智能床墊系統的製作方法

2023-10-24 23:42:07 2

專利名稱:智能床墊系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種智能床墊系統，系統包括：智能控制裝置、氣壓傳感器、床墊；床墊包括充氣袋層；智能控制裝置用於通過氣壓傳感器檢測獲取充氣袋層內的氣壓，根據氣壓的變化獲取床墊上人體生命特徵數據。人躺在床墊上，呼吸和心跳的振動引起床墊中氣壓相應變化，通過氣壓傳感器將變化的壓力信號轉化成變化的電壓信號。通過相應的信號處理算法和信號檢測算法從變化的電壓信號中提取出心跳和呼吸頻率。本實用新型關鍵在於：通過對床墊充氣袋層的充氣量調節，實現床墊軟硬調節，滿足不同用戶對床墊舒適度的要求；通過智能控制裝置模塊實現對用戶呼吸和心率、壓力、睡眠質量的監測，以便用戶及時了解自身健康數據。
【專利說明】
智能床墊系統
技術領域
[0001] 本實用新型涉及智能家電技術領域，具體地，涉及一種智能床墊系統。
【背景技術】
[0002] 隨著人們物質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。睡 眠佔據了人一生三分之一的時間，床墊是人們日常生活中必不可少的家居用品。隨著人們 生活水平的不斷提高，人們對床墊的外觀、舒適性、功能、環保特性及產品質量的要求也越 來越高。現在床墊的發展也朝著立體化、多功能化發展。
[0003] 現有技術中，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。彈簧床墊的內部設置的彈簧層，彈簧層上設置舒適的 填充層。而在使用時間長以後，容易發生彈簧生鏽和彈性失效的現象。現有床墊的整體式結 構也難以滿足不同用途的需求，為現有席夢思床墊的應用帶來局限性。
[0004] 當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；消費者在買回家後如果感覺不舒適，不能進行調節；另外，對於需要改善睡眠質量的 用戶，不能監測自己的睡眠質量，呼吸頻率，心率等參數。 【實用新型內容】
[0005] 針對現有技術中的缺陷，本實用新型的目的是提供一種智能床墊系統。
[0006] 根據本實用新型提供的一種智能床墊系統，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，並檢測獲取所述充氣袋層內氣壓； 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所述氣壓傳感器檢測的 充氣袋層內氣壓的變化獲取床墊上人體生命特徵數據，所述床墊上人體生命特徵數據包括 呼吸頻率和/或心跳頻率。
[0008] 作為一種優化方案，所述智能控制裝置包括前處理模塊和後處理模塊；
[0009] 所述前處理模塊將所述氣壓傳感器檢測獲取的充氣袋層的氣壓信號處理後傳輸 給所述後處理模塊，所述後處理模塊根據處理後的氣壓信號獲取床墊上人體的呼吸頻率 和/或心跳頻率;所述處理後的氣壓信號頻率小於或等於10Hz。
[0010] 作為一種優化方案，所述後處理模塊包括第二處理子模塊，
[0011]所述第二處理子模塊對處理後的氣壓信號時域頻譜進行快速傅立葉變換獲得處 理後的氣壓信號頻域頻譜；
[0012] 所述第二處理子模塊在預設的呼吸頻段範圍內獲取所述處理後的氣壓信號頻域 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設的心跳頻段範圍內獲取所述處理後的氣壓信號頻域 頻譜的峰值輸出為所述心跳頻率。
[0014] 作為一種優化方案，所述處理後的氣壓信號時域頻譜：S(t) = %(t)+Sb(t)+A;其 中，心跳電壓信號sh(t) = AhX sin(2jrfht+9h)，呼吸電壓信號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處理後的氣壓信號時域頻譜進行快速傅立葉變換具體為：
[0016] S(Jlnf) - J s(t)e~i2njft dt ：?,
[0017] 作為一種優化方案，所述後處理模塊還包括網絡連接子模塊;所述第二處理子模 塊通過所述網絡連接子模塊將所述呼吸頻率和心跳頻率發送至其他聯網設備。
[0018] 作為一種優化方案，所述後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行實時顯示。
