本發(fā)明涉及智能家居領(lǐng)域，具體涉及一種智能鬧鐘自適應(yīng)控制喚醒方法及睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著人們生活節(jié)奏的加快，越來(lái)越多城市青年就寢時(shí)間晚，不足的睡眠時(shí)間導(dǎo)致次日被“不溫柔”的鬧鐘強(qiáng)制性喚醒，給大多數(shù)人帶來(lái)不愉悅的產(chǎn)品體驗(yàn)。傳統(tǒng)的鬧鐘喚醒方式笨拙，只能在固定時(shí)間通過(guò)固定音樂(lè)以固定音量喚醒用戶(hù)，無(wú)法帶給用戶(hù)更靈活更舒適的喚醒體驗(yàn)，尤其是在深睡狀態(tài)下被鬧鐘喚醒，鬧鐘鈴聲對(duì)于用戶(hù)只是噪聲。而且，不同年齡段的人對(duì)聲音的敏感度不同，固定的鬧鐘鈴聲音量可能對(duì)不同年齡的用戶(hù)有不同的反應(yīng)，且喚醒效果也有不同。

另一方面，睡眠是人不可缺少的生命活動(dòng)，良好的睡眠對(duì)人的健康至關(guān)重要。睡眠紊亂以及睡眠疾病等睡眠問(wèn)題會(huì)影響人的工作和生活，且會(huì)成為很多疾病的誘因。因此，有一定必要監(jiān)測(cè)人的睡眠質(zhì)量。而傳統(tǒng)床墊的舒適方便程度主要由使用者的主觀評(píng)價(jià)，無(wú)法給出可評(píng)價(jià)的睡眠質(zhì)量參數(shù)及結(jié)果?，F(xiàn)有的睡眠質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成度低，且操作復(fù)雜。專(zhuān)業(yè)睡眠質(zhì)量評(píng)價(jià)儀器需要使用者身體上安裝多個(gè)電極，并只能在醫(yī)院或?qū)I(yè)實(shí)驗(yàn)室由專(zhuān)業(yè)人員操作才能夠進(jìn)行，這使得睡眠質(zhì)量監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)具有較高難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于一種智能鬧鐘自適應(yīng)控制喚醒方法及睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，鬧鐘采用智能自適應(yīng)控制喚醒方法，根據(jù)用戶(hù)當(dāng)前和歷史的睡眠狀態(tài)以及對(duì)聲音的敏感程度，更溫柔更舒適地將用戶(hù)喚醒，改善使用體驗(yàn)。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種智能鬧鐘自適應(yīng)控制喚醒方法，通過(guò)在預(yù)設(shè)時(shí)刻根據(jù)使用者睡眠狀態(tài)來(lái)控制鬧鈴的音量，且鬧鈴的音量會(huì)隨著使用者睡眠狀態(tài)變化而改變，確保使用者，智能鬧鐘的自適應(yīng)控制喚醒方法包括如下方法步驟：

1)根據(jù)公式(1)獲得即時(shí)音量參數(shù)V_cur：

其中，T_stop為鬧鐘關(guān)閉時(shí)刻，T_turn為睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)刻，k_cur值為即時(shí)睡眠系數(shù)，V_max為鬧鐘最大輸出音量，σ為喚醒系數(shù)變量，σ的初始值為1；設(shè)定鬧鐘啟動(dòng)時(shí)刻為T(mén)_start，當(dāng)即時(shí)時(shí)刻T_cur＝T_start時(shí)，利用生理信息監(jiān)測(cè)組件獲取即時(shí)睡眠狀態(tài)S_cur，通過(guò)公式(1)獲得即時(shí)音量參數(shù)V_cur，當(dāng)即時(shí)時(shí)間T_cur＜T_start時(shí)，鬧鐘處于待機(jī)狀態(tài)；在使用時(shí)，使用者通過(guò)預(yù)先設(shè)置T_start來(lái)制定鬧鐘啟動(dòng)時(shí)刻，并通過(guò)增加預(yù)設(shè)工作時(shí)長(zhǎng)獲得關(guān)閉時(shí)刻T_stop，利用生理信息監(jiān)測(cè)組件來(lái)獲取使用者即時(shí)的睡眠狀態(tài)，并通過(guò)代入公式(1)獲得鬧鈴的即時(shí)音量V_cur。在初始狀態(tài)時(shí)，T_turn＝T_start，也就是鬧鐘的預(yù)設(shè)工作時(shí)長(zhǎng)。

