一种智能床垫的数据采集系统技术方案

本发明专利技术涉及一种智能床垫的数据采集系统，智能床垫的数据采集系统至少包括设置于智能床垫上的具有多个采集通道的数据采集单元和与数据采集单元进行数据交互的智能终端，其中，智能床垫的数据采集系统基于对使用了智能床垫的用户分类来选择用于采集用户生理信号的采集通道，数据采集单元将所采集的生理信号通过A/D转化器转化为AD电压值并对AD电压值进行预处理后经通信装置发送至用户指定的和/或智能床垫近旁的智能终端，并且智能终端通过筛选出经预处理后的AD电压值满足设定阈值的采集通道所采集的生理信号来进行计算以获得用户在智能床垫上的生理数据。

A data acquisition system for intelligent mattress

The data acquisition system of the present invention relates to an intelligent mattress, a data acquisition system of intelligent mattress comprises at least a smart terminal, data acquisition unit is provided with a plurality of acquisition channels arranged on the intelligent mattress and data exchange and data acquisition unit of the data acquisition system of intelligent mattress classification of users to use intelligent mattress selected for collecting user acquisition channels based on physiological signals, physiological signals data acquisition unit will be collected through the A/D converter into a AD voltage level and the voltage on AD value of intelligent terminal via a communication device is sent to the user specified and / or intelligent mattress near after pretreatment, and intelligent terminal by screening by AD voltage after pretreatment values meet the physiological signal acquisition channel threshold collected to calculate to obtain the user in the intelligent mattress Physiological data.