[0019] 作為一種優化方案，所述前處理模塊與所述後處理模塊通過USB接口相連，所述前 處理模塊控制USB協議將所述處理後的氣壓信號傳輸給所述後處理模塊。
[0020] 作為一種優化方案，還包括充氣慄、空氣控制閥;所述空氣控制閥設於所述充氣慄 與所述充氣袋層連接的管路上；
[0021] 所述前處理模塊根據外部操作或預設程序以及所述當前氣壓值控制所述充氣慄 和所述空氣控制閥，改變所述充氣袋層內的氣壓到目標範圍，從而調節所述床墊的軟硬；
[0022] 所述空氣控制閥響應所述前處理模塊的控制連通充氣袋層側氣孔與充氣慄，或連 通充氣袋層側氣孔與外界，或閉合充氣袋側層氣孔。
[0023] 作為一種優化方案，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 壓傳感器設於所述外接氣室內。
[0024] 作為一種優化方案，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濾波至信號頻率小於或等於10Hz，所述放大器將 信號放大0-350倍，所述第二低通濾波器將放大後的信號濾波至信號頻率小於或等於IOHz 獲得所述處理後的氣壓信號。
[0026]作為一種優化方案，所述前處理模塊還包括模數轉換器、第一處理子模塊；
[0027]所述氣壓信號經所述濾波放大子模塊處理後經所述模數轉換器進行模數轉換獲 得所述處理後的氣壓信號，所述第一處理子模塊將所述處理後的氣壓信號發送給所述後處 理模塊。
[0028]作為一種優化方案，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所述處理後的氣壓信號獲得當前氣壓值，以及根據外部 操作或預設程序以及所述當前氣壓值控制所述充氣慄和所述空氣控制閥，改變所述充氣袋 層內的氣壓到目標範圍，從而調節所述床墊的軟硬。
[0030] 作為一種優化方案，所述前處理模塊還包括藍牙子模塊;所述第一處理子模塊通 過所述藍牙子模塊與其他藍牙設備通信。
[0031] 與現有技術相比，本實用新型具有如下的有益效果：
[0032] 本實用新型的優點是消費者可以根據自己需要選擇所需要的床墊硬度，達到最佳 舒適程度;消費者可以實時監測自己的身體狀態特徵，如呼吸頻率、心率，呼吸頻率、心率可 進一步用於計算睡眠質量等其他健康數據。
【附圖說明】

[0033] 為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要 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用新型的一些實施例， 對於本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 的附圖。附圖中：
[0034] 圖1是可選實施例的一種智能床墊系統結構示意圖；
[0035] 圖2是可選實施例的一種智能床墊系統前處理模塊框圖；
[0036] 圖3是可選實施例的一種智能床墊系統後處理模塊框圖；
[0037] 圖4是可選實施例的一種智能床墊系統心率和呼吸頻率檢測流程原理圖；
[0038] 圖5是可選實施例的一種智能床墊系統氣壓信號時域頻譜；
[0039] 圖6是可選實施例的一種智能床墊系統氣壓信號頻域頻譜；
[0040] 圖7是可選實施例的一種智能床墊系統實物示意圖。
【具體實施方式】
[0041] 下文結合附圖以具體實施例的方式對本實用新型進行詳細說明。以下實施例將有 助於本領域的技術人員進一步理解本實用新型，但不以任何形式限制本實用新型。應當指 出的是，還可以使用其他的實施例，或者對本文列舉的實施例進行結構和功能上的修改，而 不會脫離本實用新型的範圍和實質。
[0042] 本實用新型的關鍵在於：一方面，通過智能控制裝置的氣壓檢測實現對用戶呼吸 和心率的監測，從而以便用戶及時了解自身的健康數據。另一方面，通過對床墊充氣袋層的 充氣量調節，實現床墊的軟硬調節，從而滿足不同用戶對床墊舒適度的要求。
[0043] 在本實用新型提供的一種智能床墊系統的實施例中，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，並檢測獲取所述充氣袋層內氣壓； 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所述氣壓傳感器檢測的 充氣袋層內氣壓的變化獲取床墊上人體生命特徵數據，所述床墊上人體生命特徵數據包括 呼吸頻率和/或心跳頻率。
