本發(fā)明涉及智能家居技術(shù)領(lǐng)域，特別是集成有智能硬件的床墊，尤其涉及一種智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

智能硬件是智能家居中的核心內(nèi)容。而統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，人一生有三分之一的時(shí)間是在床上渡過的。因此將智能硬件與床墊進(jìn)行結(jié)合對于疾病預(yù)測或監(jiān)控病人身體情況是非常有意義的。

此外，隨著我國人口老齡化趨勢的到來，獨(dú)居老年人的健康問題日益突出。老人獨(dú)特的生理特征給予需要特別小心的照顧，甚至有的老年人需要時(shí)刻注意其生理變化和睡眠狀態(tài)。目前睡姿和睡眠行為的測試方法主要有多導(dǎo)睡眠圖記錄法、體動(dòng)記錄圖分析法和攝像法。其中，多導(dǎo)睡眠圖記錄法雖然可以獲得睡眠結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，但該方法只能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，并且需要將多導(dǎo)電極置于人體之上，因此，對正常睡眠有一定程度的影響。體動(dòng)記錄圖分析法是一種測試具體人體肢體動(dòng)作的較好的方法，但為了獲得全面的睡眠動(dòng)作行為，需要給人體肢體部位的多處佩戴體動(dòng)記錄裝置，因此，也會(huì)對睡眠產(chǎn)生一定程度的影響。攝像法雖然可以在不干擾睡眠的前提下測試睡姿和睡眠動(dòng)作行為，但這種方法不夠尊重受試者的隱私，同時(shí)，也無法精確測試細(xì)微動(dòng)作行為和被褥掩蓋下的動(dòng)作行為?，F(xiàn)有技術(shù)智能床墊的產(chǎn)品，雖然可監(jiān)測老人的生理變化和睡眠狀態(tài)，但是智能床墊的精確度太低，不能為智能家居系統(tǒng)提供有效的數(shù)據(jù)支持，常常出現(xiàn)錯(cuò)誤的提示信息。

為了解決上述技術(shù)問題，中國專利(公告號(hào)為cn204654369u)公開了一種用于基于物聯(lián)網(wǎng)的智能床墊。該專利的用于基于物聯(lián)網(wǎng)的智能床墊包括床墊，床墊包括設(shè)置在床墊內(nèi)部的若干壓電單元，壓電單元對稱的排列在床墊上，且每個(gè)壓電單元還包括對稱排列的4個(gè)壓電帶和接線柱，壓電帶通過電線與接線柱連接，每個(gè)壓電單元的接線柱通過電線與分析模塊連接；分析模塊包括分址器，存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)收發(fā)器，處理器和發(fā)聲器，分址器用于為每個(gè)壓電單元分配唯一的地址，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)床墊發(fā)送的信息，數(shù)據(jù)收發(fā)器用于向服務(wù)器接收或發(fā)送信息，處理器用于處理各個(gè)壓電單元的信號(hào)，發(fā)聲器用于發(fā)出警報(bào)或語言信息。

該專利的智能床墊解決了現(xiàn)有技術(shù)中的智能床墊的精確度低的技術(shù)問題。然而，該專利的智能床墊至少還有如下技術(shù)問題未考慮到：

(1)將壓電單元采集的信號(hào)用于處理以獲得用戶的呼吸、心跳等體征之前未對采集的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，由于干擾信號(hào)的影響，使得分析結(jié)果的準(zhǔn)確性低，另外，將若干個(gè)壓電單元采集的信號(hào)全部用于處理以獲得用戶的呼吸、心跳等體征，由于數(shù)據(jù)處理量大，使得數(shù)據(jù)處理效率低。

(2)在沒有通訊連接的情況下，智能床墊無法將采集的用戶數(shù)據(jù)上傳至智能終端和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)和/或數(shù)據(jù)處理，此時(shí)往往容易造成數(shù)據(jù)丟失，在用戶出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，也無法基于采集的數(shù)據(jù)對用戶的異常狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警提醒。

(3)智能床墊本身電池容量有限，而智能床墊與智能終端和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)長期建立通訊連接以及長時(shí)間內(nèi)交換數(shù)據(jù)，將使得電池電量消耗大，不利于智能床墊長時(shí)間保持工作狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)多導(dǎo)睡眠圖記錄法、體動(dòng)記錄圖分析法和攝像法存在的缺陷，本發(fā)明提出了通過使用傳感器檢測用戶在智能床墊上的生理信號(hào)并基于采集到的生理信號(hào)來計(jì)算用戶生理數(shù)據(jù)的用戶睡眠行為的測試方法。本發(fā)明尤其提供了一種智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，本發(fā)明將傳感器設(shè)置于智能床墊上，如此不會(huì)對用戶的睡眠質(zhì)量造成任何影響。