當(dāng)S_cur＝S₀時(shí)，為清醒狀態(tài)，k_cur＝k₀＝-1；當(dāng)S_cur＝S₁時(shí)，為淺睡狀態(tài)，k_cur＝k₁＝0；當(dāng)S_cur＝S₂時(shí)，為深睡狀態(tài)，k_cur＝k₂＝1；

2)生理信息監(jiān)測(cè)組件持續(xù)獲取S_cur值，并通過(guò)數(shù)據(jù)緩存器以間隔時(shí)間h₁(單位秒)存儲(chǔ)V_cur以及S_cur，并形成前次歷史音量值V_h、與V_h對(duì)應(yīng)的前次歷史睡眠狀態(tài)S_h，當(dāng)S_cur≠S_h時(shí)，跳轉(zhuǎn)至步驟3)，當(dāng)S_cur＝S_h時(shí)，跳轉(zhuǎn)至步驟7)；

生理信息監(jiān)測(cè)組件會(huì)以較短間隔時(shí)間對(duì)使用者睡眠狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并以時(shí)間間隔h₁記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)緩存器用于記錄隨時(shí)可能變化的V_cur和S_cur，V_cur由S_cur來(lái)確定，當(dāng)S_cur≠S_h時(shí)，說(shuō)明使用者睡眠狀態(tài)發(fā)生變化，當(dāng)S_cur＝S_h時(shí)，說(shuō)明使用者睡眠狀態(tài)不變。

在工作時(shí)，h₁＝10S，數(shù)據(jù)緩存器以間隔10秒記錄V_cur以及S_cur。

3)通過(guò)生理信息監(jiān)測(cè)組件獲得睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)刻為T(mén)_turn，根據(jù)即時(shí)睡眠狀態(tài)與數(shù)據(jù)緩存器內(nèi)前次歷史睡眠系數(shù)的來(lái)獲得音量變化曲線(xiàn)：

其中，k為睡眠狀態(tài)參數(shù)，T_turn是指S_cur≠S_h時(shí)發(fā)生的時(shí)刻；若S_cur＝S₀時(shí)，則跳轉(zhuǎn)至步驟5)，若S_cur≠S₀時(shí)，則進(jìn)行以下操作：

若S_cur＝S₂，S_h＝S₁時(shí)，使用者的睡眠狀態(tài)由淺睡狀態(tài)轉(zhuǎn)為深睡狀態(tài)，則k＝k₂-k₁＝1-0＝1，代入公式(2)得到音量變化曲線(xiàn)：

若S_cur＝S₂，S_h＝S₀時(shí)，使用者的睡眠狀態(tài)由清醒狀態(tài)轉(zhuǎn)為深睡狀態(tài)，則k＝k₂-k₀＝1-(-1)＝2，代入公式(2)得到音量變化曲線(xiàn)；

若S_cur＝S₁，S_h＝S₀時(shí)，使用者的睡眠狀態(tài)由清醒狀態(tài)轉(zhuǎn)為淺睡狀態(tài)，則k＝k₁-k₀＝0-(-1)＝1，代入公式(2)得到音量變化曲線(xiàn)；

若S_cur＝S₁，S_h＝S₂時(shí)，使用者的睡眠狀態(tài)由深睡狀態(tài)轉(zhuǎn)為淺睡狀態(tài)，則持續(xù)當(dāng)前音量值，即V_cur＝V_h，之后，若睡眠狀態(tài)持續(xù)恒定且持續(xù)時(shí)間大于設(shè)定值h₂時(shí)，則跳轉(zhuǎn)至步驟2)進(jìn)行記錄并判斷睡眠狀態(tài)變化，否則k＝k₂/2，代入公式(2)得到音量變化曲線(xiàn)，并進(jìn)一步跳轉(zhuǎn)至步驟4)，h₂優(yōu)選為10S；