[0045]作為一種實施例，所述智能控制裝置包括如圖2、3所示的前處理模塊和後處理模 塊；
[0046]所述前處理模塊將所述氣壓傳感器檢測獲取的充氣袋層的氣壓信號處理後傳輸 給所述後處理模塊，所述後處理模塊根據處理後的氣壓信號獲取床墊上人體的呼吸頻率 和/或心跳頻率;所述處理後的氣壓信號頻率小於或等於10Hz。
[0047]作為一種實施例，如圖4所示的檢測流程，所述處理後的氣壓信號時域頻譜：s(t) = sh(t)+sb(t)+A如圖5所示;其中，心跳電壓信號sh(t) =AhX sin(2Jifht+9h)，呼吸電壓信號 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]所述後處理模塊包括第二處理子模塊，
[0049] 所述第二處理子模塊對處理後的氣壓信號時域頻譜進行快速傅立葉變換獲得處 理後的氣壓信號頻域頻譜：
[0050] S(Jlnf) = J+ s{t)e~i27cft dt〇 一CO
[0051] 所述第二處理子模塊在預設的呼吸頻段範圍內獲取所述處理後的氣壓信號頻域 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設的心跳頻段範圍內獲取所述處理後的氣壓信號頻域 頻譜的峰值輸出為所述心跳頻率，如圖6所示。
[0053]第二處理子模塊對處理後的氣壓信號做快速傅立葉變換後頻域累積獲取的頻譜 包括了呼吸頻段和心跳頻段。
[0054]作為一種實施例，所述後處理模塊還包括網絡連接子模塊;所述第二處理子模塊 通過所述網絡連接子模塊將所述呼吸頻率和心跳頻率發送至其他聯網設備。
[0055]所述網絡連接子模塊可以為WI-FI模塊和有線連接網絡模塊。其他聯網設備可以 是用戶終端設備或網絡伺服器。用戶終端設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據。如果用戶正處於健身階段，則可以通過長期監控自己的呼 吸頻率和心跳頻率，對比獲知鍛鍊是否對自己的健康程度有所幫助。也可以是用於對疾病 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絡連接子模塊上傳至網絡服務 器也是同樣可以長期記錄這些健康數據，用戶可以登錄網絡伺服器隨時隨地地查閱、對比。 網絡伺服器也可以基於這些呼吸頻率和心跳頻率做更深入的健康數據處理分析。
[0056]作為一種實施例，所述後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行實時顯示。所述智能控制裝置安裝在 控制箱（盒）中，顯示模塊也設置於控制箱表面，用戶可以在不用任何其他設備（如手機終 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值和變化規律。所 述顯示模塊可以是數碼管顯示，或液晶顯示屏，或LED顯示屏等顯示設備。所述顯示模塊可 以是與後處理模塊有線連接的顯示屏，也可以是與後處理模塊通過網絡連接子模塊進行無 線數據傳輸的顯示裝置。
[0057]作為一種實施例，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濾波至信號頻率小於或等於10Hz，所述放大器將 信號放大0-350倍，所述第二低通濾波器將放大後的信號濾波至信號頻率小於或等於IOHz 獲得所述處理後的氣壓信號。所述放大器的放大倍數可以是80倍，或100倍，或150倍，或170 倍，或200倍，或300倍，放大倍數可以根據濾波頻率的不同設置進行調整。
[0059]所述前處理模塊還包括模數轉換器、第一處理子模塊；
[0060] 所述氣壓信號經所述濾波放大子模塊處理後經所述模數轉換器進行模數轉換獲 得所述處理後的氣壓信號，所述第一處理子模塊將所述處理後的氣壓信號發送給所述後處 理模塊。