進(jìn)一步地，現(xiàn)有技術(shù)的分析方式多是通過將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以獲得用戶睡眠質(zhì)量。將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器，由于后臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理量大，加上數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)，使得數(shù)據(jù)處理效率慢。為此，本發(fā)明提供了一種智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。優(yōu)選的，所述智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)至少包括設(shè)置于智能床墊上的數(shù)據(jù)采集單元和通信裝置、經(jīng)所述通信裝置與所述數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的智能終端。具有多個(gè)采集通道的所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集使用了所述智能床墊的用戶的生理信號(hào)并將所采集的生理信號(hào)經(jīng)所述通信裝置發(fā)送至所述用戶指定的和/或所述智能床墊近旁的所述智能終端。所述智能終端通過篩選出采集數(shù)據(jù)滿足設(shè)定閾值的采集通道所采集的生理信號(hào)來進(jìn)行計(jì)算以獲得所述用戶在所述智能床墊上的生理數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，有效采集通道所采集的生理信號(hào)是指生理信號(hào)達(dá)到設(shè)定閾值的所述采集通道所采集的生理信號(hào)。本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集單元所采集的數(shù)據(jù)與智能床墊近旁的智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，解決了需要將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行處理的缺陷。另一方面，本發(fā)明計(jì)算用戶生理數(shù)據(jù)時(shí)，面對采集的大量數(shù)據(jù)，通過篩選法提取有效數(shù)據(jù)，不僅可以提高分析速度，而且還能提高分析的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，由于智能硬件在面對長期持續(xù)性數(shù)據(jù)收集任務(wù)時(shí)，對智能硬件及與其配合的智能終端均提出了很高的運(yùn)算能力及存儲(chǔ)空間的要求。此外，智能床墊本身電池容量有限，為了減少對硬件要求，也為了節(jié)約電池電量以使智能床墊長時(shí)間保持工作狀態(tài)，本發(fā)明提出了基于對用戶的判斷來選擇用于采集所述用戶身體體征信號(hào)的采集通道的方案。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集單元具有多個(gè)采集通道，所述智能床墊系統(tǒng)基于對使用所述智能床墊的用戶判斷來選擇用于采集所述用戶身體體征信號(hào)的采集通道。當(dāng)用戶使用智能床墊時(shí)，若所有采集通道均開啟用于采集用戶的身體體征信號(hào)，不僅會(huì)造成采集數(shù)據(jù)量大，造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和/或分析效率降低，而且還會(huì)造成采集通道浪費(fèi)。本發(fā)明所規(guī)定的這些采集通道位于床墊的不同部位，用以采集不同身體部位的體征信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，根據(jù)針對頭部的采集通道所采集的聲音大小來判斷睡眠狀態(tài)用戶面部的朝向。特別是，每當(dāng)另一采集通道基于用戶運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)而判定睡眠狀態(tài)的用戶發(fā)生翻身動(dòng)作時(shí)，所述針對頭部的采集通道才被激活，用以拾取相應(yīng)聲音并進(jìn)而基于所收到的聲音波幅來判斷翻身動(dòng)作完成后的用戶的面部朝向，其中，基于多個(gè)采集通道所收集的數(shù)據(jù)來確定用戶是否進(jìn)入睡眠狀態(tài)，并且在用戶進(jìn)入深度睡眠狀態(tài)之后禁用背對用戶面部的采集通道；并且其中，在基于至少一個(gè)采集通道所收集的數(shù)據(jù)而確定已經(jīng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)的用戶發(fā)生或即將發(fā)生運(yùn)動(dòng)之時(shí)，激活多個(gè)、尤其是所有采集通道。對于進(jìn)入睡眠狀態(tài)的用戶，在朝向用戶的至少一個(gè)采集通道收集到明顯有異于平均信號(hào)水平的階躍式變化時(shí)，根據(jù)至少另一采集通道的采集系統(tǒng)來驗(yàn)證確定該階躍式變化是否為干擾噪聲；若根據(jù)至少兩個(gè)采集通道判定所述階躍式變化源自該進(jìn)入睡眠狀態(tài)的用戶，則根據(jù)多個(gè)采集通道的數(shù)據(jù)來綜合判斷該階躍式變化的來源，并激活相應(yīng)采集通道的信號(hào)放大機(jī)構(gòu)，同時(shí)采用帶通濾波手段提取并保存所述階躍式變化，用于此后醫(yī)療診斷。

進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)采集單元采集用戶生理信號(hào)的同時(shí)也采集了較多的干擾信號(hào)，為了去除干擾信號(hào)的影響，本發(fā)明還包括有對所述數(shù)據(jù)采集單元所采集的生理信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的第一濾波器、放大器、第二濾波器。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集單元采集的生理信號(hào)先經(jīng)a/d轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為ad電壓值。將用戶的生理信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化后，有利于后期的數(shù)據(jù)計(jì)算。優(yōu)選地，所述智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于所述用戶的體動(dòng)情況選擇所述第一濾波器、所述放大器和所述第二濾波器中的一種或多種對所采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。優(yōu)選地，所述第一濾波器將所述ad電壓值濾波至信號(hào)幅值小于或等于3v，所述放大器將所述ad電壓值放大0～300倍，所述第二濾波器將所述ad電壓值濾波至信號(hào)幅值小于或等于5v。優(yōu)選地，放大器的放大倍數(shù)可以根據(jù)濾波信號(hào)的幅值的不同設(shè)置進(jìn)行調(diào)整。例如，放大器的放大倍數(shù)可以是80倍、100倍、150倍、170倍、200倍或300倍。優(yōu)選的，對于采集通道采集的用戶頭部的生理信號(hào)，選用所述第一濾波器進(jìn)行濾波預(yù)處理。頭部的生理信號(hào)例如是用戶的呼吸信號(hào)、鼾聲信號(hào)或頭部轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。本發(fā)明對采集的頭部信號(hào)經(jīng)第一濾波器處理后，能夠降低干擾信號(hào)的影響，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。對于采集通道采集的用戶胸部和/或脈搏的生理信號(hào)，選用所述放大器進(jìn)行放大預(yù)處理。胸部的生理信號(hào)例如是用戶的心跳信號(hào)。本發(fā)明對采集的胸部和/或脈搏信號(hào)經(jīng)放大器處理后，能夠使采集信號(hào)更具特征，便于找出特征波形。放大器也可用于對采集的孕婦胎兒的震動(dòng)情況進(jìn)行放大。對于采集通道采集的用戶四肢或背部的生理信號(hào)，選用所述第二濾波器進(jìn)行濾波預(yù)處理。四肢或背部的生理信號(hào)例如是用戶四肢的挪動(dòng)信號(hào)。四肢或背部的信號(hào)較為明顯，本發(fā)明對采集的四肢或背部信號(hào)經(jīng)第二濾波器處理后，將信號(hào)濾波至信號(hào)幅值小于或等于5v。將第一濾波器、放大器、第二濾波器預(yù)處理后的ad電壓值抬高至0v以上，便于硬件的讀數(shù)。

進(jìn)一步地，所述采集通道采集的信號(hào)包含心跳和呼吸信號(hào)之和，并且所述心跳和呼吸信號(hào)使用正弦信號(hào)來建模，分別采用如下公式描述：

sh(t)＝ah×sin(2πfh+θh)(1)

sb(t)＝ab×sin(2πfb+θb)(2)

s(t)＝sh(t)+sb(t)+a(3)

式(1)和式(2)分別為心跳和呼吸電壓信號(hào)，式(3)為傳感器輸出的電壓信號(hào)，包含了心跳和呼吸信號(hào)之和，以及直流成分a，其中，ah和ab分別為心跳和呼吸的幅度，fh和fb分別為和心跳和呼吸的頻率，θh和θb分別為心跳和呼吸的初始相位。