4)根據(jù)公式(2)獲得的音量變化曲線(xiàn)均為音量的增函數(shù)，且V_cur≤V_max，并跳轉(zhuǎn)至步驟2)；

5)S_cur＝S₀，此時(shí)，使用者處于清醒狀態(tài)，此時(shí)，鬧鐘完成叫醒目的，需要將鬧鐘的音量逐漸減小至靜音。

根據(jù)數(shù)據(jù)緩存器內(nèi)S_h的參數(shù)來(lái)確定k值，當(dāng)S_h＝S₂時(shí)，則k＝k₀-k₂，代入公式(3)獲得音量變化曲線(xiàn)；若S_h＝S₁時(shí)，則k＝k₀-k₁，代入公式(3)獲得音量變化曲線(xiàn)，跳轉(zhuǎn)至步驟6)；

6)根據(jù)公式(3)獲得的音量變化曲線(xiàn)為音量的減函數(shù)，T_th為用戶(hù)設(shè)定的喚醒時(shí)刻，通過(guò)調(diào)整喚醒敏感系數(shù)，使用戶(hù)恰好在T_th時(shí)刻被喚醒：

當(dāng)T_cur≥T_th時(shí)，則跳轉(zhuǎn)至步驟2)；

當(dāng)T_cur＜T_th且V_cur＞0時(shí)，根據(jù)公式(3)減小音量直至為零，之后關(guān)閉鬧鐘，并將當(dāng)前喚醒系數(shù)變量值σ及當(dāng)前實(shí)際喚醒時(shí)刻t存入數(shù)據(jù)緩存器，以此形成前次喚醒系數(shù)變量值σ_h和前次實(shí)際喚醒時(shí)刻t_h，帶入公式(4)獲得即時(shí)喚醒系數(shù)變量σ_cur：

其中，N為參考的歷史數(shù)據(jù)量，σ_cur用于替換公式(1)、(2)、(3)中的σ；

7)若S_cur＝S_h＝S₀，說(shuō)明使用者的睡眠狀態(tài)持續(xù)維持在清醒狀態(tài)，則k＝k₀，代入公式(3)獲得音量變化曲線(xiàn)，并跳轉(zhuǎn)至步驟6)；

若S_cur＝S_h＝S₁或S_cur＝S_h＝S₂，說(shuō)明使用者的睡眠狀態(tài)持續(xù)維持在淺睡狀態(tài)或深睡狀態(tài)，若睡眠狀態(tài)持續(xù)不變且時(shí)間大于設(shè)定值h₃，則跳轉(zhuǎn)至步驟2)，否則k＝k₂/2，代入公式(2)獲得音量變化曲線(xiàn)，并跳轉(zhuǎn)至步驟4)。在使用時(shí)，h₃優(yōu)選為10S。

通過(guò)上述方法使得處于睡眠狀態(tài)的使用者被柔性喚醒，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)使用者睡眠狀態(tài)變化來(lái)調(diào)整鬧鐘的音量狀態(tài)及進(jìn)程，確保使用者在預(yù)設(shè)的喚醒時(shí)刻舒緩地轉(zhuǎn)入清醒狀態(tài)。

根據(jù)上述自適應(yīng)控制喚醒方法獲得的一種睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括生理信息監(jiān)測(cè)組件，生理信息監(jiān)測(cè)組件包括智能睡眠監(jiān)測(cè)模塊和生理信息采集模塊，所述生理信息采集模塊采用壓電膜類(lèi)傳感帶，實(shí)現(xiàn)呼吸、體動(dòng)和心跳的原始?jí)弘娦盘?hào)采集；所述智能睡眠監(jiān)測(cè)模塊包括控制器單元、鬧鐘喚醒模塊、用于校準(zhǔn)放大原始?jí)弘娦盘?hào)的校準(zhǔn)放大電路、用于校準(zhǔn)放大電路和鬧鐘喚醒模塊間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)通信單元、供電單元以及與控制器單元配合的數(shù)據(jù)緩存器，生理信息采集模塊采集的原始?jí)弘娦盘?hào)經(jīng)校準(zhǔn)放大電路處理后傳遞至控制器單元，所述控制器單元控制鬧鐘喚醒模塊實(shí)現(xiàn)喚醒功能。