[0061] 所述濾波放大子模塊是對模擬信號形式的氣壓信號進行前端處理，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，進行模擬數據處理。人體躺在充氣床墊 上，呼吸和心跳的振動引起床墊和氣管中的氣壓相應的變化，通過氣壓傳感器將變化的氣 壓轉化成變化的電壓信號。信號再通過模擬前端進行低通濾波和放大，以提高信噪比，再通 過模數轉換器(ADC)將模擬電壓信號轉換成數位訊號，以方便數位訊號處理。最後通過相應 的信號處理算法和信號檢測算法從變化的電壓信號中將心跳頻率和呼吸頻率提取出來。 [0062]作為一種實施例，所述前處理模塊與所述後處理模塊通過USB接口相連，所述前處 理模塊控制USB協議將所述處理後的氣壓信號傳輸給所述後處理模塊。所述前處理模塊與 所述後處理模塊通過USB接口相連，所述前處理模塊與所述後處理模塊分別設置在兩塊相 互獨立的電路板上，通過USB接口可插拔連接。其一個優勢在於這種連接便於在後處理模塊 發生故障時更換電路板。另一個優勢在於，若用戶對心率監測的功能無需要，為了減少成 本，可以購買不帶後處理模塊的產品，即僅僅帶有床墊軟硬調節功能，而無法進行心率和呼 吸頻率的檢測，且在其後期產生增加心率和呼吸頻率檢測功能的想法時，可以通過USB接口 將對應的後處理模塊增加上去。前處理模塊和後處理模塊在一定程度上具有相對獨立的特 徵，為用戶提供了更多選擇，也為產品維修提供了便利。
[0063] 作為一種實施例，如圖1和圖7所示，床墊系統還包括充氣慄、空氣控制閥；所述空 氣控制閥設於所述充氣慄與所述充氣袋層連接的管路上；
[0064] 所述前處理模塊根據外部操作或預設程序以及所述當前氣壓值控制所述充氣慄 和所述空氣控制閥，改變所述充氣袋層內的氣壓到目標範圍，從而調節所述床墊的軟硬。
[0065] 所述空氣控制閥響應所述前處理模塊的控制連通充氣袋層側氣孔與充氣慄，或連 通充氣袋層側氣孔與外界，或閉合充氣袋側層氣孔。
[0066] 充氣袋層與充氣慄連通狀態下，同時控制充氣慄工作，則對充氣袋層進行充氣，床 墊變硬。
[0067] 充氣袋層與外界連通狀態下，控制充氣慄停止工作，而充氣袋層則進行放氣，床墊 變軟。
[0068] 充氣袋層側氣孔閉合狀態下，控制充氣慄停止工作，床墊軟硬不變，充氣袋處於封 閉狀態。
[0069] 作為一種實施例，床墊系統還包括外接氣室，所述充氣袋層與所述外接氣室始終 保持連通，所述氣壓傳感器設於所述外接氣室內。氣壓傳感器通過一根氣管與充氣袋層內 部充氣空間連通，氣壓傳感器能夠在充氣袋層內出現任何氣壓變化的同時感測到，產生所 述氣壓信號。本實施例中氣壓傳感器設置在床墊外，便於在氣壓傳感器出現故障時的及時 維修不破壞床墊結構，同時也方便對氣壓傳感器的更新維護。本實施例通過對氣壓的檢測 獲取用戶的心率和呼吸頻率，由於在經過快速傅立葉變換之後的波形清晰明確，峰值突出， 能夠很快獲得準確的心率和呼吸頻率，較現有技術中通過震動傳感器獲取頻率的方案有較 大的改進，且效果顯著。
[0070] 作為一種實施例，所述第一處理子模塊還用於：
[0071] 根據所述處理後的氣壓信號獲得當前氣壓值；
[0072] 根據外部操作或預設程序以及所述當前氣壓值控制所述充氣慄和所述空氣控制 閥，改變所述充氣袋層內的氣壓到目標範圍。
[0073] 本實施例中將床墊的軟硬度設置為1-10檔位，1為最軟，10為最硬。而充氣袋層中 氣壓越大，對應地，床墊也越硬。在第一處理子模塊中預存有10個氣壓範圍與檔位的對應關 系。用戶通過按鈕或手機發送控制信號向第一處理子模塊發送目標範圍7,若當前氣壓值屬 於檔位5對應的氣壓範圍，則第一處理子模塊調節空氣控制閥連通充氣慄和充氣袋層，打開 充氣慄對充氣袋層進行充氣，直到氣壓傳感器檢測到的氣壓達到目標範圍7後停止充氣，並 閉合空氣控制閥中充氣袋層側氣孔，使得充氣袋層封閉。
[0074]實際中的氣壓範圍可以標識為:非常軟、較軟、舒適、中等、較硬、非常硬等文字描 述。六條軟硬度標準為文字描述型，用戶可以根據自身感受選擇相應的軟硬度，這種軟硬度 設置更具人性化，調節原理同上。
[0075]作為一種實施例，所述前處理模塊還包括藍牙子模塊;所述第一處理子模塊通過 所述藍牙子模塊將當前氣壓值發送至其他藍牙設備。其他藍牙設備可以是遙控器，或控制 主機，或手機等。第一處理子模塊通過藍牙獲取目標值，也將當前的軟硬度反饋給藍牙設 備。
[0076] -種精確獲知床墊上人體生命特徵數據的方法，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獲取所述充氣袋層內的氣壓；
[0079] 步驟3,所述智能控制裝置根據所述氣壓的變化獲取床墊上人體生命特徵數據，所 述床墊上人體生命特徵數據包括呼吸頻率和/或心跳頻率。
