一種基於量子測控和大數據原理的能量養生系統的製作方法
2023-04-25 04:54:21 2
【技術領域】
本發明涉及一種能量養生系統，具體涉及一種基於量子測控和大數據原理的能量養生系統。
背景技術：
隨著國家發展和社會進步，人們的生活和工作壓力也隨之增大，亞健康人群在大幅增加，並且隨著環境問題的日益加重，越來越多的人開始關注自身健康問題。因此，催生了許多養生設備和養生場所的出現。現代養生設備有很多種：磁療儀、足療儀、空氣淨化器、按摩推拿器械等等，這些設備大多功能比較單一，所帶來的養生功效比較有限，並且不能根據每個人的主要身體指標來把握整體及長久的養生方向。而養生場所主要也是綜合利用這些設備，外加人力實現人們的不同養生需求，但對不同人群主要身體指標的實際把握比較有限。所謂的主要身體指標包括：血壓、體重、心率、體溫等，這些身體指標可能隨著生活環境或生活習慣的改變而處於動態變化中。因此，如何將這些身體指標和我們的日常養生方式進行有效結合對人體保持健康至關重要，如果忽略這些指標而盲目選擇養生項目有可能對我們的身體造成更大的傷害。
技術實現要素：
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基於量子測控和大數據原理的能量養生系統，所述系統適用於各種養生場所，同時也可以居家應用。本發明的技術方案為：
一種基於量子測控和大數據原理的能量養生系統，包括人機界面、plc控制器、電磁發生模塊、太陽能光電轉換模塊、空氣淨化模塊和人體數據整合模塊，其中所述人機界面連接所述plc控制器，所述plc控制器分別連接所述電磁發生模塊、所述太陽能光電轉換模塊、所述空氣淨化模塊和所述人體數據整合模塊；
所述空氣淨化模塊包括：空氣檢測模塊，用於獲取養生系統所處封閉環境的空氣品質數據；控制模塊，基於所述養生系統所處封閉環境的空氣品質數據，採用量子反饋控制系統確定空氣過濾單元、水分發生單元、負離子發生單元、制氧單元的控制狀態；
所述人體數據整合模塊包括身體指標檢測裝置、數據採集模塊、數據存儲模塊和數據查詢及評估模塊，其中所述數據採集模塊用於採集身體指標檢測裝置所檢測的人體數據信息；所述數據存儲模塊用於存儲所述數據採集模塊採集的信息並將該信息傳輸至數據查詢及評估模塊；所述數據查詢及評估模塊用於對人體數據進行整體健康評估並隨時調用及查看人體數據；所述數據採集模塊和所述數據查詢及評估模塊均與所述plc處理器連接。
進一步地，所述太陽能光電轉換模塊包括太陽能控制器、光電轉換控制器和太陽能光伏板，所述太陽能控制器的輸入端連接所述plc控制器，輸出端連接所述光電轉換控制器，所述光電轉換控制器連接所述太陽能光伏板。
進一步地，所述空氣檢測模塊包括溫度檢測、溼度檢測和微顆粒物檢測三個單元。
進一步地，所述量子反饋控制系統包括量子控制器，所述量子控制器用於獲取空氣檢測數據，並對數據處理得到當前環境的空氣品質數據；然後在當前環境的空氣品質數據基礎上，採用量子反饋機制對當前環境的空氣品質進行控制。
進一步地，所述身體指標檢測裝置包括智能體重儀、紅外脈搏傳感器、血壓檢測器、紅外體溫傳感器。
進一步地，所述身體指標檢測裝置還可以包括智能血糖儀。
進一步地，所述數據查詢及評估模塊可連接外部智能終端，將用戶的身體指標數據通過所述智能終端傳輸至其它電腦裝置。
進一步地，所述智能終端包括移動智能終端、智能電視、可穿戴設備。
進一步地，所述養生系統還包括遙控裝置和遙控接收模塊，所述遙控裝置和所述遙控接收模塊無線通訊連接，所述遙控接收模塊連接所述plc控制器。
本發明的有益效果為：
1、本發明可以隨時監測人體在不同時間段的主要身體指標(包括血壓、體重、脈搏)，用戶可以通過這些主要身體指標自由制定養生項目，還可以將其在一段時間內的主要身體指標進行數據匯總後評估健康狀況，以及發送至醫院電腦系統；
2、本發明首次在空氣檢測及淨化中引入量子反饋控制機制，除可以有效改善系統所處環境的空氣品質外，還可以提高空氣淨化過程的效率和準確度，並配合系統中其它模塊一起使用，使人們的養生過程更加科學化和智能化；