進(jìn)一步地，所述智能終端基于篩選出的有效采集通道所采集的生理信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換以及預(yù)處理后獲得的信號(hào)時(shí)域頻譜進(jìn)行快速傅里葉變化以得到信號(hào)頻域頻譜，在預(yù)設(shè)的呼吸頻段范圍內(nèi)獲取處理后的信號(hào)頻域頻譜的峰值輸出超過預(yù)設(shè)閾值的數(shù)目以得到所述用戶的呼吸頻率，在預(yù)設(shè)的心跳頻段范圍內(nèi)獲取處理后的信號(hào)頻域頻譜的峰值輸出超過預(yù)設(shè)閾值的數(shù)目以得到所述心跳頻率。優(yōu)選地，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。優(yōu)選地，為了提高計(jì)算效率，本發(fā)明采用計(jì)算30s內(nèi)的呼吸次數(shù)和心跳次數(shù)來獲得用戶的呼吸頻率和心跳頻率。例如，經(jīng)計(jì)算用戶在30s內(nèi)的呼吸次數(shù)為14次，將其乘以2即可得到用戶的呼吸頻率為28次/分鐘。

進(jìn)一步地，所述采集通道的傳感器輸出的電壓信號(hào)s(t)的傅里葉變換公式如下：

并且所述采集通道的傳感器輸出的電壓信號(hào)s(t)也可以用傅里葉變化進(jìn)行表示，表示公式如下所示：

其中，式(4)為傅里葉變換，式(5)為傅里葉反變換，通過傅里葉變換可以將傳感器輸出的電壓信號(hào)s(t)從時(shí)域變換到頻域以進(jìn)行分析。

進(jìn)一步地，所述智能床墊系統(tǒng)基于對使用了所述智能床墊的用戶的年齡、性別和/或身體狀況的判斷來選擇所述用戶的采集方案以采集用戶的身體體征信號(hào)，或者所述智能床墊系統(tǒng)基于使用了所述智能床墊的用戶通過所述智能終端輸入的采集方案來采集用戶的身體體征信號(hào)。所述采集方案包括但不限于用于采集所述用戶身體體征信號(hào)的采集通道、所述智能終端用于篩選有效采集通道的設(shè)定閾值、基于所述身體體征信號(hào)需要計(jì)算的用戶生理數(shù)據(jù)類型。不同年齡、性別和/或身體狀況的用戶所需采集身體體征信號(hào)不同，在智能床墊系統(tǒng)中預(yù)先存儲(chǔ)有根據(jù)不同需求的用戶預(yù)先設(shè)定的采集方案，當(dāng)用戶使用智能床墊時(shí)，通過對用戶的初步判斷來選擇采集方案，如此不僅可以滿足不同用戶的需求，而且還能避免采集通道的浪費(fèi)。

進(jìn)一步的，在通訊中斷或沒有通訊條件的情況下，數(shù)據(jù)采集單元無法與智能終端和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為了避免數(shù)據(jù)丟失，本發(fā)明的智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括臨時(shí)存儲(chǔ)單元。優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集單元的各采集通道利用壓力傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器和心率傳感器中的一種或多種傳感器來采集使用了所述智能床墊的用戶的生理信號(hào)并將所采集的生理信號(hào)存儲(chǔ)至所述臨時(shí)存儲(chǔ)單元中。本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集單元將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，避免了因通訊中斷而造成的數(shù)據(jù)丟失。

進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)采集單元所采集的數(shù)據(jù)量大且數(shù)據(jù)間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，為了能夠準(zhǔn)確地、快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和/或分析，本發(fā)明將所述數(shù)據(jù)采集單元所采集的生理信號(hào)按照與之相應(yīng)的采集通道以及采集時(shí)間相關(guān)的方式臨時(shí)性存儲(chǔ)在所述臨時(shí)存儲(chǔ)單元中。所述臨時(shí)存儲(chǔ)單元能夠響應(yīng)于所述通信裝置與所述智能終端的成功匹配而將臨時(shí)性存儲(chǔ)在所述臨時(shí)存儲(chǔ)單元中的至少由所述采集通道、所述采集時(shí)間以及所述采集通道所采集的生理信號(hào)組成的數(shù)據(jù)集合推送至所述智能終端。本發(fā)明采用數(shù)據(jù)集合的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和/或分析，不僅能夠降低智能終端的運(yùn)算負(fù)荷，而且提高存儲(chǔ)和/或分析的速度和分析的準(zhǔn)確性，確保智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠長期地、穩(wěn)定地、暢通地運(yùn)行，提高用戶體驗(yàn)。

進(jìn)一步地，智能終端的存儲(chǔ)能力和數(shù)據(jù)處理能力有限，為了進(jìn)一步提高本發(fā)明的數(shù)據(jù)分析處理能力，本發(fā)明的智能床墊系統(tǒng)還包括云端服務(wù)管理系統(tǒng)。另一方面，智能床墊本身電池容量有限，而智能床墊與智能終端和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)長期建立通訊連接以及長時(shí)間內(nèi)交換數(shù)據(jù)，將使得電池電量消耗大，不利于智能床墊長時(shí)間保持工作狀態(tài)。為此，本發(fā)明的臨時(shí)存儲(chǔ)單元響應(yīng)于所述通信裝置與所述智能終端的成功匹配而將所述數(shù)據(jù)采集單元所采集并臨時(shí)性存儲(chǔ)在臨時(shí)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)集合推送至與所述智能床墊成功配對的所述智能終端并由所述智能終端轉(zhuǎn)發(fā)至云端服務(wù)管理系統(tǒng)。所述云端服務(wù)管理系統(tǒng)響應(yīng)于與所述智能終端的通信連接而獲取所述數(shù)據(jù)采集單元臨時(shí)性存儲(chǔ)在所述臨時(shí)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)集合。本發(fā)明的智能床墊在本身電池容量有限的情況下，不需要隨時(shí)與智能終端進(jìn)行通訊，只需要持續(xù)完成大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)。本發(fā)明的智能床墊在定期與智能終端建立通信連接時(shí)，彼此短時(shí)間內(nèi)交換完數(shù)據(jù)，可以節(jié)約電池電量，有效延長智能床墊的持續(xù)工作時(shí)間。

進(jìn)一步地，用戶在智能床墊上的姿勢發(fā)生改變時(shí)，數(shù)據(jù)采集單元所采集的數(shù)據(jù)也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，因難以預(yù)測用戶在床上以何種姿勢作息，為此本發(fā)明采用了多通道對用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對多通道采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選以得到最適合進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的通道。優(yōu)選的，在采集通道所采集的用戶生理信號(hào)變化達(dá)到設(shè)定閾值之時(shí)，所述智能終端和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)基于所述采集通道所采集的變化后的生理信號(hào)來計(jì)算以得到所述用戶狀態(tài)變化后的生理數(shù)據(jù)。在所述采集通道所采集的生理信號(hào)變化未達(dá)到設(shè)定閾值之時(shí)，所述智能終端和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)基于所述采集通道所采集的變化前的生理信號(hào)來計(jì)算以得到所述用戶狀態(tài)變化后的生理數(shù)據(jù)。因用戶在智能床墊上的姿勢發(fā)生改變而引起采集通道所采集的數(shù)據(jù)變化，當(dāng)變化達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，選取變化后的數(shù)據(jù)分析用戶的生理數(shù)據(jù)，如此可確保分析的準(zhǔn)確性；當(dāng)變化未達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，選取變化前的數(shù)據(jù)分析用戶的生理數(shù)據(jù)，如此可減少因切換通道而造成的數(shù)據(jù)丟失。