[0080] 在步驟2和步驟3之間還包括:對根據所述氣壓獲得的信號依次進行低通濾波、0~ 350倍放大、低通濾波，獲得所述處理後的氣壓信號，所述低通濾波允許通過的最大頻率小 於或等於10Hz。
[0081] 步驟3中計算用戶的呼吸頻率和心跳頻率的過程進一步包括：
[0082]根據所述充氣袋層內氣壓的變化獲得處理後的氣壓信號，對處理後的氣壓信號時 域頻譜進行快速傅立葉變換獲得處理後的氣壓信號頻域頻譜；
[0083] 在預設的呼吸頻段範圍內獲取所述處理後的氣壓信號頻域頻譜的峰值輸出為用 戶的所述呼吸頻率；
[0084] 在預設的心跳頻段範圍內獲取所述處理後的氣壓信號頻域頻譜的峰值輸出為用 戶的所述心跳頻率。
[0085] 步驟3中所述處理後的氣壓信號時域頻譜為:s(t) = Sh(t)+sb(t)+A;其中，心跳電 壓信號sh(t) = AhX sin(2Jifht+9h)，呼吸電壓信號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] 所述對處理後的氣壓信號時域頻譜進行快速傅立葉變換具體為：5Χ/2π/)二 廣 s(t)e-河 。 .-CO
[0087] 所述預設的呼吸頻段範圍為0~0.5Hz;所述預設的心跳頻段範圍為0.6~2.7Hz。
[0088]智能床墊系統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，呼吸和心跳的振動引起床墊和氣管中的氣壓相應的變化，通過氣壓傳感器將變化的壓 力轉化成變化的電壓信號。信號再通過模擬前端進行低通濾波和放大，以提高信噪比，再通 過ADC將模擬電壓信號轉換成數位訊號，以方便數位訊號處理。最後通過相應的信號處理算 法和信號檢測算法從變化的電壓信號中將心跳和呼吸頻率提取出來。
[0089] 人體心跳和呼吸的動作均可視為振動，通過氣壓傳感器轉換為電壓信號後同樣為 振動信號，因此用正弦信號來建模心跳和呼吸信號：
[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，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，它包含了心跳和呼吸信號之和，此外它還可能包含了直流成分A。
[0094] 由於心跳和呼吸信號類似於正弦波信號，因此對於頻率的測量採用傅立葉變換來 進行信號處理。傅立葉變換基本原理如下。以氣壓傳感器輸出的電壓信號s(t)為例，它的傅 裡葉變換如式(4):
[0095]
(4)
[0096] 同樣信號s(t)也可用傅立葉變換進行表示，如式(5)所示：
[0097]
(5)
[0098] 由此看出，信號s(t)可以表示成不同單頻信號之和，單頻信號的幅度即為傅立葉 變換的值S(j23if)。式(4)和式(5)稱為傅立葉變換對，（4)為傅立葉變換，（5)為傅立葉反變 換。傅立葉變換可以將信號從時域變換到頻域進行分析。對於氣壓傳感器輸出信號，由心跳 信號、呼吸信號和直流信號三個單頻信號組成，對應的頻率分別為fh、fb和0Hz。在時域上由 於有多個頻率成分且加上噪聲和幹擾的影響，對心跳和呼吸頻率很難提取，但通過傅立葉 變換轉換到頻域後心跳和呼吸頻率及幹擾能分離開，因此可以完成對心跳和呼吸頻率的提 取。
[0099] 考慮到信號經過數字採集模塊轉換成數位訊號，因此採用離散傅立葉變換(DFT)， 又考慮到運算的複雜程度，因此採用快速傅立葉變換(FFT)。
[0100]圖4為信號處理算法流程。由於信號經過氣壓傳感器和模擬前端後具有直流信號 成分，且相對於心跳和呼吸信號能量大得多，如果不去除旁瓣極易將心跳和呼吸信號淹沒， 因此在FFT之前加入去除直流成分的處理。另外，由於信號長度不可能無限，因此需要對FFT 前信號進行加窗處理以優化主瓣和旁瓣性能。FFT之後信號為覆信號，由於不考慮使用相位 信息，只使用幅度信息，因此在FFT之後進行取模運算，最後輸出給信號檢測算法以檢測心 跳和呼吸頻率。
[0101] 下面兩張圖為仿真結果。在信噪比足夠的情況下，通過傅立葉變換將信號轉換到 頻域後，可以很方便的提取心跳和呼吸頻率。
[0102] 從圖5和圖6的仿真結果對比可以看出，圖6中幅頻曲線中峰值部分對應的頻率即 為心跳和呼吸頻率。因此只要檢測到峰值即可
