一种辨别声音、产生震动的止鼾装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种止鼾装置。该装置包括声音传感器、AD转换模块、MUC控制中心、继电器隔离开关和震动器五个主要组成部分。其主要工作流程为：声音传感器采集周围环境的声音信号，通过AD转换模块转换为数字量供MCU读取。MCU对读取到的一系列数字信号进行处理，利用鼾声识别算法辨别鼾声，如果确认检测到鼾声，则通过继电器开启震动器。震动器置于枕头下方，通过枕头将震感传于人体头部，促使人体改变睡姿，从而达到止鼾的效果。本发明专利技术结构简洁，成本低，一键式使用，无副作用，无需改变用枕习惯，并具有一定的抗干扰能力。

A snoring device that distinguishes sound and produces vibration.

The invention discloses a snoring device. The device consists of five main components: sound sensor, AD conversion module, MUC control center, relay disconnector and vibrator. The main work flow is: the sound sensor collects the sound signal of the surrounding environment, and converts it into digital quantity for MCU to read through the AD conversion module. The MCU processes a series of read digital signals, uses the snore recognition algorithm to distinguish the snore, and if it is confirmed that the snore is detected, the vibrator is turned on through a relay. Vibrator placed under the pillow, through the pillow will transmit the sense of vibration to the body's head, prompting the body to change sleeping posture, so as to achieve the effect of snoring. The invention has the advantages of simple structure, low cost, one-button use, no side effects, no need to change pillow habit, and certain anti-interference ability.