附圖說明

圖1是本發(fā)明智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的示意圖；

圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集過程的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的示意圖；

圖3是實(shí)施例2優(yōu)選的6個(gè)采集通道的ad電壓值曲線圖；

圖4是實(shí)施例2經(jīng)過預(yù)處理后的6個(gè)采集通道的ad電壓值曲線圖；

圖5是實(shí)施例2篩選出用于呼吸判斷的采集通道的ad電壓值曲線圖；

圖6是實(shí)施例2用于呼吸頻率計(jì)算的統(tǒng)計(jì)圖；

圖7是實(shí)施例2用戶處于翻身狀態(tài)時(shí)采集通道的ad電壓值曲線圖；和

圖8是實(shí)施例2用戶處于離床狀態(tài)時(shí)采集通道的ad電壓值曲線圖。

附圖標(biāo)記列表

10：智能床墊20：智能終端

30：云端服務(wù)管理系統(tǒng)101：數(shù)據(jù)采集單元

101a：a/d轉(zhuǎn)化器101b：第一濾波器

101c：放大器101d：第二濾波器

102：通信裝置103：臨時(shí)存儲(chǔ)單元

104：數(shù)據(jù)處理單元105：預(yù)警單元

106：圖像采集單元

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1示出了本發(fā)明智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的示意圖。如圖1所示，智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)至少包括智能床墊10、智能終端20和云端服務(wù)管理系統(tǒng)30。智能終端20和云端服務(wù)管理系統(tǒng)30可與智能床墊10進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。優(yōu)選地，智能床墊10與智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30的通信方式包括但不限于2g、3g、4g、5g和3gpp通訊。優(yōu)選的，智能終端20包括但不限于手機(jī)、平板電腦和智能手環(huán)。一切可連接到云端服務(wù)管理系統(tǒng)的移動(dòng)設(shè)備均可視為智能終端。再次參見圖1，智能床墊10至少包括數(shù)據(jù)采集單元101、a/d轉(zhuǎn)化器101a、第一濾波器101b、放大器101c、第二濾波器101d、通信裝置102、臨時(shí)存儲(chǔ)單元103、數(shù)據(jù)處理單元104、預(yù)警單元105和圖像采集單元106。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集單元101用于采集使用了智能床墊10的用戶的生理信號(hào)并將所采集的生理信號(hào)通過a/d轉(zhuǎn)化器101a轉(zhuǎn)化為ad電壓值并對ad電壓值進(jìn)行預(yù)處理后經(jīng)通信裝置102發(fā)送至用戶指定的和/或智能床墊10近旁的智能終端20。優(yōu)選地，智能床墊10近旁的智能終端20是指附接在使用了該智能床墊10用戶身上的或能夠與智能床墊10進(jìn)行近場通信的智能終端20。智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30通過篩選出經(jīng)預(yù)處理后的ad電壓值滿足設(shè)定閾值的采集通道所采集的生理信號(hào)來進(jìn)行計(jì)算以獲得用戶在智能床墊10上的生理數(shù)據(jù)。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在對用戶進(jìn)行身體體征信號(hào)采集之前，智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于對用戶的判斷來選擇用于采集用戶身體體征信號(hào)的采集通道。數(shù)據(jù)采集單元101具有多個(gè)采集通道，多個(gè)采集通道覆蓋智能床墊10上用戶可能接觸到的部分。當(dāng)用戶使用智能床墊10時(shí)，首先對用戶年齡、性別和/或身體狀況進(jìn)行初步判斷，通過判斷結(jié)果來關(guān)閉不必要的采集通道。例如，當(dāng)智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)判斷出用戶為嬰兒時(shí)，則智能床墊10上有較多的采集通道都是嬰兒在睡眠時(shí)不會(huì)接觸到的，此時(shí)智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將嬰兒不易接觸到的采集通道關(guān)閉，并且智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)嬰兒的睡眠特征主要開啟用于采集嬰兒翻身頻率的采集通道。又例如，當(dāng)智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)判斷出用戶為老人時(shí)，則根據(jù)老人的睡眠特征主要開啟用于采集老年人呼吸和心率的采集通道。又例如，基于成年男性和成年女性睡眠特征的區(qū)別，也可以設(shè)置相應(yīng)的采集方案。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也可以基于用戶通過智能終端20輸入的采集方案來采集用戶的身體體征信號(hào)。優(yōu)選地，采集方案包括但不限于用于采集用戶身體體征信號(hào)的采集通道、智能終端20用于篩選有效采集通道的設(shè)定閾值、基于身體體征信號(hào)需要計(jì)算的用戶生理數(shù)據(jù)類型。對于有特殊需求的用戶，也可以通過智能終端20輸入采集方案。例如，對于孕婦，為了監(jiān)測胎兒在夜間的活動(dòng)，可以通過設(shè)置所需的壓力采集通道來采集胎兒的振動(dòng)情況。將胎兒每次的振動(dòng)持續(xù)時(shí)間、振動(dòng)次數(shù)進(jìn)行記錄，如此便可獲得胎兒在夜間的狀況。又例如，對于患有心臟病的人群，可以通過設(shè)置所需的心跳采集通道來采集用戶的心跳情況。將用戶每次的心跳異常情況進(jìn)行記錄，可以用于輔助醫(yī)生的診療。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，通信裝置102上設(shè)置有藍(lán)牙模塊。藍(lán)牙模塊通過串口線uart2(串口2)與stm32l151芯片進(jìn)行連接。藍(lán)牙模塊設(shè)置有打包模塊。打包模塊通過打包函數(shù)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照打包協(xié)議進(jìn)行打包。藍(lán)牙模塊將打包的數(shù)據(jù)發(fā)送至智能終端20的藍(lán)牙傳輸模塊。智能終端20通過配置wifi的ssid與密碼，將wifi的配置信息通過藍(lán)牙傳輸模塊發(fā)送至智能床墊10上的電路板或單片機(jī)上，并由芯片傳輸串口數(shù)據(jù)配置wifi模塊。優(yōu)選的，通信裝置102上設(shè)置wifi模塊。wifi模塊通過串口3與stm32l151芯片進(jìn)行連接。wifi模塊將打包的數(shù)據(jù)發(fā)送至與互聯(lián)網(wǎng)連接的無線路由器。