[0103] 圖4為信號檢測算法流程圖。按人正常呼吸頻率不超過30次/分鐘計算，則呼吸頻 段範圍設置為〇~〇. 5Hz。按人心率範圍40次/分鐘~160次/分鐘計算，心跳頻段範圍設置為 0.6~2.7Hz。因此對信號處理算法輸出的幅頻曲線數據分別進行心跳和呼吸頻段的數據截 取，再分別在兩個頻段進行最大值搜索，所對應的頻率即分別為心跳和呼吸頻率。
[0104] 步驟1還包括:提供充氣慄、空氣控制閥，所述空氣控制閥設於所述充氣慄與所述 充氣袋層連接的管路上，所述空氣控制閥連通充氣袋層側氣孔與充氣慄，或連通充氣袋層 側氣孔與外界，或閉合充氣袋側層氣孔；
[0105] 所述步驟3還包括充氣袋層氣壓調節:根據外部操作或預設程序以及所述當前氣 壓值控制所述充氣慄和所述空氣控制閥，改變所述充氣袋層內的氣壓到目標範圍。
[0106] 在本實施例中，可以是用戶手動地對床墊中充氣袋的軟硬進行調節，即用戶在感 受床墊過於軟的情況下，向所述智能控制裝置發送控制信息控制空氣閥連通充氣慄與充氣 袋層，打開充氣慄對充氣袋層進行充氣，充氣至用戶指定的程度後控制充氣慄停止充氣，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柔軟一些，則向所述 智能控制裝置發送控制信息以控制空氣閥連通充氣袋與管路外部，實現充氣袋的放氣。
[0107] 所述充氣袋層氣壓調節過程進一步包括：
[0108] 步驟31，根據所述外部操作或預設程序獲取所述目標範圍；
[0109] 步驟32,將當前氣壓值與所述目標範圍進行比較，
[0110] 若當前氣壓值屬於目標範圍則不調節， 若當前氣壓值大於目標範圍則控制空氣控制閥連通充氣袋層側氣孔與外界，進行 放氣降壓直至當前氣壓值降至所述目標範圍後，控制空氣控制閥閉合充氣袋側層氣孔，
[0112]若當前氣壓值小於目標範圍則控制空氣控制閥連通充氣袋層側氣孔與充氣慄，打 開充氣慄進行充氣升壓直至當前氣壓值升至所述目標範圍後，控制空氣控制閥閉合充氣袋 側層氣孔並關閉充氣慄。
[0113]所述第一處理子模塊對充氣袋層的充氣量調節就實質上實現了智能床墊的軟硬 調節。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、充氣管與同一充氣慄相連。兩個充氣管分別連通充氣袋層的左氣袋和右氣袋，可以實現 對左氣袋和右氣袋的分別充氣或同時充氣。本實施例中，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現不同充氣袋的軟硬度分別調節，從而滿足用戶 不同部位，或者多個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 立調節;也可以是雙人床上兩個人所躺位置的軟硬度獨立調節。本實施例為床墊的軟硬度 可調提供了更加靈活的調節可能。
[0114]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，本領域技術人員知悉，在不脫離本實用 新型的精神和範圍的情況下，可以對這些特徵和實施例進行各種改變或等同替換。另外，在 本實用新型的教導下，可以對這些特徵和實施例進行修改以適應具體的情況及材料而不會 脫離本實用新型的精神和範圍。因此，本實用新型不受此處所公開的具體實施例的限制，所 有落入本申請的權利要求範圍內的實施例都屬於本實用新型的保護範圍。
【主權項】
1. 一種智能床墊系統，其特徵在於，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，並檢測獲取所述充氣袋層內氣壓;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所述氣壓傳感器檢測的充氣 袋層內氣壓的變化獲取床墊上人體生命特徵數據，所述床墊上人體生命特徵數據包括呼吸 頻率和/或心跳頻率。2. 根據權利要求1所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，所述智能控制裝置包括前處 理模塊和後處理模塊； 所述前處理模塊將所述氣壓傳感器檢測獲取的充氣袋層的氣壓信號處理後傳輸給所 述後處理模塊，所述後處理模塊根據處理後的氣壓信號獲取床墊上人體的呼吸頻率和/或 心跳頻率;所述處理後的氣壓信號頻率小於或等於10Hz。3. 