī)療知識，對采集的電信號進(jìn)行處理與診斷。檢測被測體是否有睡眠呼吸終止，心臟驟停，猝死，跌落等癥狀，當(dāng)檢測到異常狀況時，MCU控制模塊向通過控制PWM波輸出來驅(qū)動睡姿調(diào)整模塊中的步進(jìn)電機(jī)，調(diào)整睡姿，從而使得睡眠呼吸得到改善。并針對危險癥狀，驅(qū)動報警搶救模塊進(jìn)行相應(yīng)的燈光和聲音報警。
[0006]睡姿調(diào)整模塊:主要包括DM542或同類的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動適配器、相應(yīng)功率的步進(jìn)電機(jī)以及形狀受電機(jī)控制的睡姿調(diào)整枕頭，所述睡姿調(diào)整枕頭由左右兩翼構(gòu)成，左右兩翼靠近中部相對一側(cè)各安裝有一個傳動齒輪，并同時與步進(jìn)電機(jī)軸上安裝的驅(qū)動齒輪直接或間接嚙合；所述的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動適配器用于接收MCU控制模塊發(fā)出的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動脈沖以及方向、使能控制信號，并對睡姿調(diào)整枕頭進(jìn)行睡姿調(diào)整；
報警搶救模塊:包括燈光報警和聲音報警，用于接收MCU控制模塊發(fā)出的指令并報警，當(dāng)MCU控制模塊分析出掉床、心臟信號異常的危險癥狀時，驅(qū)動報警搶救模塊進(jìn)行相應(yīng)的燈光和/或聲音報警。
[0007]所述的壓力傳感器采用freescale公司生產(chǎn)的MPX5010,所述的電機(jī)采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，所述的MCU控制模塊采用HT66F50芯片。
[0008]所述的MCU控制模塊進(jìn)行信號處理的方法即通過四階巴特沃茲濾波器或者其他階次的模擬濾波器，設(shè)計通頻帶分別為心率信號O?1Hz、呼吸信號I?2Hz、位移信號10?15Hz的三路帶通模擬濾波器；從而從肌肉運(yùn)動所產(chǎn)生的壓力變化的信號中分解出心率信號、呼吸信號、位移信號。
[0009]所述的睡姿調(diào)整模塊采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)調(diào)整枕頭的形變及位移，當(dāng)MCU控制模塊分析出人體呼吸信號沒有，心率信號加快或不變，位移信號都正常時，通過MCU控制模塊I/O 口向睡姿調(diào)整模塊發(fā)出電機(jī)驅(qū)動信號，使得步進(jìn)電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)20個PWM脈沖即36度，由于齒輪傳動，此時睡姿調(diào)整枕頭兩翼向下運(yùn)動，被測者的頭部被頂起，之后改變電機(jī)方向信號，使步進(jìn)電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動2倍逆時針轉(zhuǎn)動角度即72度，此時睡姿調(diào)整枕頭兩翼向下運(yùn)動，被測者的頭部被陷入睡姿調(diào)整枕頭中心部分，此時被測者頭部保持向上狀態(tài)，此后，再次改變電機(jī)方向信號，使電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動36度，此時睡姿調(diào)整枕頭兩翼重新保持水平，睡姿調(diào)整結(jié)束。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果:
本發(fā)明通過氣墊與PVCD傳感器相結(jié)合的方式對人體呼吸、心跳、位移三路信號進(jìn)行檢測，極大的減小了以往檢測系統(tǒng).在檢測過程中對被測體正常睡眠的影響；根據(jù)這些信號的特性用搭建簡單的濾波電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，節(jié)省設(shè)計成本；該系統(tǒng)操作簡單，對測試環(huán)境要求較低，能廣泛應(yīng)用于老幼重癥家庭監(jiān)控；并且，該系統(tǒng)在實現(xiàn)監(jiān)控的同時，還通過單片機(jī)對其枕頭位移進(jìn)行調(diào)整，改變睡眠者的睡眠姿勢，防止呼吸暫停帶來的意外發(fā)生，提高睡眠安全度。
