本發(fā)明涉及智能床領域，特別是涉及一種自適應智能調節(jié)的睡眠系統(tǒng)。

背景技術：

在普通的家居床大多數(shù)是簡單的機械結構，不能測量壓力數(shù)據(jù)、體征數(shù)據(jù)等，幫助人們改善睡眠質量，隨著智能時代的到來，人們日常使用的床需要進一步的技術改進，加上自動化的功能，以便用戶獲得更好的體驗，提高睡眠質量，以飽滿的精神投入到工作、生活中。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種自適應智能調節(jié)的睡眠系統(tǒng)，以解決目前難以智能調節(jié)睡眠并改善睡眠的問題。

解決本發(fā)明的技術問題所采用的技術方案是：一種自適應智能調節(jié)的睡眠系統(tǒng)，其特征在于，其包括集合在床架上的傳感模塊、主控控制模塊和動力傳動模塊，在人體躺在床上睡眠時傳感模塊自動監(jiān)測人體的睡眠體征信息，主控控制模塊在得到傳感數(shù)據(jù)之后結合人體工程學算法、人工智能算法計算，并算出此時人體體征數(shù)據(jù)算出床墊各個部位應該的高度和軟硬度，并通過動力傳動模塊調節(jié)床面的高度。

優(yōu)選地，該傳感模塊集成壓力傳感、振動傳感、生命體征傳感。

優(yōu)選地，該主控模塊采用運算處理更快且處理能力更強的fpga+arm雙核的主控模式。

優(yōu)選地，該動力傳動模塊采用靜音技術處理，在運轉時沒有聲音。

優(yōu)選地，該床架采用十一排傳感及動力傳動機構，將人體分區(qū)為頭部、頸部、肩部、腰部、臀部、大腿、小腿七區(qū)進行數(shù)據(jù)采集及自動調節(jié)。

優(yōu)選地，傳感模塊通過檢測人體睡眠信息可以得到，人體各個部位的睡眠壓力分布，判斷人體各個部位的承重。

優(yōu)選地，通過該床架可以放松壓力承重較重身體部位，放緩身體壓力。

優(yōu)選地，該床架可以在睡眠時保持脊椎的正常彎曲，保持脊椎的健康。

優(yōu)選地，該床架可以在睡眠時保持呼吸道的通暢，減少打鼾以及呼吸暫停次數(shù)。

優(yōu)選地，該床架可以自動檢測人有沒有在床上、穩(wěn)定睡覺，自動進行傳感和調節(jié)，不需要人進行手動操作。

優(yōu)選地，該床架可以實現(xiàn)背部抬起的功能，其頭部肩部的冬季機構行程通過結構可以擴大6倍。

優(yōu)選地，該床架可以通過升降動力和傳動機構可以實現(xiàn)對身體的擠壓按摩，放松全身的肌肉。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明能夠通過自適應智能調節(jié)的睡眠系統(tǒng)幫助人們改善睡眠質量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的自適應智能調節(jié)的睡眠系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明的自適應智能調節(jié)的睡眠系統(tǒng)的電子電源系統(tǒng)示意圖；

圖3是本發(fā)明的自適應智能調節(jié)的睡眠系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程示意圖；

圖4a和圖4b是本發(fā)明的自適應智能調節(jié)的睡眠系統(tǒng)的在人體睡眠時的生體各個部位承壓值分布的示意圖；

圖5是本發(fā)明的動力和傳動模塊的示意圖；

圖6是本發(fā)明的動力和傳動模塊的另一示意圖；

圖7是本發(fā)明在建立床墊上下壓力數(shù)據(jù)映射的示意圖；

圖8是本發(fā)明在建立床墊上下壓力數(shù)據(jù)映射的另一示意圖；

圖9是床上面的壓力值與床下傳感器壓力的映射關系圖；

圖10是將用戶視為連續(xù)的質量塊且把該連續(xù)的質量塊離散化的示意圖；

圖11是將壓力數(shù)據(jù)離散化的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明涉及自適應智能調節(jié)的睡眠系統(tǒng)。該床架由傳感系統(tǒng)模塊、主控控制模塊、動力和傳動模塊、主控箱、底盤結構以及木質排骨架組成。如圖1所示：底盤結構采用型材鋁及型材鋼作為底盤的主要材料，底部共由8個床腳，由8個床角進行整體力分擔。本實施方案以排狀為例進行描述，實際區(qū)域調整方式包含但不限于排狀、點狀、塊狀等。