無線路由器將數(shù)據(jù)發(fā)送至云端服務(wù)管理系統(tǒng)30。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，因難以預(yù)測用戶在智能床墊10上以何種姿態(tài)作息，因此本實(shí)施例通過多通道對用戶的生理信號(hào)進(jìn)行采集。若將多個(gè)采集通道采集的數(shù)據(jù)全部用于計(jì)算，不僅會(huì)增大智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30的運(yùn)算負(fù)荷，而且會(huì)降低運(yùn)算速度。為此，本實(shí)施例的智能床墊10系統(tǒng)選取生理信號(hào)達(dá)到設(shè)定閾值的采集通道所采集的生理信號(hào)來進(jìn)行計(jì)算以得到用戶的生理數(shù)據(jù)。例如，用戶平躺在智能床墊10上，所有通道上的傳感器同時(shí)開始采集壓力信號(hào)變化，經(jīng)過一段時(shí)間(例如6s)后，開始對通道進(jìn)行篩選，當(dāng)通道內(nèi)采集的數(shù)據(jù)低于/高于某一閾值的點(diǎn)數(shù)目最多時(shí)，選擇該通道用于數(shù)據(jù)處理。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集單元101具有多個(gè)采集通道。多個(gè)采集通道的分布方式均勻覆蓋人體在智能床墊10上可能接觸到的部分。優(yōu)選地，智能床墊10表面按照矩形網(wǎng)格分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域皆為一個(gè)相同的矩形形狀。每塊區(qū)域都具有一個(gè)或多個(gè)采集通道。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，各采集通道包括壓力傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器和心率傳感器中的一種或多種。優(yōu)選地，壓力傳感器為陶瓷壓電傳感器、半導(dǎo)體壓電電阻傳感器、靜電容量型壓力傳感器和擴(kuò)散硅壓力變送器中的一種或多種。濕度傳感器為電阻式氯化鋰濕度計(jì)、露點(diǎn)式氯化鋰濕度計(jì)、碳濕敏式濕度計(jì)、氧化鋁濕度計(jì)和陶瓷濕度傳感器中的一種或多種。溫度傳感器為接觸式或非接觸式溫度計(jì)傳感器。心率傳感器為紅外脈搏傳感器、心率脈搏傳感器、光電脈搏傳感器、數(shù)字脈搏傳感器、心音脈搏傳感器和集成化脈搏傳感器中的一種或多種。本實(shí)施例智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過多種傳感器采集用戶生理數(shù)據(jù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對用戶生理體征的全面監(jiān)測，而且通過對多種傳感器采集的數(shù)據(jù)信號(hào)交叉結(jié)合使用，可以得到更為精準(zhǔn)的用戶在智能床墊10上的狀態(tài)。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，a/d轉(zhuǎn)化器101a用于將傳感器采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。第一濾波器101a、放大器101b、第二濾波器101c用于對經(jīng)a/d轉(zhuǎn)化器101a轉(zhuǎn)化為的ad電壓值進(jìn)行預(yù)處理。優(yōu)選的，智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于所述用戶的體動(dòng)情況選擇第一濾波器101b、放大器101c和第二濾波器101d中的一種或多種對所采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。第一濾波器101b將ad電壓值濾波至信號(hào)幅值小于或等于3v。放大器101c將ad電壓值放大0～300倍。第二濾波器101d將ad電壓值濾波至信號(hào)幅值小于或等于5v。優(yōu)選的，用戶的體動(dòng)情況是指采集通道采集的用戶各部位的震動(dòng)情況。例如是，用戶的脈搏信號(hào)不明顯，需要使用放大器101b進(jìn)行預(yù)處理。用戶的呼吸信號(hào)易受鼾聲信號(hào)的影響，需要使用第一濾波器101a進(jìn)行濾波處理。用戶四肢的挪動(dòng)信號(hào)不易受其余信號(hào)的干擾，可使用第二濾波器101c進(jìn)行濾波處理。優(yōu)選的，將經(jīng)過第一濾波器101a、放大器101b、第二濾波器101c預(yù)處理前以及預(yù)處理后的信號(hào)以相關(guān)聯(lián)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，用戶可以通過提取相關(guān)信號(hào)用于查看睡眠情況，或?qū)⑾嚓P(guān)信號(hào)用于輔助醫(yī)生診療。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30基于篩選出的有效采集通道所采集的生理信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換以及預(yù)處理后獲得的信號(hào)時(shí)域頻譜進(jìn)行快速傅里葉變化以得到信號(hào)頻域頻譜，在預(yù)設(shè)的呼吸頻段范圍內(nèi)獲取處理后的信號(hào)頻域頻譜的峰值輸出超過預(yù)設(shè)閾值的數(shù)目以得到用戶的呼吸頻率，在預(yù)設(shè)的心跳頻段范圍內(nèi)獲取處理后的信號(hào)頻域頻譜的峰值輸出超過預(yù)設(shè)閾值的數(shù)目以得到心跳頻率。優(yōu)選地，按人體正常呼吸頻率不超過30次/分鐘計(jì)算，呼吸頻段范圍設(shè)置為0～0.5hz。按人體心率范圍為40～160次/分鐘計(jì)算，心跳頻段范圍設(shè)置為0.6～2.7hz。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在沒有通訊連接的情況下，智能床墊10無法將采集的數(shù)據(jù)上傳至智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30，為了避免數(shù)據(jù)丟失，本實(shí)施例的智能床墊10還包括臨時(shí)存儲(chǔ)單元103。智能床墊10通過數(shù)據(jù)采集單元101采集用戶的生理信號(hào)，在智能床墊10處于離線狀態(tài)時(shí)，將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地。一旦智能床墊10與智能終端20進(jìn)行通訊，智能床墊10自動(dòng)將存儲(chǔ)和/或采集的數(shù)據(jù)上傳至智能終端20。通過智能終端20將用戶的生理信號(hào)上傳至云端服務(wù)管理系統(tǒng)30進(jìn)行存儲(chǔ)和/或分析。本實(shí)施例的智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)對用戶的生理信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，即使在智能床墊10處于離線狀態(tài)時(shí)，仍能存儲(chǔ)幾天甚至幾周的數(shù)據(jù)，智能床墊10通過對本地存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以便在用戶出現(xiàn)異常時(shí)發(fā)出報(bào)警反饋信息，避免在意外情況發(fā)生時(shí)不能對用戶及時(shí)救助。