通過(guò)生理信息監(jiān)測(cè)組件、控制器單元、鬧鐘喚醒模塊、校準(zhǔn)放大電路、無(wú)線(xiàn)通信單元、供電單元以及數(shù)據(jù)緩存器間密切配合，起到采集自適應(yīng)控制喚醒方法所需數(shù)據(jù)以及相應(yīng)自適應(yīng)控制喚醒方法計(jì)算結(jié)果的作用，控制器單元通過(guò)生理信息監(jiān)測(cè)組件獲得使用者生理信息并實(shí)施自適應(yīng)控制喚醒方法計(jì)算，鬧鐘喚醒模塊刺激使用者由睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入清醒狀態(tài)。

所述生理信息采集模塊包括設(shè)于床墊上的傳感帶以及與校準(zhǔn)放大電路通連的信號(hào)線(xiàn)，傳感帶設(shè)置在床墊首段且與床墊首端邊緣間距為L(zhǎng)，50cm≤L≤70cm，所述傳感帶端部與床墊側(cè)邊緣間距離為M，2cm≤M≤6cm其頭部距離床側(cè)4cm，所述傳感帶上覆蓋粘膠海綿，粘膠海綿上開(kāi)設(shè)供信號(hào)線(xiàn)外連的穿孔。

所述校準(zhǔn)放大電路具有三級(jí)放大結(jié)構(gòu)，采用數(shù)字電位器調(diào)整放大電路的失調(diào)和增益，并通過(guò)微控制器單元調(diào)節(jié)阻值實(shí)現(xiàn)放大電路增益可調(diào)。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明和床墊結(jié)合緊密，通過(guò)在床墊內(nèi)集成智能采集設(shè)備，即壓電薄膜類(lèi)新型材料的傳感帶，結(jié)合高性能嵌入式處理器，判斷使用者在床/離床狀態(tài)，在使用者在床狀態(tài)下，連續(xù)監(jiān)測(cè)使用者的心跳頻率、呼吸頻率和體動(dòng)狀態(tài)，把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至云端服務(wù)器。針對(duì)原始?jí)弘娦盘?hào)提取特征方法，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了從信號(hào)中提出心率和呼吸數(shù)據(jù)的方法，使用數(shù)字濾波和小波變換等數(shù)字信號(hào)處理方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，排除身體移動(dòng)，腸胃蠕動(dòng)，電路自身噪聲等干擾信號(hào)，分別提出呼吸和心率的原始波形，然后通過(guò)一系列處理后得出心率、呼吸率和睡眠狀態(tài)。本發(fā)明提供一種智能鬧鐘自適應(yīng)控制喚醒方法，采用自適應(yīng)控制理論和學(xué)習(xí)概念，使其適用于不同年齡的用戶(hù)，更人性化地為用戶(hù)提供喚醒服務(wù)。用戶(hù)既無(wú)需專(zhuān)業(yè)技能就可獲取日常睡眠相關(guān)信息，預(yù)防潛在健康問(wèn)題，不斷改進(jìn)睡眠質(zhì)量，本發(fā)明為輕松構(gòu)建個(gè)人的睡眠健康中心提供了一個(gè)良好的解決方案。

本發(fā)明的突出有益效果：通過(guò)自適應(yīng)控制喚醒方法來(lái)根據(jù)使用者實(shí)時(shí)睡眠狀態(tài)控制鬧鐘喚醒模塊進(jìn)行柔性喚醒功能，鬧鐘音量根據(jù)使用睡眠狀態(tài)進(jìn)行跟蹤調(diào)整，確保使用者在預(yù)設(shè)的喚醒時(shí)刻舒緩地轉(zhuǎn)入清醒狀態(tài)，有效提升使用體驗(yàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)及連接關(guān)系示意圖；

圖2是本發(fā)明的數(shù)字信號(hào)處理程序流程示意圖；

圖3是本發(fā)明的智能鬧鐘功能流程示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示的一種智能鬧鐘自適應(yīng)控制喚醒方法及睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括一種智能鬧鐘自適應(yīng)控制喚醒方法以及實(shí)施智能鬧鐘自適應(yīng)控制喚醒方法的睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