根據權利要求2所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，所述後處理模塊包括第二處 理子模塊， 所述第二處理子模塊對處理後的氣壓信號時域頻譜進行快速傅立葉變換獲得處理後 的氣壓信號頻域頻譜； 所述第二處理子模塊在預設的呼吸頻段範圍內獲取所述處理後的氣壓信號頻域頻譜 的峰值輸出為所述呼吸頻率； 所述第二處理子模塊在預設的心跳頻段範圍內獲取所述處理後的氣壓信號頻域頻譜 的峰值輸出為所述心跳頻率。4. 根據權利要求3所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，所述處理後的氣壓信號時域 頻譜:s(t) = sh(t)+sb(t)+A;其中，心跳電壓信號sh(t) =AhX sin(2Jifht+9h)，呼吸電壓信號 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處理後的氣壓信號時域頻譜進行快速傅立葉變換具體為： ··· c? ο5. 根據權利要求3所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，所述後處理模塊還包括網絡 連接子模塊;所述第二處理子模塊通過所述網絡連接子模塊將所述呼吸頻率和心跳頻率發 送至其他聯網設備。6. 根據權利要求3所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，所述後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行實時顯 不。7. 根據權利要求2所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，所述前處理模塊與所述後處 理模塊通過USB接口相連，所述前處理模塊控制USB協議將所述處理後的氣壓信號傳輸給所 述後處理模塊。8. 根據權利要求2所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，還包括充氣慄、空氣控制閥； 所述空氣控制閥設於所述充氣慄與所述充氣袋層連接的管路上； 所述前處理模塊根據外部操作或預設程序以及當前氣壓值控制所述充氣慄和所述空 氣控制閥，改變所述充氣袋層內的氣壓到目標範圍，從而調節所述床墊的軟硬； 所述空氣控制閥響應所述前處理模塊的控制連通充氣袋層側氣孔與充氣慄，或連通充 氣袋層側氣孔與外界，或閉合充氣袋側層氣孔。9. 根據權利要求8所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，還包括外接氣室，所述充氣 袋層與所述外接氣室連通，所述氣壓傳感器設於所述外接氣室內。10. 根據權利要求2所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，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濾波至信號頻率小於或等於10Hz，所述放大器將信號 放大0-350倍，所述第二低通濾波器將放大後的信號濾波至信號頻率小於或等於10Hz獲得 所述處理後的氣壓信號。11. 根據權利要求10所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，所述前處理模塊還包括模 數轉換器、第一處理子模塊； 所述氣壓信號經所述濾波放大子模塊處理後經所述模數轉換器進行模數轉換獲得所 述處理後的氣壓信號，所述第一處理子模塊將所述處理後的氣壓信號發送給所述後處理模 塊。12. 根據權利要求8所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，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所述處理後的氣壓信號獲得當前氣壓值，以及根據外部操作 或預設程序以及所述當前氣壓值控制所述充氣慄和所述空氣控制閥，改變所述充氣袋層 內的氣壓到目標範圍，從而調節所述床墊的軟硬。13. 根據權利要求12所述的一種智能床墊系統，其特徵在於，所述前處理模塊還包括藍 牙子模塊;所述第一處理子模塊通過所述藍牙子模塊與其他藍牙設備通信。
【文檔編號】A61B5/08GK205728862SQ201620031194
【公開日】2016年11月30日
【申請日】2016年1月13日
【發明人】陳旺, 周永舜, 徐小龍
【申請人】上海喬馬電子科技有限公司