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，臨時(shí)存儲(chǔ)單元103將數(shù)據(jù)采集單元101所采集的生理信號(hào)按照與之相應(yīng)的采集通道以及采集時(shí)間相關(guān)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)。臨時(shí)存儲(chǔ)單元103能夠響應(yīng)于通信裝置102與智能終端20的成功匹配而將存儲(chǔ)的至少由采集通道、采集時(shí)間以及采集通道所采集的生理信號(hào)組成的數(shù)據(jù)集合推送至智能終端20。智能終端20將數(shù)據(jù)集合轉(zhuǎn)發(fā)至云端服務(wù)管理系統(tǒng)30。本實(shí)施例采用數(shù)據(jù)集合的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和/或分析，不僅能夠降低智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30的運(yùn)算負(fù)荷，而且提高存儲(chǔ)和/或分析的速度和分析的準(zhǔn)確性，確保智能床墊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠長期地、穩(wěn)定地、暢通地運(yùn)行，提高用戶體驗(yàn)。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，數(shù)據(jù)采集單元101的各傳感器采集的數(shù)據(jù)隨用戶狀態(tài)的變化而變化，在采集通道所采集的用戶生理信號(hào)變化達(dá)到設(shè)定閾值之時(shí)，智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30基于采集通道所采集的變化后的生理信號(hào)來計(jì)算以得到用戶狀態(tài)變化后的生理數(shù)據(jù)。在采集通道所采集的生理信號(hào)變化未達(dá)到設(shè)定閾值之時(shí)，智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30基于采集通道所采集的變化前的生理信號(hào)來計(jì)算以得到用戶狀態(tài)變化后的生理數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)用戶的睡眠姿勢由平躺改為左側(cè)時(shí)，分布于智能床墊10上的某些通道將會(huì)產(chǎn)生較大的信號(hào)變化，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)再次進(jìn)行通道選擇。又例如，當(dāng)用戶輕微移動(dòng)身體時(shí)，計(jì)算用戶生理數(shù)據(jù)的通道并未產(chǎn)生較大變化，此時(shí)不進(jìn)行通道切換，以降低通道切換帶來的數(shù)據(jù)丟失。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，數(shù)據(jù)處理單元104基于數(shù)據(jù)采集單元101所采集的用戶生理信號(hào)計(jì)算得到的用戶的生理數(shù)據(jù)判斷用戶在智能床墊10上的狀態(tài)。數(shù)據(jù)處理單元104基于使用了智能床墊10的用戶通過智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30所提供的正常生理數(shù)據(jù)范圍對用戶在智能床墊10上的狀態(tài)判斷進(jìn)行校正?；谟?jì)算得到的用戶生理數(shù)據(jù)，可以初步判斷用戶是否出現(xiàn)異常狀態(tài)，如短時(shí)間呼吸暫停、翻身或離床等。然而，不同年齡段用戶的生理數(shù)據(jù)存在較大差異，若僅依據(jù)處理后的生理數(shù)據(jù)判斷用戶的睡眠質(zhì)量，存在判斷不精確，易出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警的情況。優(yōu)選地，本實(shí)施例結(jié)合用戶提供的正常生理數(shù)據(jù)范圍來校正用戶在智能床墊10上的狀態(tài)。以心跳為例，不同年齡段用戶的正常心跳次數(shù)不同，嬰兒的正常心跳在120次/分鐘左右，而成人的心跳在60～80次/分鐘左右。因此，若使用智能床墊10的用戶為嬰兒，當(dāng)其心跳次數(shù)為120次/分鐘左右時(shí)，按照成人正常心跳范圍，易將其劃分為出現(xiàn)異常狀態(tài)，導(dǎo)致分析錯(cuò)誤。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，智能床墊10還包括預(yù)警單元105。優(yōu)選地，預(yù)警單元105在智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30基于計(jì)算得出的用戶的生理數(shù)據(jù)分析出的用戶在智能床墊10上出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)發(fā)出報(bào)警消息。用戶出現(xiàn)的異常狀態(tài)例如是用戶睡眠質(zhì)量不佳、用戶出現(xiàn)疾病、用戶離床等。報(bào)警消息基于智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30分析出的用戶在智能床墊10上的異常狀態(tài)并結(jié)合用戶的正常生理數(shù)據(jù)范圍劃分的異常狀態(tài)等級(jí)而劃分為不同等級(jí)。報(bào)警消息劃分為不同等級(jí)，救助人員和/或部門可以根據(jù)不同等級(jí)的報(bào)警消息而采取相應(yīng)的措施。優(yōu)選地，智能床墊10處于離線狀態(tài)之時(shí)，智能床墊10基于本地存儲(chǔ)的用戶生理信號(hào)和/或生理數(shù)據(jù)分析用戶在智能床墊10上的狀態(tài)，并在用戶出現(xiàn)異常時(shí)發(fā)出報(bào)警消息。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，智能床墊10包括有圖像采集單元106。優(yōu)選地，圖像采集單元106為攝像頭。優(yōu)選地，圖像采集單元106基于預(yù)警單元105的預(yù)警和/或與使用了智能床墊10的用戶相關(guān)聯(lián)的人員和/或部門的遠(yuǎn)程控制而啟動(dòng)。例如，當(dāng)傳感器采集信號(hào)全部歸零達(dá)到一定時(shí)間，如10s，攝像頭可以自動(dòng)打開進(jìn)行識(shí)別，若未發(fā)現(xiàn)用戶，則判定用戶離床，反之則判定用戶出現(xiàn)緊急情況，例如是呼吸驟停或心臟驟停。又例如，當(dāng)用戶出現(xiàn)輾轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，判定用戶需要觀察，云端服務(wù)管理系統(tǒng)30將會(huì)發(fā)送信息給救護(hù)人員，救護(hù)人員可以在智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30遠(yuǎn)程打開攝像頭實(shí)現(xiàn)視頻觀察。

