一种用于幼儿监控的智能床垫、系统及远程自动调整方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于幼儿监控的智能床垫、系统及远程自动调整方法，采用高灵敏度测量精确的巨压电氧化锌纳米阵列来测量心率值以及体动，该床垫电容薄膜阵列可测人体应力分布，并且睡眠不在安全区域时，可由系统进行报警，该床垫还具有防辐射的加热部分，该智能床垫系统具有自我调节睡眠环境和通过APP调整睡眠环境的特点；通过APP可进行睡眠分析，当人体不适，环境超出设置范围时由APP进行报警，APP可通过WIFI发布指令信息，将反馈信息传给MCU，由MCU通过控制继电器的通断进而控制器件是否工作。此款床垫系统监护者可通过远程监控和调整，并且可开启远程视频，减小监护者的压力。

Intelligent mattress, system and remote automatic adjustment method for monitoring children

The invention discloses a method for automatic adjusting system for intelligent mattress, and remote monitoring of children, to measure the value of heart rate and body movement with high sensitivity and precise measurement of the Zinc Oxide giant piezoelectric nano array, the array can measure the body mattress film stress distribution, and do not sleep in a safe area, can carry out alarm by the system, the mattress has the heating part of the radiation, the intelligent mattress system with self regulating sleep environment and characteristics of the APP sleep environment; can sleep through the APP analysis, when the body is unwell, set the range by APP when the alarm beyond the environment, APP can release command information through WIFI, feedback information to MCU, by MCU through the on-off control relay and control device is working. The guardian of the mattress system can be monitored and adjusted remotely, and remote video can be turned on to reduce the pressure of the guardians.