在實(shí)際操作中，睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括生理信息監(jiān)測(cè)組件，生理信息監(jiān)測(cè)組件包括智能睡眠監(jiān)測(cè)模塊和生理信息采集模塊，所述生理信息采集模塊采用壓電膜類(lèi)傳感帶，實(shí)現(xiàn)呼吸、體動(dòng)和心跳的原始?jí)弘娦盘?hào)采集；所述智能睡眠監(jiān)測(cè)模塊包括控制器單元、鬧鐘喚醒模塊、用于校準(zhǔn)放大原始?jí)弘娦盘?hào)的校準(zhǔn)放大電路、用于校準(zhǔn)放大電路和鬧鐘喚醒模塊間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)通信單元、供電單元以及與控制器單元配合的數(shù)據(jù)緩存器，生理信息采集模塊采集的原始?jí)弘娦盘?hào)經(jīng)校準(zhǔn)放大電路處理后傳遞至控制器單元，所述控制器單元控制鬧鐘喚醒模塊實(shí)現(xiàn)喚醒功能。

在實(shí)際操作中，自適應(yīng)控制喚醒方法通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)：

1)根據(jù)公式(1)獲得即時(shí)音量參數(shù)V_cur：

其中，T_stop為鬧鐘關(guān)閉時(shí)刻，T_turn為睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)刻，k_cur值為即時(shí)睡眠系數(shù)，V_max為鬧鐘最大輸出音量，σ為喚醒系數(shù)變量，σ的初始值為1；

設(shè)定鬧鐘啟動(dòng)時(shí)刻為T(mén)_start，當(dāng)即時(shí)時(shí)刻T_cur＝T_start時(shí)，利用生理信息監(jiān)測(cè)組件獲取即時(shí)睡眠狀態(tài)S_cur，通過(guò)公式(1)獲得即時(shí)音量參數(shù)V_cur，當(dāng)即時(shí)時(shí)間T_cur＜T_start時(shí)，鬧鐘處于待機(jī)狀態(tài)；

當(dāng)S_cur＝S₀時(shí)，為清醒狀態(tài)，k_cur＝k₀＝-1；當(dāng)S_cur＝S₁時(shí)，為淺睡狀態(tài)，k_cur＝k₁＝0；當(dāng)S_cur＝S₂時(shí)，為深睡狀態(tài)，k_cur＝k₂＝1；

2)生理信息監(jiān)測(cè)組件持續(xù)獲取S_cur值，并通過(guò)數(shù)據(jù)緩存器以間隔時(shí)間h₁，存儲(chǔ)V_cur以及S_cur，并形成前次歷史音量值V_h、與V_h對(duì)應(yīng)的前次歷史睡眠狀態(tài)S_h，當(dāng)S_cur≠S_h時(shí)，跳轉(zhuǎn)至步驟3)，當(dāng)S_cur＝S_h時(shí)，跳轉(zhuǎn)至步驟7)；

3)通過(guò)生理信息監(jiān)測(cè)組件獲得睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)刻為T(mén)_turn，根據(jù)即時(shí)睡眠狀態(tài)與數(shù)據(jù)緩存器內(nèi)前次歷史睡眠系數(shù)的來(lái)獲得音量變化曲線(xiàn)：

其中，k為睡眠狀態(tài)參數(shù)；若S_cur＝S₀時(shí)，則跳轉(zhuǎn)至步驟5)，否則進(jìn)行以下操作：

假設(shè)使用者的睡眠狀態(tài)發(fā)生變化，也就是S_cur≠S_h時(shí)，存在以下情況：

情況一，若S_cur＝S₀時(shí)，則跳轉(zhuǎn)至步驟5)；

情況二，若S_cur＝S₂，S_h＝S₁時(shí)，則k＝k₂-k₁，代入公式(2)得到音量變化曲線(xiàn)：

情況三，若S_cur＝S₂，S_h＝S₀時(shí)，則k＝k₂-k₀，代入公式(2)得到音量變化曲線(xiàn)；

情況四，若S_cur＝S₁，S_h＝S₀時(shí)，則k＝k₁-k₀，代入公式(2)得到音量變化曲線(xiàn)；

情況五，若S_cur＝S₁，S_h＝S₂時(shí)，則持續(xù)當(dāng)前音量值，即V_cur＝V_h，若睡眠狀態(tài)持續(xù)恒定且持續(xù)時(shí)間大于設(shè)定值h₂，則跳轉(zhuǎn)至步驟2)，否則k＝k₂/2，代入公式(2)得到音量變化曲線(xiàn)，并進(jìn)一步跳轉(zhuǎn)至步驟4)。