實(shí)施例2

本實(shí)施例是對實(shí)施例1的進(jìn)一步改進(jìn)，僅對改進(jìn)的部分進(jìn)行說明。

圖2示出了本發(fā)明數(shù)據(jù)采集過程的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的示意圖。如圖2所示，智能床墊10通過數(shù)據(jù)采集單元101采集用戶的生理信號(hào)，當(dāng)智能終端20與智能床墊10通訊時(shí)，智能床墊10會(huì)主動(dòng)傳輸儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)至智能終端20。當(dāng)智能終端20與云端服務(wù)管理系統(tǒng)30通訊時(shí)，云端服務(wù)管理系統(tǒng)30會(huì)接收到用戶的生理信號(hào)以及預(yù)先通過智能終端20輸入的用戶的正常生理數(shù)據(jù)范圍。優(yōu)選地，用戶也可以直接在云端服務(wù)管理系統(tǒng)30預(yù)先輸入用戶的正常生理數(shù)據(jù)范圍。

進(jìn)一步地，智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30基于接收到的用戶生理信號(hào)計(jì)算用戶的生理數(shù)據(jù)并結(jié)合用戶提供的正常生理數(shù)據(jù)范圍來判斷用戶在智能床墊10上是否出現(xiàn)異常狀態(tài)。優(yōu)選地，智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30基于分析出的用戶在智能床墊10上的異常狀態(tài)并結(jié)合用戶的正常生理數(shù)據(jù)范圍將異常狀態(tài)劃分劃分為不同等級(jí)。例如用戶的異常狀態(tài)等級(jí)可以劃分為睡眠不佳，疾病預(yù)防，需要救援等。當(dāng)用戶僅是翻轉(zhuǎn)，可以判定用戶健康狀態(tài)良好，但是睡眠不佳。當(dāng)用戶出現(xiàn)輾轉(zhuǎn)情況，可以判定用戶需要觀察。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30利用歸一化的方式將基于數(shù)據(jù)采集單元101所采集的用戶生理信號(hào)計(jì)算得到的用戶的生理數(shù)據(jù)初步歸類至睡眠質(zhì)量不佳、需要觀察、疾病預(yù)防、需要救援或離床狀態(tài)。優(yōu)選地，本實(shí)施例通過如下方式對用戶的生理數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理：傳感器采樣了用戶n個(gè)點(diǎn)的生理信號(hào)，其中，n為大于等于1的正整數(shù)。智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30計(jì)算出n個(gè)點(diǎn)的信號(hào)對應(yīng)的用戶生理數(shù)據(jù)，再計(jì)算出個(gè)生理數(shù)據(jù)在n個(gè)點(diǎn)生理數(shù)據(jù)之和中的比例，即得經(jīng)歸一化處理的生理數(shù)據(jù)。將生理數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后，可以減小因傳感器檢測的生理信號(hào)的誤差而造成的分析誤差，提高分析的準(zhǔn)確性。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，因難以預(yù)測用戶在床上以何種姿態(tài)作息，所以需要多通道對用戶的生理信號(hào)進(jìn)行采集，系統(tǒng)通過選取以得到最適合進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的通道。當(dāng)用戶改變睡眠姿態(tài)時(shí)，需要相應(yīng)的算法更改用于數(shù)據(jù)處理的通道。優(yōu)選地，本實(shí)施例用于采集用戶生理信號(hào)的傳感器為陶瓷壓電傳感器。優(yōu)選地，智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30通過如下方式判斷用戶是否處于異常狀態(tài)。

當(dāng)用戶處于智能床墊10上時(shí)，所有通道上的傳感器同時(shí)開始采集用戶的生理信號(hào)，經(jīng)過一段時(shí)間后，例如6s，開始對所有通道進(jìn)行篩選，當(dāng)通道內(nèi)采集的信號(hào)滿足低于/高于設(shè)定閾值的點(diǎn)數(shù)目最多時(shí)，選擇該通道用于數(shù)據(jù)處理以得到用戶的生理數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，智能終端20和/或云端服務(wù)管理系統(tǒng)30基于用戶的生理信號(hào)計(jì)算以得到用戶的呼吸頻率和/或心跳頻率。優(yōu)選地，用戶的呼吸頻率和/或心跳頻率是通過如下方式計(jì)算得到的：篩選出的有效采集通道所采集的生理信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換以及預(yù)處理后獲得的信號(hào)時(shí)域頻譜進(jìn)行快速傅里葉變化以得到信號(hào)頻域頻譜，在預(yù)設(shè)的呼吸頻段范圍內(nèi)獲取處理后的信號(hào)頻域頻譜的峰值輸出超過預(yù)設(shè)閾值的數(shù)目以得到用戶的呼吸頻率，在預(yù)設(shè)的心跳頻段范圍內(nèi)獲取處理后的信號(hào)頻域頻譜的峰值輸出超過預(yù)設(shè)閾值的數(shù)目以得到心跳頻率。優(yōu)選地，預(yù)設(shè)的呼吸頻段范圍為0～0.5hz。預(yù)設(shè)的心跳頻段范圍為0.6～2.7hz。

優(yōu)選地，在將采集到的用戶生理信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換之前，對選取通道所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)化、濾除雜波、信號(hào)放大、再次濾除雜波的處理。優(yōu)選地，陶瓷壓電傳感器與a/d轉(zhuǎn)化器101a連接。a/d轉(zhuǎn)化器101a與第一濾波器101b連接。第一濾波器101b連接放大器101c。放大器101c連接第二濾波器101d。優(yōu)選地，第一濾波器101b用以將ad電壓值濾波至信號(hào)幅值小于或等于3v。放大器101c用以將經(jīng)第一濾波器101b濾波處理后的信號(hào)放大0～300倍。第二濾波器101d用以將經(jīng)放大器101c放大后的信號(hào)濾波至信號(hào)幅值小于或等于3v。本實(shí)施例采集的用戶生理信號(hào)經(jīng)第一濾波器處理后，能夠?yàn)V除明顯的雜波，信號(hào)再通過放大器和第二濾波器處理，能夠提高信噪比。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，通過如下方式獲得用戶的心跳頻率和/或呼吸頻率。人體心跳和呼吸的動(dòng)作均可視為振動(dòng)，通過傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后同樣為振動(dòng)信號(hào)，因此使用正弦信號(hào)來建模心跳和呼吸信號(hào)。優(yōu)選地，心跳和呼吸信號(hào)分別采用如下公式描述：

sh(t)＝ah×sin(2πfh+θh)(1)

sb(t)＝ab×sin(2πfb+θb)(2)

s(t)＝sh(t)+sb(t)+a(3)

式(1)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分別為和心跳和呼吸的頻率。θh和θb分別為心跳和呼吸的初始相位。式(3)為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，還可能會(huì)包含直流成分a。

優(yōu)選地，心跳和呼吸信號(hào)類似于正弦波信號(hào)，因此對于頻率的測量采用傅里葉變換來進(jìn)行信號(hào)處理。優(yōu)選地，傳感器輸出的電壓信號(hào)s(t)的傅里葉變換公式如下：