【技术实现步骤摘要】
一种用于幼儿监控的智能床垫、系统及远程自动调整方法
本专利技术涉及一种用于幼儿监控的智能床垫、系统及远程自动调整方法，属于智能床垫

技术介绍
随着社会的发展和进步，生活水平的提高，人们越来越重视睡眠的质量，尤其是幼儿的睡眠质量。现在社会的生活节奏在加快，人们的精力有限，孩子即使放在幼儿园，由于幼儿园学生多，老师少，老师并不能时刻顾及并照顾到每个学生，因此因监护人疏忽而导致的幼儿感冒发烧，以及跌落摔伤的事件时有发生，并且若幼儿一直处于缺氧的状态而不进行及时调整，会导致其头晕，恶心，面部苍白，严重了甚至会影响孩子的生命安全。因此对于幼儿的监护者需要在未看到孩子在床上状态的时候也能够实时监测孩子的睡眠状态和生命体征，当孩子睡眠发生不适时能够及时预警并且能够及时改善睡眠环境。为了减少监护人在孩子睡眠时监护压力，出现了幼儿智能床和床垫，传统的智能床垫即使能够检测到生命体征，但是生命体征并不明显并且不能满足异地的实时监测和报警，有些床和床垫即使能够监测，也不能对异常情况和环境进行实时的调整和改善。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于幼儿监控的智能床垫、系统及远程自动调整方法，解决目前缺少能够远程监视幼儿睡眠姿势并且进行及时提醒以及调整的设备。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种用于幼儿监控的智能床垫，其特征是，包括床垫主体和系统电路模块；所述床垫主体从下到上依次包括依叠层设置的第一TPU面料层、3D高分子层、第一柔性下电极层、电容薄膜阵列层、第一柔性上电极层、第二柔性下电极层、巨压电氧化锌纳米阵列层、第二柔性上电极层、由复合纤维布包裹的加热层和第二TPU面料层；所述床垫主体上还设置有系统PCB电路板；所述第一柔性下电极层和第一柔性上电极层均带有焊盘，通过导线连接到系统电路板，第一柔性下电极层和第一柔性上电极层的电极连接线均呈垂直分布；所述巨压电氧化锌纳米阵列均匀的分布在床垫上；所述系统电路模块包括电源模块、依次连接的传感器信号调理模块、AD转换模块、主控芯片和其驱动的器件模块；所述传感器信号调理模块包括电容薄膜阵列、湿度传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、压电薄膜、放大滤波电路和电荷放大器；所述湿度传感器、第一温度传感器、第二温度传感器各自对应一个放大滤波电路；所述压电薄膜对应一个电荷放大器；所述主控芯片和其驱动的器件模块包括控制芯片和器件模块；所述控制芯片控制器件模块的开关；所述第一温度传感器由屏蔽线连接到床垫的中间位置，用于测量睡眠时的床上的温度；所述第二温度传感器位于系统PCB电路板上，用于测量室内实际温度。进一步地，所述第一TPU面料层和第二TPU面料层作为床垫的外侧保护层，采用防水透气材料；所述第二柔性上电极层通过导线引出接到系统PCB电路板。进一步地，所述电源模块包括模拟电源模块、基准电压源模块和数字电源模块；所述模拟电源模块为传感器信号模块供电，基准电压源模块为AD转换模块供电，数字电源模块为主控芯片和其驱动的器件模块供电。进一步地，所述AD转换模块包括第一AD转换模块和第二AD转换模块。进一步地，所述控制芯片包括相互联调的MCU和FPGA；所述MCU连接有WIFI模块、蓝牙模块、报警器和三个继电器；三个所述继电器分别连接加热器件、加湿器和加氧机；所述电容薄膜阵列经第一AD转换模块转换后，由FPGA采用多通道选择对信号进行高速采集。进一步地，所述加热层中的加热电阻丝呈竖条状条形排列，两侧加热电阻丝呈横条状排列；所述加氧机采用非接触空氧混合供氧。一种用于幼儿监控的智能床垫系统，其特征是，所述系统电路模块还包括终端APP显示模块和软件算法处理模块；所述终端APP显示模块通过WIFI模块或蓝牙模块进行数据显示并且通过发送指令传给MCU，可对器件工作进行控制；所述软件算法处理模块基于POS粒子群优化小波去噪算法计算出温度值、湿度值、心率值和应力分布，并将计算数据传输给控制芯片。进一步地，所述终端APP显示模块用于动态显示当前温度、湿度、心率和呼吸值、心率曲线；所述终端APP显示模块的界面设有加热器按钮、加湿器按钮、加氧机按钮、应力分布按钮、开启远程视频和睡眠分析按钮；所述终端APP显示模块通过按应力分布按钮可显示人体的应力分布、通过按开启远程视频按钮可以通过远程视频查看睡眠者的睡眠状态、通过按睡眠分析按钮系统可分析睡眠者的睡眠时间。进一步地，所述电容薄膜阵列信号呈9行17列均匀的排布在床垫，用表示，当人体压在床垫上时，通过对阵列信号的提取可到到人体的应力分布，并且通过设置如果应力分布不在a2到a6，系统可进行报警，并且在a0到a2或a6到a8记录所压的压电薄膜的个数，若超过10个系统进行提示，若超过14个进行报警，提醒当前幼儿睡眠时睡姿不合理或睡眠位置不佳。一种用于幼儿监控的智能床垫系统的远程自动调整方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一：系统设置温度低于T1，湿度低于RH1，心率高于N次每分时，由MCU通过控制继电器闭合从而控制加热器、加湿器或者加氧机进行工作，并设置工作时间为10分钟，10分钟后MCU通过控制继电器开关打开从而控制器件停止工作；步骤二：再次判断温度、湿度或心率是在合理范围内，如果不是打开终端APP显示模块开启睡眠分析；步骤三：MCU判断当前温度是否低于预设温度T1，若是对应指示灯亮，终端APP显示模块建议开启加热器，若温度达到T1指相应示灯亮，终端APP显示模块建议关闭加热器，终端APP显示模块反馈给MCU，MCU控制加热器停止工作；步骤四：MCU判断当前湿度是否低于预设湿度RH1，若是对应指示灯亮，终端APP显示模块建议开启加湿器，若湿度达到预设湿度RH1，相应示灯亮，终端APP显示模块建议关闭加热器，终端APP显示模块反馈给MCU，MCU控制加湿器停止工作；步骤五：MCU判断心率是否超过N1次/分，体动次数超过N2次，或心率持续过低若是对应指示灯亮，终端APP显示模块建议开启加氧机，若否相应示灯亮，终端APP显示模块建议关闭加氧机，反馈给MCU，MCU控制加氧机停止工作；步骤六:应力分布不在a2到a6行，系统可进行报警，并且在a0到a2行或a6到a8行记录所压的压电薄膜的个数，若超过10个系统进行提示并建议调整合理的睡姿，若超过14个进行报警，并建议调整合理的睡姿。以上数据根据经验值设定。本专利技术所达到的有益效果：1.本专利技术所采用的床垫，采用的加热部分，其上下表面采用复合纤维布，可防辐射，以及顶层采用TPU面料具有防水透气的特点，并且温度具有反馈调节机制，温度达到一定值将停止加热，提高的睡眠的舒适性和安全性；2.采用巨压电氧化锌纳米阵列与柔性电极受力形成肖特基势垒，比传统选用PVDF压电薄膜具有更高的应变能力，测量精度更高；3.电容薄膜阵列上下部分采用柔性电极，减少了接线的数量，制造工艺简单，适合阵列数量多的场合，同时减少了成本；4.本专利技术提供的供氧系统，其为非接触式空氧混合供氧，可避免氧浓度过高引起中枢系统损伤的危险，同时当监测到心率呼吸突然过快体动次数过多或呼吸率持续过低时体动次数过少，通过APP设置，反馈给MCU，由MCU控制加氧机及时对环境进行加氧气，当心率呼吸正常时，可通过设置加氧机停止加氧；5.床垫系统有效减小了幼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于幼儿监控的智能床垫，其特征是，包括床垫主体和系统电路模块；所述床垫主体从下到上依次包括依叠层设置的第一TPU面料层、3D高分子层、第一柔性下电极层、电容薄膜阵列层、第一柔性上电极层、第二柔性下电极层、巨压电氧化锌纳米阵列层、第二柔性上电极层、由复合纤维布包裹的加热层和第二TPU面料层；所述床垫主体上还设置有系统PCB电路板；所述第一柔性下电极层和第一柔性上电极层均带有焊盘，通过导线连接到系统电路板，第一柔性下电极层和第一柔性上电极层的电极连接线均呈垂直分布；所述巨压电氧化锌纳米阵列均匀的分布在床垫上；所述系统电路模块包括电源模块、依次连接的传感器信号调理模块、AD转换模块、主控芯片和其驱动的器件模块；所述传感器信号调理模块包括电容薄膜阵列、湿度传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、压电薄膜、放大滤波电路和电荷放大器；所述湿度传感器、第一温度传感器、第二温度传感器各自对应一个放大滤波电路；所述压电薄膜对应一个电荷放大器；所述主控芯片和其驱动的器件模块包括控制芯片和器件模块；所述控制芯片控制器件模块的开关；所述第一温度传感器由屏蔽线连接到床垫的中间位置，用于测量睡眠时的床上的温度；所述第二温度传感器位于系统PCB电路板上，用于测量室内实际温度。...