單人床(90cm*200cm)傳感系統(tǒng)共包括壓力傳感器22個、生命體征傳感模塊1個，雙人床(180cm*200cm)是由兩個單人床拼接在一起的，包括共包括壓力傳感器44個、生命體征傳感模塊2個。

單人床(90cm*200cm)動力系統(tǒng)共包括電機22個、電機驅動器3個，雙人床(180cm*200cm)是由兩個單人床拼接在一起的，包括共包括電機44個、電機驅動器6個。

傳動模塊是和動力模塊的數(shù)目相同，在傳動的過程中是一個可以將形成擴大6倍的機械結構。

主控箱位于床架的床尾，里面包括傳感器的控制電路，傳感器的接收電路，主控電路，電機的驅動控制電路、系統(tǒng)控制電源。主控控制模塊通過結構傳感模塊傳感得到的數(shù)據(jù)；通過電機驅動器控制電機；電子電源系統(tǒng)流程如圖2所示，數(shù)據(jù)流流程如圖3所示。

其中，主控模塊中壓力電信號處理模塊和電機控制模塊在fpga主控中，信號處理模塊和算法程序模塊在arm主控中。

主控芯片通過對傳感數(shù)據(jù)進行算法處理，可以得到人體睡眠時的生體各個部位承壓值分布，如下圖4a和圖4b所示。

本發(fā)明專利申請在動力和傳動模塊采用多層螺母、多層螺紋的結構，如圖5所示，其中的傳感器屬于傳感模塊里面的壓力傳感器，傳感芯片為傳感的驅動芯片。

絲桿上面套著一個多層螺母，第一層螺母的內螺紋和電機絲桿螺紋配套，第一層螺母的外螺紋和第二層螺母的內螺紋配套，第二層螺母的外螺紋和第三層螺母的內螺紋配套，第三層螺母的外螺紋和第四層螺母的內螺紋配套。第三層螺母的外螺紋和第四層螺母的內螺紋的摩擦系數(shù)>第二層螺母的外螺紋和第三層螺母的內螺紋的摩擦系數(shù)>第一層螺母的外螺紋和第二層螺母的內螺紋的摩擦系數(shù)>第一層螺母的內螺紋和電機絲桿螺紋的摩擦系數(shù)。

最上層是用于連接排骨架的托盤。托盤和第四層螺母固定連接，當電機正轉時，絲桿在正向轉動時，由于最上層托盤是固定，不會轉動，第1層螺母的內螺紋和電機絲桿螺紋的摩擦系數(shù)最小，第1層螺母和絲桿之間首先發(fā)生滑動摩擦，將第1-6層螺母和托盤向上頂起來；當?shù)?層螺母上升到極限位置之后，第1層螺母會跟隨絲桿一起轉動，此時第1層螺母的外螺紋和第2層螺母的內螺紋的摩擦系數(shù)最小，由于絲桿正向轉動，第2層內螺紋會和第1層外螺紋會發(fā)生滑動摩擦，將第2-6層螺母和托盤頂起來；當?shù)?層螺母上升到極限位置之后，第2層螺母會跟隨第1層螺母和絲桿一起轉動，此時第2層螺母的外螺紋和第3層螺母的內螺紋的摩擦系數(shù)最小，由于絲桿正向轉動，第3層內螺紋會和第2層外螺紋會發(fā)生滑動摩擦，將第3-6層螺母和托盤頂起來；當?shù)?層螺母上升到極限位置之后，第3層螺母會跟隨第1層螺母、第2層螺母和絲桿一起轉動，此時由于絲桿正向轉動，第4層內螺紋會和第3層外螺紋會發(fā)生滑動摩擦，將第4-6層螺母和托盤頂起來。通過6層螺母可以實現(xiàn)將托盤的行程放大6倍。多層螺母同時會帶來螺母的間隙增大、穩(wěn)定性變差的問題，所以我們在給螺母增加了一個6層的導軌，如圖6所示。

本發(fā)明還包含了一種使用方法：在人躺在床上時，該智能床可以通過傳感網(wǎng)絡自動識別人是否在床上，在確定人在床上之后再識別人是否穩(wěn)定躺睡，然后在進行人體睡眠時的體征信息傳感識別，識別人的睡姿、體壓分布等睡眠數(shù)據(jù)，結合人體工程學算法，算出此時床架的各個部位應該處于的床墊軟硬度，并通過動力及傳動機構調節(jié)床面各個部位的高度及軟硬度，實現(xiàn)睡眠時的脊椎健康、呼吸順暢以及身體各個部位健康承壓。