[0011]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)系透連接圖。
[0013]圖2為智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)主程序流程圖。
[0014]圖3為睡姿調(diào)整枕頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。
[0015]I步進(jìn)電機(jī)，2驅(qū)動齒輪，3傳動齒輪，4睡姿調(diào)整枕頭左翼，5睡姿調(diào)整枕頭右翼，6緩沖彈簧7電機(jī)及齒輪固定架。
[0016]圖4為檢測系統(tǒng)采集的心跳、呼吸、位移波形圖，圖中，a.設(shè)計的檢測系統(tǒng)采集的心跳波形b.MP150采集的心跳波形，c.設(shè)計的檢測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)經(jīng)微分閾值得到的心跳波形，d.MP150采集數(shù)據(jù)經(jīng)微分閾值得到的心跳波形，e.設(shè)計的檢測系統(tǒng)采集的位移波形。
[0017]【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)包括，
壓力傳感器、氣墊、氣體導(dǎo)管、信號處理電路、MCU控制模塊、睡姿調(diào)整模塊和報警搶救模塊；其
采用PVCD采集人體模擬信號，通過信號處理電路，對信號進(jìn)行放大濾波，將PVCD采集到的模擬信號通過三路帶通濾波器，分離出心跳、呼吸和位移的信號，他們的頻率分別為
O?1HZ、1 ?2HZ、10 ?15HZ。
[0019]MCU控制模塊選用HT66F50作為主控芯片，它接收通過A/D轉(zhuǎn)換器得到的數(shù)字信號，對得到的信號進(jìn)行處理與診斷，若發(fā)現(xiàn)睡眠呼吸中止，通過單片機(jī)I/o 口控制電機(jī)驅(qū)動，使枕頭的位移、形狀發(fā)生變化，及時調(diào)整人體睡姿，改善呼吸狀況；若檢測到心臟驟停，猝死，跌落等癥狀，通過報警搶救模塊，進(jìn)行聲光報警。
[0020]本發(fā)明具有兩種功能， 即報警功能和睡姿調(diào)整功能。報警功能包括聲報警和光報警，傳感器檢測檢測人體生理信號，將生理信號進(jìn)行放大濾波等處理后，通過配置I/o 口實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換并實現(xiàn)信號采集，對采集的信號進(jìn)行波形整理，擬合等處理，利用定時器O中斷處理對三路生理參數(shù)波形信號轉(zhuǎn)換為心率，呼吸頻率和位移標(biāo)志，將這些信號與正常值作比較，進(jìn)行信號異常判定，對異常情況進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和聲光報警等功能。
[0021]圖2所示為本發(fā)明系統(tǒng)的主程序流程圖，
系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化，單片機(jī)上電復(fù)位，重置PC寄存器，對單片機(jī)進(jìn)行初始化和GPIO初始化，定義各IO 口的工作類型和采樣頻率，對計數(shù)器裝入初值，打開總中斷和計數(shù)器中斷，接受外圍數(shù)據(jù)采集模塊的三路測量信號，利用計數(shù)器O進(jìn)行計時，計算心率，呼吸頻率的值。將心率，呼吸頻率值與判別閾值作比較，異常則給相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)位置‘ I’，否則置‘O’。之后根據(jù)表I的異常處理原則分別觸發(fā)PWM輸出模式控制電機(jī)和相應(yīng)的IO 口取反來控制LED和蜂鳴器進(jìn)行聲光報警。邏輯功能表如表I所示。
[0022]表I
【權(quán)利要求】