【技术实现步骤摘要】
一种智能床垫的数据采集系统
本专利技术涉及智能家居
，特别是集成有智能硬件的床垫，尤其涉及一种智能床垫的数据采集系统。
技术介绍
智能硬件是智能家居中的核心内容。而统计数据表明，人一生有三分之一的时间是在床上渡过的。因此将智能硬件与床垫进行结合对于疾病预测或监控病人身体情况是非常有意义的。此外，随着我国人口老龄化趋势的到来，独居老年人的健康问题日益突出。老人独特的生理特征给予需要特别小心的照顾，甚至有的老年人需要时刻注意其生理变化和睡眠状态。目前睡姿和睡眠行为的测试方法主要有多导睡眠图记录法、体动记录图分析法和摄像法。其中，多导睡眠图记录法虽然可以获得睡眠结构的详细信息，但该方法只能在实验室内完成，并且需要将多导电极置于人体之上，因此，对正常睡眠有一定程度的影响。体动记录图分析法是一种测试具体人体肢体动作的较好的方法，但为了获得全面的睡眠动作行为，需要给人体肢体部位的多处佩戴体动记录装置，因此，也会对睡眠产生一定程度的影响。摄像法虽然可以在不干扰睡眠的前提下测试睡姿和睡眠动作行为，但这种方法不够尊重受试者的隐私，同时，也无法精确测试细微动作行为和被褥掩盖下的动作行为。现有技术智能床垫的产品，虽然可监测老人的生理变化和睡眠状态，但是智能床垫的精确度太低，不能为智能家居系统提供有效的数据支持，常常出现错误的提示信息。为了解决上述技术问题，中国专利(公告号为CN204654369U)公开了一种用于基于物联网的智能床垫。该专利的用于基于物联网的智能床垫包括床垫，床垫包括设置在床垫内部的若干压电单元，压电单元对称的排列在床垫上，且每个压电单元还包括对称排列的4个压电带和接线柱，压电带通过电线与接线柱连接，每个压电单元的接线柱通过电线与分析模块连接；分析模块包括分址器，存储器，数据收发器，处理器和发声器，分址器用于为每个压电单元分配唯一的地址，存储器用于存储床垫发送的信息，数据收发器用于向服务器接收或发送信息，处理器用于处理各个压电单元的信号，发声器用于发出警报或语言信息。该专利的智能床垫解决了现有技术中的智能床垫的精确度低的技术问题。然而，该专利的智能床垫至少还有如下技术问题未考虑到：(1)将压电单元采集的信号用于处理以获得用户的呼吸、心跳等体征之前未对采集的信号进行滤波处理，由于干扰信号的影响，使得分析结果的准确性低，另外，将若干个压电单元采集的信号全部用于处理以获得用户的呼吸、心跳等体征，由于数据处理量大，使得数据处理效率低。(2)在没有通讯连接的情况下，智能床垫无法将采集的用户数据上传至智能终端和/或云端服务管理系统进行存储和/或数据处理，此时往往容易造成数据丢失，在用户出现异常状态时，也无法基于采集的数据对用户的异常状态进行报警提醒。(3)智能床垫本身电池容量有限，而智能床垫与智能终端和/或云端服务管理系统长期建立通讯连接以及长时间内交换数据，将使得电池电量消耗大，不利于智能床垫长时间保持工作状态。
技术实现思路
针对现有技术多导睡眠图记录法、体动记录图分析法和摄像法存在的缺陷，本专利技术提出了通过使用传感器检测用户在智能床垫上的生理信号并基于采集到的生理信号来计算用户生理数据的用户睡眠行为的测试方法。本专利技术尤其提供了一种智能床垫的数据采集系统，本专利技术将传感器设置于智能床垫上，如此不会对用户的睡眠质量造成任何影响。进一步地，现有技术的分析方式多是通过将采集的数据发送至后台服务器进行数据分析以获得用户睡眠质量。将采集的数据发送至后台服务器，由于后台服务器的数据存储和处理量大，加上数据传输距离远，使得数据处理效率慢。为此，本专利技术提供了一种智能床垫的数据采集系统。优选的，所述智能床垫的数据采集系统至少包括设置于智能床垫上的数据采集单元和通信装置、经所述通信装置与所述数据采集单元进行数据交互的智能终端。具有多个采集通道的所述数据采集单元用于采集使用了所述智能床垫的用户的生理信号并将所采集的生理信号经所述通信装置发送至所述用户指定的和/或所述智能床垫近旁的所述智能终端。所述智能终端通过筛选出采集数据满足设定阈值的采集通道所采集的生理信号来进行计算以获得所述用户在所述智能床垫上的生理数据。优选的，有效采集通道所采集的生理信号是指生理信号达到设定阈值的所述采集通道所采集的生理信号。本专利技术的数据采集单元所采集的数据与智能床垫近旁的智能终端进行数据交互，解决了需要将采集数据发送至后台服务器进行处理的缺陷。另一方面，本专利技术计算用户生理数据时，面对采集的大量数据，通过筛选法提取有效数据，不仅可以提高分析速度，而且还能提高分析的准确性。进一步地，由于智能硬件在面对长期持续性数据收集任务时，对智能硬件及与其配合的智能终端均提出了很高的运算能力及存储空间的要求。此外，智能床垫本身电池容量有限，为了减少对硬件要求，也为了节约电池电量以使智能床垫长时间保持工作状态，本专利技术提出了基于对用户的判断来选择用于采集所述用户身体体征信号的采集通道的方案。优选地，所述数据采集单元具有多个采集通道，所述智能床垫系统基于对使用所述智能床垫的用户判断来选择用于采集所述用户身体体征信号的采集通道。当用户使用智能床垫时，若所有采集通道均开启用于采集用户的身体体征信号，不仅会造成采集数据量大，造成数据存储和/或分析效率降低，而且还会造成采集通道浪费。本专利技术所规定的这些采集通道位于床垫的不同部位，用以采集不同身体部位的体征信号。根据本专利技术的一个优选实施方式，根据针对头部的采集通道所采集的声音大小来判断睡眠状态用户面部的朝向。特别是，每当另一采集通道基于用户运动数据而判定睡眠状态的用户发生翻身动作时，所述针对头部的采集通道才被激活，用以拾取相应声音并进而基于所收到的声音波幅来判断翻身动作完成后的用户的面部朝向，其中，基于多个采集通道所收集的数据来确定用户是否进入睡眠状态，并且在用户进入深度睡眠状态之后禁用背对用户面部的采集通道；并且其中，在基于至少一个采集通道所收集的数据而确定已经进入睡眠状态的用户发生或即将发生运动之时，激活多个、尤其是所有采集通道。对于进入睡眠状态的用户，在朝向用户的至少一个采集通道收集到明显有异于平均信号水平的阶跃式变化时，根据至少另一采集通道的采集系统来验证确定该阶跃式变化是否为干扰噪声；若根据至少两个采集通道判定所述阶跃式变化源自该进入睡眠状态的用户，则根据多个采集通道的数据来综合判断该阶跃式变化的来源，并激活相应采集通道的信号放大机构，同时采用带通滤波手段提取并保存所述阶跃式变化，用于此后医疗诊断。进一步的，数据采集单元采集用户生理信号的同时也采集了较多的干扰信号，为了去除干扰信号的影响，本专利技术还包括有对所述数据采集单元所采集的生理信号进行预处理的第一滤波器、放大器、第二滤波器。优选地，数据采集单元采集的生理信号先经A/D转化器转化为AD电压值。将用户的生理信号进行模数转化后，有利于后期的数据计算。优选地，所述智能床垫的数据采集系统基于所述用户的体动情况选择所述第一滤波器、所述放大器和所述第二滤波器中的一种或多种对所采集的信号进行预处理。优选地，所述第一滤波器将所述AD电压值滤波至信号幅值小于或等于3V，所述放大器将所述AD电压值放大0～300倍，所述第二滤波器将所述AD电压值滤波至信号幅值小于或等于5V。优选地，放大器的放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能床垫的数据采集系统，尤其是一种用于采集用户生理数据的智能床垫的数据采集系统，其特征在于，所述智能床垫的数据采集系统至少包括设置于智能床垫(10)上的具有多个采集通道的数据采集单元(101)和能够与所述数据采集单元(101)进行数据交互的智能终端(20)，其中，所述智能床垫的数据采集系统基于对使用所述智能床垫(10)的用户分类来选择用于采集所述用户生理信号的采集通道，所述数据采集单元(101)将所采集的生理信号通过A/D转化器(101a)转化为AD电压值并对所述AD电压值进行预处理后经所述通信装置(102)发送至所述用户指定的和/或所述智能床垫(10)近旁的所述智能终端(20)，并且所述智能终端(20)通过筛选出经预处理后的所述AD电压值满足设定阈值的采集通道所采集的生理信号来进行分析以获得所述用户在所述智能床垫(10)上的生理数据。