本專利還包括一種方法：

1、傳感數(shù)據(jù)的映射關系的獲取

1)建立床墊上下壓力數(shù)據(jù)的映射，如圖7所示：

第一步、將10kg的重物放在床墊的各個位置，記錄各個傳感器的數(shù)據(jù)，建立單個重物在各個位置到傳感網(wǎng)絡的映射關系。

第二步、將多個重物多種重量(1～20kg)、各種相對位置擺放，并記錄底部傳感器數(shù)據(jù)，建立多種重物對底層傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的映射關系，如圖8所示。

最終得到床墊上方的壓力到下方的壓力的一一映射關系，如圖9所示。

2)人體壓力數(shù)據(jù)的獲取

人躺在床墊上的壓力是連續(xù)的，如圖10所示，在這里我們將壓力數(shù)據(jù)離散化，如圖11所示。將壓力分成方塊化，每一個方塊內的壓力等效為一個方形的質點的壓力，得到一個壓力譜圖。每一個圖像的像素點的值代表該區(qū)域的壓力值。

3)對個像素點的壓力值進行膨脹及腐蝕，通過在這些數(shù)據(jù)處理得到人體輪廓。

4)通過壓力的輪廓進行人體各個部位的位置判斷，通過輪廓的最高位置和最低位置是頭部、腳部的位置，同時在根據(jù)壓力值分布確定臀部、肩部的位置，在根據(jù)人體特征確定其他部位。再結合壓力值圖譜，得到身體各個位置的位置及承壓值分布。

5)平側躺識別：通過輪廓確定身體各個部位重心分布，結合肩部、臀部壓力的集中程度，通過訓練庫檢測識別，進行平側躺等睡姿判斷。

6)通過睡眠時身體各個部位的承壓值分布以及平側躺睡姿，結合醫(yī)學算法及人體工程學算法，輸出對應人體在對應睡姿情況下各區(qū)域的調整量，通過電機進行調節(jié)。

7)通過循環(huán)檢測，判斷，識別，隨著人體睡姿變換，睡眠系統(tǒng)進行實時的跟隨調節(jié)，保持整晚睡眠的健康與舒適。

本發(fā)明可以通過背部及頭部的行程調高可以實現(xiàn)背部抬起功能。

該智能床架集合傳感模塊、主控控制模塊和動力傳動模塊，可以在人體躺在床上睡眠時傳感模塊自動監(jiān)測人體的睡眠體征信息，主控控制模塊在得到傳感數(shù)據(jù)之后結合人體工程學算法、人工智能算法計算，并算出此時人體體征數(shù)據(jù)算出床墊各個部位應該的高度和軟硬度，并通過動力傳動模塊進行調節(jié)。

該傳感模塊集成壓力傳感、振動傳感、生命體征傳感，采用集成傳感的方式，傳感角度更廣，更加精確。

該主控模塊采用fpga+arm雙核的主控模式，fpga芯片的運算處理算法更快，處理能力更強。該動力傳動模塊采用靜音技術處理，在運轉時沒有聲音。該床架采用11排傳感及動力傳動機構，將人體分區(qū)為頭部、頸部、肩部、腰部、臀部、大腿、小腿七區(qū)進行數(shù)據(jù)采集及自動調節(jié)。傳感模塊通過檢測人體睡眠信息可以得到，人體各個部位的睡眠壓力分布，判斷人體各個部位的承重。通過該床架可以放松壓力承重較重身體部位，放緩身體壓力。該床架可以在睡眠時保持脊椎的正常彎曲，保持脊椎的健康。該床架可以在睡眠時保持呼吸道的通暢，減少打鼾以及呼吸暫停次數(shù)。該床架可以自動的檢測人有沒有在床上、穩(wěn)定睡覺，自動進行傳感和調節(jié)，不需要人進行手動操作。該床架可以實現(xiàn)背部抬起的功能，其頭部肩部的電機機構行程通過結構可以擴大6倍。該床架可以通過升降動力和傳動機構可以實現(xiàn)對身體的擠壓按摩，放松全身的肌肉。

以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。