3、本發明適用於家庭和大型養生場所使用。
【附圖說明】
圖1為本發明一種適於家庭使用的基於量子測控和大數據原理的能量養生系統的結構示意圖。
圖2為本發明一種實施例的量子反饋控制的示意圖。
圖3為本發明一種實施例的複合量子反饋控制的示意圖。
【具體實施方式】
本發明各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發明要求的保護範圍之內。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語『安裝』、『相連』、『連接』應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
下面結合附圖和具體的實施例對本發明做進一步詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。
圖1提供了一種家用的基於量子測控和大數據原理的能量養生系統，包括人機界面、plc控制器、電磁發生模塊、太陽能光電轉換模塊、空氣淨化模塊和人體數據整合模塊，所述人機界面連接所述plc控制器，所述plc控制器分別連接所述電磁發生模塊、所述太陽能光電轉換模塊、所述空氣淨化模塊和所述人體數據整合模塊。
所述電磁發生模塊可以採用溫度控制器和紅外線磁療裝置的組合方式，所述溫度控制器、紅外線磁療裝置均與所述plc控制器連接，並且家用的紅外線磁療裝置在系統所處空間內產生的磁場強度最佳控制範圍在100mt以下，可以有效起到鎮靜安神、促進睡眠的作用，實際應用中，用戶還可以根據需要增設紅外線磁療裝置。
所述太陽能光電轉換模塊包括太陽能控制器、光電轉換控制器和太陽能光伏板，所述太陽能控制器的輸入端連接所述plc控制器，輸出端連接所述光電轉換控制器，所述光電轉換控制器連接所述太陽能光伏板；所述太陽能光電轉換模塊用於將太陽能轉化成電能，實現系統的運轉，以降低能耗，所述系統也可以在家用電模式下運行。
所述空氣淨化模塊包括：空氣檢測模塊，用於獲取養生系統所處封閉環境的空氣品質數據；控制模塊，基於所述養生系統所處封閉環境的空氣品質數據，採用量子反饋控制系統確定空氣過濾單元、水分發生單元、負離子發生單元、制氧單元的控制狀態，所述量子反饋控制系統包括量子控制器，所述量子控制器用於獲取空氣檢測數據，並對數據處理得到當前環境的空氣品質數據；然後在當前環境的空氣品質數據基礎上，採用量子反饋機制對當前環境的空氣品質進行控制；圖2提供了本實施例的量子反饋控制的示意圖，空氣檢測模塊包括多個傳感器採集數據：溫度傳感器、溼度傳感器、微顆粒物傳感器，並將採集的數據信息傳輸給控制模塊，控制模塊根據數據信息發出控制指令，有選擇地啟動空氣過濾單元、水分發生單元、負離子發生單元、制氧單元，在開啟設定單元後，再次對系統所處空間的空氣品質進行測量，根據所獲得的新數據信息動態調整和改變控制模塊對4種單元的啟動。上述過程通過人機界面顯示或操控。
家庭中空氣品質的狀態變化遵從薛丁格方程，本實施例的量子反饋控制系統的數學模型為：
公式[1]中i是虛數單位，是普朗克常熟，ψ表示系統狀態變量，h0表示系統的總能量算符，下角標0表示與時間無關，hj是外部控制作用於系統的哈密爾頓算符，uj(t)是控制場。為了達到最優控制目的，將系統[1]看作齊次雙線性系統，表達式為：
公式[2]中，a、b為斜共軛對稱陣，即a++a＝0,b++b＝0。本實施例用於家庭，在空氣淨化這一環節強調的是量子反饋控制系統狀態的精度，為了達到較好地控制效果，本實施例利用雙線性系統的控制方法對量子反饋系統進行設計，使系統在控制作用下從給定初態到達另一個給定終態，要達到最優控制，需要使性能指標最小，性能指標的表達式定義如下：
公式[3]中，t為給定初態到達另一個給定終態的時間，||x(t)-xf||表示範數；根據最優控制理論，哈密爾頓算符為：