4)根據(jù)公式(2)獲得的音量變化曲線(xiàn)均為音量的增函數(shù)，且V_cur≤V_max，并跳轉(zhuǎn)至步驟2)；

5)S_cur＝S₀時(shí)，

當(dāng)S_h＝S₂時(shí)，則k＝k₀-k₂，代入公式(3)獲得音量變化曲線(xiàn)；

若S_h＝S₁時(shí)，則k＝k₀-k₁，代入公式(3)獲得音量變化曲線(xiàn)，跳轉(zhuǎn)至步驟6)；

6)根據(jù)公式(3)獲得的音量變化曲線(xiàn)為音量的減函數(shù)，T_th為用戶(hù)設(shè)定的喚醒時(shí)刻：

當(dāng)T_cur≥T_th時(shí)，則跳轉(zhuǎn)至步驟2)；

當(dāng)T_cur＜T_th且V_cur＞0時(shí)，根據(jù)公式(3)減小音量直至為零，之后關(guān)閉鬧鐘，并將當(dāng)前喚醒系數(shù)變量值σ及當(dāng)前實(shí)際喚醒時(shí)刻t存入數(shù)據(jù)緩存器，以此形成前次喚醒系數(shù)變量值σ_h和前次實(shí)際喚醒時(shí)刻t_h，帶入公式(4)獲得即時(shí)喚醒系數(shù)變量σ_cur：

其中，N為參考的歷史數(shù)據(jù)量，σ_cur用于替換公式(1)、(2)、(3)中的σ；獲得的σ_cur可以在下次喚醒功能啟動(dòng)時(shí)使用。

7)若S_cur＝S_h＝S₀，則k＝k₀，代入公式(3)獲得音量變化曲線(xiàn)，并跳轉(zhuǎn)至步驟6)；

若S_cur＝S_h＝S₁或S_cur＝S_h＝S₂，若睡眠狀態(tài)持續(xù)不變且時(shí)間大于設(shè)定值h₃，則跳轉(zhuǎn)至步驟2)，否則k＝k₂/2，代入公式(2)獲得音量變化曲線(xiàn)，并跳轉(zhuǎn)至步驟4)。

通過(guò)上述步驟實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制喚醒方法，優(yōu)選方案，h₁＝10S，h₂＝10S，h₃＝10S。此外，h₁、h₂、h₃的時(shí)長(zhǎng)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，也應(yīng)視為本發(fā)明的具體實(shí)施例。

在使用睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)以下步驟操作：

首先，安裝人體生理信息采集模塊，即壓電膜類(lèi)新型材料傳感器帶。在距離床頭60cm處放置傳感帶，其頭部距離床側(cè)4cm，上下粘膠海綿距離床頭68m，床側(cè)7cm處將海綿開(kāi)口2cm，用于傳感帶引線(xiàn)。傳感器帶的位置應(yīng)該優(yōu)選靠近使用者心臟等關(guān)鍵感應(yīng)部位，使得感應(yīng)獲得的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，傳感帶無(wú)需供電，其信號(hào)輸出端直接與智能睡眠監(jiān)測(cè)模塊的校準(zhǔn)放大電路的信號(hào)輸入端連接。

其次，傳感帶采集獲取的微弱原始?jí)弘娦盘?hào)由校正放大電路進(jìn)行三級(jí)放大，為適用不同體重體型的使用者，采用數(shù)字電位器調(diào)整放大電路的失調(diào)和增益，通過(guò)微控制器單元可編程控制匹配阻值，即放大電路增益可調(diào)。

進(jìn)一步，微控制器單元對(duì)校準(zhǔn)放大后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。如圖2所示，當(dāng)信號(hào)達(dá)到處理?xiàng)l件時(shí)，更新信號(hào)緩存，進(jìn)而判斷使用者是否為在床狀態(tài)，若為不在床狀態(tài)，則清空相關(guān)變量，結(jié)束數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程。若使用者為在床狀態(tài)，則對(duì)使用的體動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行判斷。若使用者為在動(dòng)狀態(tài)，由于無(wú)法提取呼吸和心跳速率，則直接輸出使用者的體動(dòng)狀態(tài)信息；若使用者為靜止?fàn)顟B(tài)，則對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，將放大后帶有噪聲的信號(hào)經(jīng)帶通濾波器輸出RPM(每分鐘次數(shù)的單位，次/分)信號(hào)；同時(shí)，將該信號(hào)進(jìn)行小波變換得到小波分解系數(shù)，在通過(guò)改變分解得到的各層高頻系數(shù)進(jìn)行BPM(每分鐘跳數(shù)的單位，跳/分)信號(hào)的小波重構(gòu)，從而達(dá)到消除噪聲的目的。輸出的RPM信號(hào)和小波重構(gòu)的BPM信號(hào)進(jìn)行FFT變換，通過(guò)頻譜變換分析得出心率和呼吸率的初值，在進(jìn)行一系列的閾值處理，分段處理，局部極值點(diǎn)等校正得出心率和呼吸率值并得出睡眠質(zhì)量指標(biāo)，進(jìn)而將獲得的結(jié)果數(shù)據(jù)存入睡眠質(zhì)量數(shù)據(jù)緩存區(qū)。