【技术实现步骤摘要】
一种辨别声音、产生震动的止鼾装置
本专利技术涉及止鼾方法、止鼾装置和鼾声识别领域。
技术介绍
打鼾是一种常见的现象，常见于男性。打鼾不仅影响打鼾者的睡眠质量和身体健康，还会影响到身边人的休息。在家中影响配偶睡眠，出差时遭同事嫌弃，在宿舍打搅舍友休息。不管是打鼾的人还是不打鼾的人，都有可能受到鼾声的侵扰，因此，合理止鼾就成了一个急待解决的问题。目前，市面上常见的止鼾器主要有两种，一种是含在嘴里的牙套式止鼾器，另一种是戴在手腕上的手表式止鼾器，这种手表式止鼾器以获得了医疗器械证书的翰沃生物回馈智能止鼾器为代表。牙套式止鼾器通过口部支撑起到了一定的止鼾作用，但其异物感强，使人流口水，还会诱发牙周炎，用户体验较差。手表式止鼾器通过识别打鼾声然后刺激手腕产生生物回馈来达到止鼾功能，但当手放在被窝里时，受到被子的阻隔，止鼾器的识别性能会大打折扣。此外，这两种止鼾器在使用前后都需要进行清洗或贴膜等或多或少的处理工作，不是很方便。2016年发表的专利《智能止鼾枕》，申请号为：CN201610641422.6。其中提出了一种通过充气、放气来调节枕头倾斜度的方法，迫使打鼾者改变睡姿，从而起到止鼾的效果。这种方法科技含量是比较高，但成本也高。枕头内有充气装置、声音识别装置，结构复杂，造价比较高，用久了之后更换枕头的代价也比较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种效果好、成本低、使用方便的止鼾装置。本专利技术在设计之初需要规避的问题如下。(1)易受噪声干扰。(2)干预动作剧烈或产生副作用。(3)成本过高。(4)使用步骤繁琐。(5)使用者睡眠时的动作会对止鼾效果产生不利影响。为达到上述目的并避免上述问题，该止鼾装置的设计思想如下：装置主要由MCU核心控制板、LM386声音采集模块和由震动电机制作而成的震动器组成。声音采集模块放于床头，以便于采集鼾声，并通过AD转换模块把数字信号传至MCU；MCU根据预定的信息处理算法对传来的数字信号进行处理，如果处理结果表明此时正在打鼾，则发送启动信号开启震动器进行干预，否则不做任何操作；震动器放于使用者的枕头下面，通过枕头把干预动作传达至人体头部，人体感受到震动之后改变睡姿，从而停止打鼾。整个装置中只有震动器放于枕头下面，其他的均置于床外，两者通过有线方式连接。接下来详细介绍本装置的实现过程。声音采集：由声音传感器采集声音信号，后经LM386芯片将信号转为电压信号，再通过放大器放大200倍之后作为模拟电压接入AD转换的输入端，AD转换模块把模拟量转换为数字量，数字量的范围是0到255，最后把数字量传至MCU进行处理。特征提取：首先收集鼾声的波形数据，然后对这些波形数据进行统计分析。分析数据显示，不管是在有鼾声还是在没鼾声的情况下，波形数据的平均值几乎不变，而在有鼾声的情况下数据的方差要明显大于无鼾声的情况。又由于方差数值偏大，最终选择使用标准差作为声音波形的特征。标准差公式如下：。鼾声识别算法与抗干扰设计：MCU每隔5ms读取一次声音信号转换的数字量，每积累100个数字量计算一次标准差，并存储。每存储10个标准差进行一次有效性判断，判断条件是，如果10个标准差中有不少于4个处于从2.8到12.8的范围内，则视为该阶段内检测到鼾声，有效检测计数加一，否则不做任何操作。为了排除噪声信号的干扰，结合鼾声连续性的特点，所以在固定时间内有效检测计数达到2才视为最终检测到鼾声，然后才启动震动器，并同时把有效检测计数清零。否则，固定时间一到，便清空有效检测计数。其中固定时间设置为进行30次有效性判断的时间。干预策略：该部分紧接上面鼾声识别部分，在鼾声识别算法最终确认检测到鼾声后，MCU通过继电器开启震动器，保持六秒种，然后关闭震动器，重新开始检测声音信号。此外，装置中还专门设有震动器的手动开关，以备不时之需。如果使用者想要在震动器保持震动的六秒钟之内关闭震动器，便可以通过手动开关进行手动关闭。此处设计体现了装置的人性化。震动器选用的是已经在U型按摩枕中使用的震动器，这种震动器也经进入实用阶段，而且是供人体按摩使用，因此不必担心因震动过猛而对人体产生不利影响。为了说明本装置低成本的特点，下面介绍本装置的选材及相应的价格。MCU：选用51最小系统板（含继电器），价格50元左右。AD转换模块：选用PCF8591模块，价格8元左右。声音传感器：选用LM386声音传感器模块，价格19元左右。震动器：选用U型按摩枕中采用的震动器，价格12元左右。除了上述材料之外，还需要一些连接线和电池之类的，由于成本较低，就不一一列出。总的来算，全部成本在100元左右，充分体现了本装置经济低碳的特性，也成功解决了上文中需要避免的成本过高的问题。本专利技术与现有技术相比的有益效果如下。(1)声音采集与动作干预分离，使得声音采集模块在工作时不受使用者睡眠习惯和睡眠动作的影响，有利于保持声音采集效果的一致性。(2)无副作用，不会使人体产生任何不适感。(3)本装置无需搭配特制的枕头，从而不必改变使用者的用枕偏好，更换枕头也和平时一样方便。这种尽量不改变使用者生活习惯的设计，能够大大缓解初用者的心理排斥感。(4)使用方便。睡觉前与醒来后无需进行复杂的操作，只需在睡觉前打开开关，醒来后关闭开关，一键式解决，既方便又实用。(5)利用鼾声连续性的特点设计了鼾声识别中的抗干扰功能，在保证识别准确率的情况下降低了误判概率，提高了装置的可用性。(6)成本低廉，适合商业化批量生产，具有很大的实用价值。附图说明图1是本专利技术止鼾步骤的流程示意图。图2是本专利技术声音采集模块采集到的鼾声波形图。图3是本专利技术特征提取中得到的特征对比条形图。图4是本专利技术鼾声识别算法的流程图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，为本专利技术止鼾装置的工作流程。首先，由LM286声音传感器模块采集周围的声音信号，经过转换、放大最终变换为0~5V的模拟电压信号。然后通过PCF8591这种AD转换模块将模拟电压信号转换成8位的数字信号（0~255），以供MCU主控芯片读取。MUC每5ms从AD转换模块读取一次数字信号，并对这些数据进行存储与处理，通过鼾声识别算法与抗干扰设计识别鼾声，一旦算法确认环境中有鼾声，MCU就向继电器发送闭合信号，开启震动器，然后延时6秒钟，MCU再向继电器发关打开信号，关闭震动器，完成一次干预操作，然后继续读取AD转换模块的数字信号。继电器处于MCU与震动器之间，起到开关连接和电流阻隔的作用，因为震动器中的震动电机电流比较大，不能与MCU的控制引脚直接相连，所以需要继电器在中间起隔离作用。最后，震动器的开关由继电器控制，继电器闭合，震动器开始震动，继电器打开，震动器停止震动。震动器作为整个装置机械干预的最终执行者，置于枕头下部，将震感通过枕头传送至使用者头部。使用者感受到关部震动后，主动改变睡姿，停止打鼾，这样，本止鼾装置的一次止鼾流程就完成了。如图2所示，为两段鼾声的声波。在装置的专利技术过程中，为了分析鼾声的特点，以便于提取鼾声特征，在MCU中加入的串口发送功能，把每次取到的数字信号通过串口发送到上位机。在上位机上，通过对这些数据进行整理与分析，画出了鼾声的波形图。从图中可以看出，当没有鼾声时，波形接近于一条直线，数值在77、78左右浮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种止鼾装置，其特征在于，包含声音传感器、AD转换模块、MCU控制中心、继电器隔离开关和震动器五个主要组成部分，其核心工作流程为：声音传感器采集周围环境的声音信号，通过AD转换模块转换为数字量供MCU读取；MCU对读取到的一系列数字信号进行处理，利用鼾声识别算法辨别鼾声，如果确认检测到鼾声，则通过继电器开启震动器，保持6秒钟后关闭，然后重新检测周围环境的声音信号。

【技术特征摘要】
1.一种止鼾装置，其特征在于，包含声音传感器、AD转换模块、MCU控制中心、继电器隔离开关和震动器五个主要组成部分，其核心工作流程为：声音传感器采集周围环境的声音信号，通过AD转换模块转换为数字量供MCU读取；MCU对读取到的一系列数字信号进行处理，利用鼾声识别算法辨别鼾声，如果确认检测到鼾声，则通过继电器开启震动器，保持6秒钟后关闭，然后重新检测周围环境的声音信号。2.根据权利要求1所述的止鼾装置，其特征在于，干预装置，即震动器，与MCU和声音传感器分开，其间以有线方式或无线方式连接。3.根据权利要求1所述的止鼾装置，其特征在于，干预装置只需固定在枕头下部，不需要与特制的或者固定的枕头搭配，枕头可以灵活挑选与更换。4.根据权利要求1所述的止鼾装置，其特征在于，声音传感器、MCU与干预装置分离后，可安放于床头附近的任何不影响声音采集的地方，包括内嵌于床头柜、床头灯等床头附近的家...

【专利技术属性】
技术研发人员：李坤，李恒，王献伟，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32