公式[4]中，λ＝[λ1,λ2,λ3,···λn]t是拉格朗日乘子，其中n表示系統維度，且標量a0≥0；
相應的最優控制方程為：
此外，
此時分為兩種情況，
一種是a0＝0，根據公式[6]得到系統的控制律為：
xtbjλ＝0[7]；
另一種是a0＞0，根據公式[6]得到系統的控制律為：
邊值條件的定義為：x(0)＝x0,x(t)＝xf[9]；
公式[9]中，x0是初始狀態向量，xf是最終狀態向量；
對於反饋控制過程實際應用中a0的取值問題，需要根據所要達到的控制效果來作相應調整，一般而言，a0越小，越容易達到期望的終態值。
所述人體數據整合模塊包括身體指標檢測裝置、數據採集模塊、數據存儲模塊和數據查詢及評估模塊，其中所述數據採集模塊用於採集身體指標檢測裝置檢測的人體數據信息；所述數據存儲模塊用於存儲所述數據採集模塊採集的信息並將該信息傳輸至數據查詢及評估模塊；所述數據查詢及評估模塊用於對人體數據進行整體健康評估並隨時調用及查看人體數據；所述數據採集模塊和所述數據查詢及評估模塊與所述plc處理器連接；所述身體指標檢測裝置包括智能體重儀、紅外脈搏傳感器、血壓檢測器、紅外體溫傳感器、智能血糖儀，前4種檢測設備為基礎配置，用於測定人體的體重、脈搏、血壓和溫度，智能血糖儀為增設配置，用於測定人體的血糖，尤其適用於糖尿病患者和疑似糖料病患者；測定的數據通過人工輸入或採集後導入至所述數據採集模塊，形成基於圖表的人體數據信息，在數據存儲模塊中存儲後並傳送至數據查詢及評估模塊，數據查詢及評估模塊內部預設多種基於成年人的健康評估等級，通過比對檢測數據與相應年齡段人體數據的正常狀態閥值和運動閥值來判斷人體當前的基礎健康狀態；所述數據查詢及評估模塊還設有人體數據統計軟體，通過提取一段時間內的檢測數據，初步判斷人體健康狀態。
所述數據查詢及評估模塊可連接外部智能終端，將用戶的身體指標數據通過所述智能終端傳輸至其它電腦裝置，比如醫院電腦系統，可方便醫生實時掌控患者在一段時間內的身體狀態；所述智能終端包括移動智能終端、智能電視、可穿戴設備。
本實施例的養生系統還包括遙控裝置(圖中未體現)和遙控接收模塊，所述遙控裝置和所述遙控接收模塊無線通訊連接，所述遙控接收模塊連接所述plc控制器。
本發明還提供一種適用於健身房的基於量子測控和大數據原理的能量養生系統，包括人機界面、plc控制器、多個電磁發生模塊、多個太陽能光電轉換模塊、多個空氣淨化模塊和多個人體數據整合模塊，其中所述人機界面連接所述plc控制器，所述多個電磁發生模塊、所述多個太陽能光電轉換模塊、所述多個空氣淨化模塊和所述多個人體數據整合模塊採用並聯方式與所述plc控制器連接，所述plc控制器還可設置多級子控制器來控制這些模塊的閉合；
所述電磁發生模塊可以採用溫度控制器和電磁感應線圈的組合方式，所述溫度控制器與所述plc控制器和電磁感應線圈連接，在健身房中採用電磁感應線圈能夠產生較大範圍的磁場，磁場強度可控制在100～300mt之間，主要功效為促進身體運動後的代謝，加強成骨細胞的修復和抑制破骨細胞生成等。
所述太陽能光電轉換模塊包括太陽能控制器、光電轉換控制器和太陽能光伏板，所述太陽能控制器的輸入端連接所述plc控制器，輸出端連接所述光電轉換控制器，所述光電轉換控制器連接所述太陽能光伏板；所述太陽能光電轉換模塊用於將太陽能轉化電能，實現系統的運轉，以降低能耗，所述系統也可以在用電模式下運行。
所述空氣淨化模塊包括：空氣檢測模塊，用於獲取養生系統所處封閉環境的空氣品質數據；控制模塊，基於所述養生系統所處封閉環境的空氣品質數據，採用量子反饋控制機制決定空氣過濾單元、水分發生單元、負離子發生單元、制氧單元的控制狀態，所述量子反饋控制系統包括量子控制器，所述量子控制器用於獲取空氣檢測數據，並對數據處理得到當前環境的空氣品質數據；然後在當前環境的空氣品質數據基礎上，採用量子反饋機制對當前環境的空氣品質進行控制；圖3提供了本實施例的複合量子反饋控制的示意圖，空氣檢測模塊包括多個傳感器採集數據：溫度傳感器、溼度傳感器、微顆粒物傳感器，並將採集的數據信息傳輸給控制模塊，控制模塊根據數據信息發出控制指令，有選擇地啟動空氣過濾單元、水分發生單元、負離子發生單元、制氧單元，在開啟設定單元後，再次對系統所處空間的空氣品質進行測量，根據所獲得的新數據信息動態調整和改變控制模塊對4種單元的啟動，以決定哪些單元需要再次或保持啟動，哪些單元停止啟動。通過人機界面顯示或操控上述過程。