1.智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括生理信號采集模塊、MCU控制模塊、睡姿調(diào)整模塊和報警搶救模塊；其中， 生理信號采集模塊:生理信號采集模塊包括一個可形變氣囊，一路MP5010壓力傳感器、三路由濾波電路和放大電路構(gòu)成的帶通濾波器，人體平躺壓在可形變氣囊上，由于人體心跳時心肌收縮，呼吸過程中胸腔收縮以及其他肌肉運(yùn)動所產(chǎn)生的力改變了可形變氣囊的體積，導(dǎo)致可形變氣囊內(nèi)部壓強(qiáng)產(chǎn)生輕微變化，可形變氣囊通過導(dǎo)管與MP5010壓力傳感器相連，MP5010壓力傳感器將壓強(qiáng)變化轉(zhuǎn)化為電信號，由于呼吸、心率、位移信號的頻率不同，分別通過通頻帶不同的四階巴特沃茲濾波器，將呼吸、心率、位移信號分離提取后，分三路傳入MCU控制模塊； MCU控制模塊:包括A/D轉(zhuǎn)換模塊和主控芯片；A/D轉(zhuǎn)換模塊分別將生理信號采集模塊采集的人體的呼吸、心率、位移三路模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并分別送入主控芯片，主控芯片對送入的呼吸、心率、位移和鼾聲的數(shù)字信號進(jìn)行分析判斷，得到人體呼吸、心率、位移和打鼻干信息； 睡姿調(diào)整模塊:主要包括DM542或同類的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動適配器、相應(yīng)功率的步進(jìn)電機(jī)以及形狀受電機(jī)控制的睡姿調(diào)整枕頭，所述睡姿調(diào)整枕頭由左右兩翼構(gòu)成，左右兩翼靠近中部相對一側(cè)各安裝有一個傳動齒輪，并同時與步進(jìn)電機(jī)軸上安裝的驅(qū)動齒輪直接或間接嚙合； 所述的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動適配器用于接收MCU控制模塊發(fā)出的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動脈沖以及方向、使能控制信號，并對睡姿調(diào)整枕頭進(jìn)行睡姿調(diào)整； 報警搶救模塊:包括燈光報警和聲音報警，用于接收MCU控制模塊發(fā)出的指令并報警，當(dāng)MCU控制模塊分析出掉床、心臟信號異常的危險癥狀時，驅(qū)動報警搶救模塊進(jìn)行相應(yīng)的燈光和/或聲音報警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的MCU控制模塊中的主控芯片采用HT66F50芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的MCU控制模塊進(jìn)行信號處理的方法即通過四階巴特沃茲濾波器或者其他階次的模擬濾波器，設(shè)計通頻帶分別為心率信號O?1Hz、呼吸信號I?2Hz、位移信號10?15Hz的三路帶通模擬濾波器；從而從肌肉運(yùn)動所產(chǎn)生的壓力變化的信號中分解出心率信號、呼吸信號、位移信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能睡眠監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的睡姿調(diào)整模塊采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)調(diào)整枕頭的形變及位移，當(dāng)MCU控制模塊分析出人體呼吸信號沒有，心率信號加快或不變，位移信號都正常時，通過MCU控制模塊I/O 口向睡姿調(diào)整模塊發(fā)出電機(jī)驅(qū)動信號，使得步進(jìn)電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)20個PWM脈沖即36度，由于齒輪傳動，此時睡姿調(diào)整枕頭兩翼向下運(yùn)動，被測者的頭部被頂起，之后改變電機(jī)方向信號，使步進(jìn)電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動2倍逆時針轉(zhuǎn)動角度即72度，此時睡姿調(diào)整枕頭兩翼向上運(yùn)動，被測者的頭部被陷入睡姿調(diào)整枕頭中心部分，此時被測者頭部保持向上狀態(tài)，此后，再次改變電機(jī)方向信號，使電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動36度，此時睡姿調(diào)整枕頭兩翼重新保持水平，睡姿調(diào)整結(jié)束。
【文檔編號】A61B5/00GK103431846SQ201310428028
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】王金海, 李靜, 趙宣, 黃超超, 鄭羽, 韋然, 肖亞鋒 申請人:天津工業(yè)大學(xué)