再進(jìn)一步，智能鬧鐘模塊在設(shè)定時(shí)間內(nèi)工作，根據(jù)實(shí)際的睡眠狀態(tài)由微控制器單元執(zhí)行自適應(yīng)控制喚醒方法控制其實(shí)施不同的工作狀態(tài)。如圖3所示，當(dāng)時(shí)間到達(dá)鬧鐘工作時(shí)間后，查詢(xún)當(dāng)前睡眠狀態(tài)，若用于為離床狀態(tài)，則停止鬧鐘，否則調(diào)用智能鬧鐘自適應(yīng)控制喚醒算法，獲得控制策略，直到用戶(hù)被喚醒。

最終，以上的心率、呼吸率、睡眠狀態(tài)及鬧鐘工作狀態(tài)將通過(guò)WiFi無(wú)線(xiàn)通信單元傳輸至云端服務(wù)器。

本發(fā)明的校準(zhǔn)放大微弱原始?jí)弘娦盘?hào)的放大電路圖。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)相同的電氣點(diǎn)表示兩者為連接狀態(tài)，沒(méi)有對(duì)應(yīng)相同匹配電氣點(diǎn)的表示與其他模塊連接，VCC為3.3V電源正極，GND為電源負(fù)極，即地。具體地，傳感帶接口P1為人體生理信息采集模塊提供對(duì)接接口，1、2腳接地，3腳懸空，4、5腳與放大器U2A的6腳連接；U2A與電阻R23、電容C29、C11、C31構(gòu)成一級(jí)放大電路，其6腳與傳感帶接口P1的4、5腳連接，5腳經(jīng)電阻R7后與地連接，7腳經(jīng)電解電容C31的陰極后與數(shù)字電位器U5的6腳連接，電阻R6、R7和電容C38構(gòu)成分壓電路，為放大器U2A提供合適的電壓；放大器U2B與電阻R24、R4以及電容C37、C36構(gòu)成第二級(jí)放大電路，其2腳與數(shù)字電位器U5的5腳連接，3腳與放大器U2A的5腳連接，1腳經(jīng)電阻R4、R14、R15的一端后與放大器U3A的5腳連接；放大器U3A與電阻R14、R15、R16、R18、R19、R29以及電容C13、C14、C15、C16、C18構(gòu)成第三級(jí)放大電路，其5腳經(jīng)R15、R14、R4的另一端后與放大器U2B的1腳連接，7腳經(jīng)電阻R29后與智能睡眠監(jiān)測(cè)模塊的微控制器單元連接，由微控制器單元對(duì)放大后的信號(hào)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換；數(shù)字電位器U5與電阻R21、R22以及電容C21構(gòu)成外圍電路，其6腳與電解電容C31的陽(yáng)極連接，5腳與放大器U2B的2腳連接，4腳、5腳與智能睡眠監(jiān)測(cè)模塊的微控制器單元連接，由微控制器單元對(duì)數(shù)字電位器U5實(shí)現(xiàn)I2C協(xié)議編程控制輸出電阻，阻值等于U5的5腳與6腳之間輸出值，從而避免放大信號(hào)失調(diào)。