【技术特征摘要】
1.一种智能床垫的数据采集系统，尤其是一种用于采集用户生理数据的智能床垫的数据采集系统，其特征在于，所述智能床垫的数据采集系统至少包括设置于智能床垫(10)上的具有多个采集通道的数据采集单元(101)和能够与所述数据采集单元(101)进行数据交互的智能终端(20)，其中，所述智能床垫的数据采集系统基于对使用所述智能床垫(10)的用户分类来选择用于采集所述用户生理信号的采集通道，所述数据采集单元(101)将所采集的生理信号通过A/D转化器(101a)转化为AD电压值并对所述AD电压值进行预处理后经所述通信装置(102)发送至所述用户指定的和/或所述智能床垫(10)近旁的所述智能终端(20)，并且所述智能终端(20)通过筛选出经预处理后的所述AD电压值满足设定阈值的采集通道所采集的生理信号来进行分析以获得所述用户在所述智能床垫(10)上的生理数据。2.如权利要求1所述的智能床垫的数据采集系统，其特征在于，所述智能床垫的数据采集系统还包括对所述数据采集单元(101)所采集的生理信号进行预处理的第一滤波器(101b)、放大器(101c)和第二滤波器(101d)，并且所述智能床垫的数据采集系统基于所述用户的体动情况选择所述第一滤波器(101b)、所述放大器(101c)和所述第二滤波器(101d)中的一种或多种对所采集的信号进行预处理。3.如权利要求1或2所述的智能床垫的数据采集系统，其特征在于，所述采集通道采集的信号包含心跳和呼吸信号之和，并且所述心跳和呼吸信号使用正弦信号来建模，分别采用如下公式描述：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)分别为心跳和呼吸电压信号，式(3)为传感器输出的电压信号，包含了心跳和呼吸信号之和，以及直流成分A，其中，Ah和Ab分别为心跳和呼吸的幅度，fh和fb分别为和心跳和呼吸的频率，θh和θb分别为心跳和呼吸的初始相位。4.如权利要求1或2所述的智能床垫的数据采集系统，其特征在于，所述智能终端(20)基于筛选出的有效采集通道所采集的生理信号进行AD转换以及预处理后获得的信号时域频谱进行快速傅里叶变化以得到信号频域频谱，在预设的呼吸频段范围内获取处理后的信号频域频谱的峰值输出超过预设阈值的数目以得到所述用户的呼吸频率，在预设的心跳频段范围内获取处理后的信号频域频谱的峰值输出超过预设阈值的数目以得到所述心跳频率，其中，所述预设的呼吸频段范围为0～0.5Hz，所述预设的心跳频段范围为0.6～2.7Hz。5.如前述权利要求之一所述的智能床垫的数据采集系统，其特征在于，所述采集通道的传感器输出的电压信号S(t)的傅里叶变换公式如下：并且所述采集通道的传感器输出的电压信号S(t)也可以用傅里叶变化进行表示，表示公式如下所示：其中，式(4)为傅里叶变换，式(5)为傅里叶反变换，通过傅里叶变换可以将传感器输出的电压信号S(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新宇，郭延锐，姚小慧，张永钦，
申请(专利权)人：佛山市量脑科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44