同樣信號(hào)s(t)也可以用傅里葉變化進(jìn)行表示，表示公式如下所示：

由此可以看出，本實(shí)施例的信號(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(j2πf)。上述式(4)和式(5)稱為傅里葉變換對，其中，式(4)為傅里葉變換，式(5)為傅里葉反變換。傅里葉變換可以將信號(hào)從時(shí)域變換到頻域以進(jìn)行分析。對于傳感器輸出的信號(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，因此可以完成對心跳和呼吸頻率的提取。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，通過如下方式獲得用戶的心跳頻率和/或呼吸頻率。以計(jì)算用戶的呼吸頻率為例。圖3示出了本實(shí)施例優(yōu)選的6個(gè)采集通道的ad電壓值曲線圖。如圖3所示，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位為秒，縱坐標(biāo)為a/d轉(zhuǎn)化器101a的電壓值計(jì)數(shù)。從上至下依次是采集通道1、采集通道2、采集通道3、采集通道4、采集通道5和采集通道6。a/d轉(zhuǎn)化器101a每間隔1秒將各個(gè)信號(hào)通道30秒內(nèi)壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為的ad電壓值進(jìn)行監(jiān)測。傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過第一濾波器101b、放大器101c、第二濾波器101d預(yù)處理后完成平滑濾波，以去掉信號(hào)中的噪聲。圖4示出了本實(shí)施例經(jīng)過預(yù)處理后的6個(gè)采集通道的ad電壓值曲線圖。如圖4所示，通過去噪聲處理后，各通道的波形更加明顯，便于后續(xù)計(jì)算。傳感器本身由于壓力變化會(huì)產(chǎn)生電壓的變化，傳感器本身會(huì)產(chǎn)生負(fù)數(shù)電壓，但由于硬件無法讀出負(fù)數(shù)值，所以抬高到0，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集單元的放大和電壓抬高以后，電壓的變化閾值抬高至(0v，+3v)。其中，2048對應(yīng)的即是1.5v，4096對應(yīng)的即是3v。諸如2048或4096之類的數(shù)值意義就是對傳感采樣數(shù)據(jù)經(jīng)ad轉(zhuǎn)化器101a轉(zhuǎn)化后的ad電壓值。當(dāng)傳感器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，系統(tǒng)采集到的電壓處于1.5v，也即是2048點(diǎn)附近。因此，本實(shí)施例從經(jīng)過去噪聲處理后的波形中選取波峰或波谷距離2048值最大值對應(yīng)的通道作為用于判斷呼吸的通道?；谏鲜龇治?，本實(shí)施例選取通道5用于呼吸判斷。圖5示出了本實(shí)施例篩選出用于呼吸判斷的采集通道的ad電壓值曲線圖。經(jīng)放大后，通道5波形的波峰波谷更明顯。圖6示出了本實(shí)施例用于呼吸頻率計(jì)算的統(tǒng)計(jì)圖。以2048為線，通道5的各波峰如果上穿2048，記為1，表示用戶呼吸一次；如果下穿2048，記為0，表示用戶沒有呼吸。按照如此方式，記錄用戶30s內(nèi)的呼吸數(shù)，將其乘以2即可得到每分鐘呼吸數(shù)值。圖6所示用戶的呼吸頻率即為14×2＝28次/分鐘。

以用戶翻身為例。當(dāng)用戶更改睡眠姿勢時(shí)，分布于智能床墊10上的通道所采集的用戶生理信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生較大的信號(hào)變化，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)再次進(jìn)行有效采集通道的選擇。若分布于智能床墊10上的通道所采集的用戶生理信號(hào)未產(chǎn)生明顯變化，則不進(jìn)行通道切換。優(yōu)選地，在采集通道所采集的用戶生理信號(hào)變化達(dá)到設(shè)定閾值之時(shí)，智能終端基于采集通道所采集的變化后的生理信號(hào)來計(jì)算以得到用戶狀態(tài)變化后的生理數(shù)據(jù)。在采集通道所采集的生理信號(hào)變化未達(dá)到設(shè)定閾值之時(shí)，智能終端基于采集通道所采集的變化前的生理信號(hào)來計(jì)算以得到用戶狀態(tài)變化后的生理數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，通道選擇過程中，計(jì)算5秒內(nèi)所有通道采樣值與2048的差值平方，對差值平方排序，選擇最大的兩個(gè)通道作為當(dāng)前所選通道，若通道切換表示對象進(jìn)行了一次翻身。圖7示出了本實(shí)施例用戶處于翻身狀態(tài)時(shí)采集通道的ad電壓值曲線圖。如圖7所示，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位為秒，縱坐標(biāo)為a/d轉(zhuǎn)化器101a電壓值計(jì)數(shù)。虛線框內(nèi)為所選通道，原來的2個(gè)通道切換為完全2個(gè)新的通道，表示對象翻身一次，對比實(shí)際情況，確實(shí)發(fā)生了翻身動(dòng)作。

以用戶離床為例。當(dāng)用戶不再位于智能床墊10上時(shí)，傳感器采集的用戶生理信號(hào)會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)變化波形滿足預(yù)設(shè)條件時(shí)，記錄用戶處于離床狀態(tài)，并記錄用戶離床次數(shù)。優(yōu)選地，預(yù)設(shè)條件可以是原本具有信號(hào)的所有傳感器信號(hào)緩慢歸零。與翻身狀態(tài)不同的是，離床狀態(tài)傳感器信號(hào)的變化在于歸零的速度以及原本具有信號(hào)的所有傳感器信號(hào)都?xì)w零。優(yōu)選地，系統(tǒng)判定用戶離床，若用戶為不能自理群體，則系統(tǒng)在離床狀態(tài)達(dá)到一定時(shí)間長度后，如10分鐘，發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

優(yōu)選地，當(dāng)監(jiān)測到所有通道的信號(hào)趨于2048，即沒有感知到生理信號(hào)，則認(rèn)為測試對象離床。圖8示出了本實(shí)施例用戶處于離床狀態(tài)時(shí)采集通道的ad電壓值曲線圖。如圖8所示，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位為秒，縱坐標(biāo)為a/d轉(zhuǎn)化器101a電壓值計(jì)數(shù)。電壓曲線在7秒后，所有信號(hào)值趨于2048，認(rèn)為對象離床。

需要注意的是，上述具體實(shí)施例是示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明公開內(nèi)容的啟發(fā)下想出各種解決方案，而這些解決方案也都屬于本發(fā)明的公開范圍并落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明說明書及其附圖均為說明性而并非構(gòu)成對權(quán)利要求的限制。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。