【技术特征摘要】
1.一种用于幼儿监控的智能床垫，其特征是，包括床垫主体和系统电路模块；所述床垫主体从下到上依次包括依叠层设置的第一TPU面料层、3D高分子层、第一柔性下电极层、电容薄膜阵列层、第一柔性上电极层、第二柔性下电极层、巨压电氧化锌纳米阵列层、第二柔性上电极层、由复合纤维布包裹的加热层和第二TPU面料层；所述床垫主体上还设置有系统PCB电路板；所述第一柔性下电极层和第一柔性上电极层均带有焊盘，通过导线连接到系统电路板，第一柔性下电极层和第一柔性上电极层的电极连接线均呈垂直分布；所述巨压电氧化锌纳米阵列均匀的分布在床垫上；所述系统电路模块包括电源模块、依次连接的传感器信号调理模块、AD转换模块、主控芯片和其驱动的器件模块；所述传感器信号调理模块包括电容薄膜阵列、湿度传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、压电薄膜、放大滤波电路和电荷放大器；所述湿度传感器、第一温度传感器、第二温度传感器各自对应一个放大滤波电路；所述压电薄膜对应一个电荷放大器；所述主控芯片和其驱动的器件模块包括控制芯片和器件模块；所述控制芯片控制器件模块的开关；所述第一温度传感器由屏蔽线连接到床垫的中间位置，用于测量睡眠时的床上的温度；所述第二温度传感器位于系统PCB电路板上，用于测量室内实际温度。2.根据权利要求1所述的一种用于幼儿监控的智能床垫，其特征是，所述第一TPU面料层和第二TPU面料层作为床垫的外侧保护层，采用防水透气材料；所述第二柔性上电极层通过导线引出接到系统PCB电路板。3.根据权利要求1所述的一种用于幼儿监控的智能床垫，其特征是，所述电源模块包括模拟电源模块、基准电压源模块和数字电源模块；所述模拟电源模块为传感器信号模块供电，基准电压源模块为AD转换模块供电，数字电源模块为主控芯片和其驱动的器件模块供电。4.根据权利要求1所述的一种用于幼儿监控的智能床垫，其特征是，所述AD转换模块包括第一AD转换模块和第二AD转换模块。5.根据权利要求4所述的一种用于幼儿监控的智能床垫，其特征是，所述控制芯片包括相互联调的MCU和FPGA；所述MCU连接有WIFI模块、蓝牙模块、报警器和三个继电器；三个所述继电器分别连接加热器件、加湿器和加氧机；所述电容薄膜阵列经第一AD转换模块转换后，由FPGA采用多通道选择对信号进行高速采集。6.根据权利要求1或5所述的一种用于幼儿监控的智能床垫，其特征是，所述加热层中的加热电阻丝呈竖条状条形排列，两侧加热电阻丝呈横条状排列；所述加氧机采用非接触空氧混合供氧。7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种用于幼儿监控的智能床垫的系统，其特征是，所述系统电路模块还包括终端APP显示模块和软件算法处理模块；所述终端APP显示模块通过WIFI模块或蓝牙模块进行数据显示并且通过发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：张加宏，李美蓉，刘敏，李敏，陈剑翔，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32