健身房中每個獨立空間空氣品質的狀態變化遵從薛丁格方程，在本實施例中，根據量子反饋控制機制的相干疊加性，量子複合控制機制的狀態演化仍然遵從公式[1]的數學模型：
但在本實施例的最優控制模型中，將j1以及範數最小化，這樣可以放鬆系統對時間t(給定初態到達另一個給定終態的時間)的精度要求，此外，對於量子系統而言，存在以下關係式：
則目標函數j2表達如下：
邊值條件為：x(0)＝x0,λ(t)＝-xf[12]；
這樣，在本實施例中，對於這種應用於健身場所這種多變性較強的量子反饋系統而言，時間的精度要求降低，更加強調的是量子反饋控制系統的控制器精度，對於任何給定t，都可以保證j2具有最小值，具體求解過程為：
(1)選擇任意初態控制u1(t),t∈[0,t]，並解方程：
(2)進行到狀態n，對於a0＝0的狀態，求解方程：
公式[14]中，c為大於0的參數，其取值對控制效果影響較小，一般在0.95～0.99之間；
對於a0＞0的狀態，求解方程：[15]；以及求解方程：
(3)重複步驟(2)，當δj≤0.0001時停止；
同樣，在本實施例反饋控制過程a0的取值問題，需要根據所要達到的控制效果來作相應調整，一般而言，a0越小，越容易達到期望的終態值。
所述人體數據整合模塊包括身體指標檢測裝置、數據採集模塊、數據存儲模塊和數據查詢及評估模塊，其中所述數據採集模塊用於採集身體指標檢測裝置檢測的人體數據信息；所述數據存儲模塊用於存儲所述數據採集模塊採集的信息並將該信息傳輸至數據查詢及評估模塊；所述數據查詢及評估模塊用於對人體數據進行整體健康評估並隨時調用及查看人體數據；所述數據採集模塊和所述數據查詢及評估模塊與所述plc處理器連接；所述身體指標檢測裝置包括智能體重儀、紅外脈搏傳感器、血壓檢測器、紅外體溫傳感器、智能血糖儀，前4種檢測設備為基礎配置，用於測定人體的體重、脈搏、血壓和溫度，智能血糖儀為增設配置，用於測定人體的血糖，尤其適用於糖尿病患者和疑似糖尿病患者；測定的數據通過人工輸入或採集後導入至所述數據採集模塊，形成基於圖表的人體數據信息，在數據存儲模塊中存儲後並傳送至數據查詢及評估模塊，數據查詢及評估模塊內部預設多種基於成年人的健康評估等級，通過比對檢測數據與相應年齡段人體數據的正常狀態閥值和運動閥值來判斷人體當前的基礎健康狀態，當檢測數據累積到一定程度，用戶可以進一步判斷某個時間段的人體健康狀態；所述數據查詢及評估模塊還設有飲食結構和運動計劃評估軟體，不同的用戶可以通過設置用戶進入權限來打開針對其個人的飲食結構和運動計劃評估軟體，獲知適宜的飲食及運動計劃意見。
所述數據查詢及評估模塊可連接外部智能終端，將用戶的身體指標數據通過所述智能終端傳輸至其它電腦裝置，比如醫院電腦系統，可方便醫生實時掌控患者在一段時間內的身體狀態；所述智能終端包括移動智能終端、智能電視、可穿戴設備。
所述養生系統通過串口可連接外部智能器械(比如結合vr技術的健身器材)，或者結合其他輔助養生系統，如噴淋、汗蒸系統等，或者結合視聽系統。
根據本發明實施例的系統，通過在空氣淨化中加入量子反饋控制環節，可以加強空氣淨化過程的效率並降低能耗，通過基於大數據的人體數據整合方式，可以指導人們獲悉身體狀態及進行科學養生。可以理解的是，上述實施例為本發明可以實施的某種實例方式，不能理解為具體的限制，本領域技術人員在不脫離本發明原理的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。