實(shí)施例一：

使用者設(shè)定鬧鐘啟動(dòng)時(shí)刻T_start為早上7點(diǎn)25分，鬧鐘喚醒時(shí)刻T_th為7點(diǎn)40分，T_th＝T_stop，初始設(shè)定喚醒敏感系數(shù)σ為1，鬧鐘最大輸出音量V_max為70分貝。當(dāng)即時(shí)時(shí)刻T_cur＝T_start時(shí)，生理信息監(jiān)測(cè)組件開(kāi)始工作，并及時(shí)獲取使用者的睡眠狀態(tài)信息，假設(shè)使用者此時(shí)處于淺睡狀態(tài)，可得即時(shí)睡眠系數(shù)k_cur＝0，在初始狀態(tài)時(shí)，T_turn＝T_start，也就是鬧鐘的預(yù)設(shè)工作時(shí)長(zhǎng)，T_stop-T_turn＝15分鐘。通過(guò)公式(1)獲得即時(shí)音量參數(shù)V_cur：

鬧鐘以7.78分貝的音量持續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)為h₁，也就是10S，并通過(guò)數(shù)據(jù)緩存器記錄當(dāng)前的V_cur和S_cur，形成前次歷史音量值V_h、與V_h對(duì)應(yīng)的前次歷史睡眠狀態(tài)S_h，也就是V_h＝V_cur＝7.78，S_h＝S_cur＝淺睡狀態(tài)。

在持續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)為h₁結(jié)束時(shí)，生理信息監(jiān)測(cè)組件會(huì)再次獲取S_cur值，并與之前記錄的S_h進(jìn)行比較，若S_cur＝S_h，則說(shuō)明使用者的睡眠狀態(tài)在這個(gè)10S周期內(nèi)沒(méi)有變化，則跳轉(zhuǎn)至步驟7)；若S_cur≠S_h，則說(shuō)明使用者的睡眠狀態(tài)發(fā)生變化，則跳轉(zhuǎn)至步驟3)。

通過(guò)控制器單元對(duì)使用者睡眠狀態(tài)變化進(jìn)行判斷，并選擇對(duì)應(yīng)的睡眠狀態(tài)參數(shù)k，并代入公式(2)，獲得變化的即時(shí)音量V_cur

假設(shè)，當(dāng)使用者在鬧鈴以7.78分貝的音量喚醒下30秒后轉(zhuǎn)入清醒狀態(tài)，符合情況一的觸發(fā)條件，根據(jù)方法要求轉(zhuǎn)入步驟5)，k＝k₀-k₁＝-1-0＝-1，在此過(guò)程中，T_turn＝7:25:30，代入公式(3)，可得：

即時(shí)音量V_cur會(huì)根據(jù)公式(3)獲得音量變化曲線(xiàn)而逐漸變小至零。

在步驟6)中，當(dāng)T_cur＜T_th且V_cur＞0時(shí)，將當(dāng)前喚醒系數(shù)變量值σ及當(dāng)前實(shí)際喚醒時(shí)刻t存入數(shù)據(jù)緩存器，以此形成前次喚醒系數(shù)變量值σ_h和前次實(shí)際喚醒時(shí)刻t_h，帶入公式(4)獲得即時(shí)喚醒系數(shù)變量σ_cur：

獲得的σ_cur用于下次喚醒時(shí)運(yùn)算，使得鬧鐘喚醒模塊的喚醒功能更貼合使用者的實(shí)際喚醒要求。

實(shí)施例二：

相較于實(shí)施例一，在實(shí)施例二中設(shè)定：使用者在鬧鐘開(kāi)啟后由淺睡狀態(tài)轉(zhuǎn)入深睡狀態(tài)，也就是S_cur＝S₂、S_h＝S₁，則在符合情況二的觸發(fā)條件，k＝k₂-k₁＝1，代入公式(2)得到音量變化曲線(xiàn)：

隨著即時(shí)時(shí)刻T_cur的變化獲得控制鬧鐘喚醒模塊的音量變化曲線(xiàn)，音量會(huì)逐漸增大，以此對(duì)使用者產(chǎn)生更大的刺激。

當(dāng)生理信息監(jiān)測(cè)組件感知使用者處于清醒狀態(tài)時(shí)，則符合S_cur＝S₀、S_h＝S₂的觸發(fā)條件，則k＝k₀-k₂＝-2，代入公式(3)獲得音量變化曲線(xiàn)；

V_cur會(huì)根據(jù)公式(3)獲得音量變化曲線(xiàn)而逐漸變小直至為零，鬧鈴關(guān)閉，完成喚醒工作。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。