一种睡眠质量检测方法、装置及指环与流程

1.本发明属于睡眠质量监控技术领域，特别是涉及一种睡眠质量检测方法、装置及指环。


背景技术：

2.睡眠作为人类必不可少的一项基本生理需求，在现代社会生活中显得越来越重要。好的睡眠质量更是对人们意义重大，只有在高质量的睡眠保证下才能把学习和工作做好。此外，睡眠质量的好坏与人的身体健康程度密切相关，睡眠质量差以及缺乏睡眠都会影响人的健康状态。如果睡眠质量差，起初会变得非常烦躁，对一切外界的人和事物充满了排斥感。随着睡眠状况的进一步恶化，导致心情抑郁，更有甚者可能会造成其它严重的不良后果。失眠容易导致内分泌失调，影响记忆力，甚至影响神经系统而导致心血管疾病的发生，使人患高血压、中风、糖尿病等疾病的几率明显增加，是严重威胁着人们身体健康的一大隐忧。根据有关调查发现，随着人们生活节奏的加快，目前失眠已经成为常见疾病，严重影响了人们的正常工作和生活。
3.目前，现有技术中的睡眠检测仪只能简单告知用户睡眠时长，没有对睡眠质量做量化评估；同时没有针对性的提出改善建议；因此不能实质性的改善睡眠状况。除此之外环境因素也是影响睡眠质量的一个重要原因。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种睡眠质量检测方法、装置及指环，通过在指环内安装传感器监测用户的睡眠状态以及卧室内监控设备采集室内环境数据，根据用户的睡眠质量调整室内环境，解决了现有的用户睡眠质量不佳、睡眠质量得不到改善的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明为一种睡眠质量检测方法，包括如下步骤：
7.步骤s1：预先将指环佩戴在用户的手指上、监控设备摆放在卧室内；
8.步骤s2：指环采集用户睡眠时特征参数以及翻转次数；
9.步骤s3：监控设备采集卧室内环境数据；
10.步骤s4：解析用户睡眠特征参数、识别用户睡眠特征参数中携带的特征参数种类；
11.步骤s5：根据睡眠特征参数与睡眠质量对应关系，获取用户睡眠特征参数中每个特征参数对应的评价标准；
12.步骤s6：根据睡眠特征参数与卧室内环境数据对应数据，获取应对策略，控制相应智能家电对室内环境进行调整；
13.步骤s7：计算用户睡眠质量评价标准，给出检测质量报告。
14.作为一种优选的技术方案，所述步骤s3中，翻转次数通过安装在指环内的六轴加速度陀螺仪进行采集判定，具体的采集判定步骤如下：
15.步骤s31：六轴加速度陀螺仪采集用户睡眠时，三个轴向加速度，分别是横滚轴、偏
航轴和俯仰轴；
16.步骤s32：定义变量ar、ay、a
p
分别表示横滚轴、偏航轴和俯仰轴三个轴的平均加速度值，定义变量d表示ar、ay、a
p
的差异，公式如下：
17.d
t+1
＝(a
rt+1-a
rt
)2+(a
yt+1-a
yt
)2+(a
pt+1-a
pt
)2；
18.式中，d
t+1
表示姿势差异，单位是g2，t表示时间，单位为min，通过相邻两时间点的各轴向平均加速度变化来计算姿势差异，姿势差异体现在前后1分钟各轴向的平均加速度变化；
19.步骤s33：将姿势差异值大于所设定阈值作为睡眠过程中发生有效翻转的一个判定条件；
20.步骤s34：结合三个轴的加速度和角速度原始数据值进行姿态解算，并计算出三轴的对应角度值。
21.作为一种优选的技术方案，所述步骤s34中，横滚轴、偏航轴和俯仰轴角度的计算方法如下：
22.步骤j1：定义θ和ψ分别表示z，y和z轴旋转角度，用欧拉角表示横滚角、偏航角和俯仰角；
23.步骤j2：通过旋转轴以及绕着此旋转轴旋转的角度就可以构造出一个四元数；
24.步骤j3：将四元数到欧拉角进行公式转换，公式为：
[0025][0026]
步骤j4：换算得到人体姿态对应的欧拉角，分别为横滚角、偏航角和俯仰角，公式为：
[0027][0028]
步骤j5：通过各轴角的角度变化与阈值进行比较，得到：
[0029][0030]
式中，b
rt+1
和b
rt
分别表示在t+1时刻和t时刻的横滚角；b
yt+1
和b
yt
分别表示在t+1时刻和t时刻的偏航角；b
pt+1
和b
pt
分别表示t+1时刻和t时刻的俯仰角；t1、t2、t3分别表示横滚角、偏航角和俯仰角变化的阈值；
[0031]
步骤j6：满足步骤j5的两个或两个以上条件，则记录发生了一个有效翻转。
[0032]
作为一种优选的技术方案，所述步骤j6中，根据相邻两次翻转之间的时间间隔与阈值进行比较，获取当前时间段用户属于深度睡眠还是浅度睡眠；相邻两次翻转的时间间隔小于阈值时则判定为浅度睡眠，大于或者等于阈值时判定为深度睡眠，具体公式为：
[0033][0034]
式中，r
ti
表示发生第i次翻转的对应时间点；t表示阈值大小。
[0035]
本发明为一种睡眠质量检测装置，包括指环、监控设备和智能家电，
[0036]
所述指环佩戴在用户的手指；所述指环内部设置有体温检测模块、血氧检测模块、翻转检测模块、蓝牙无线通信模块和da14580核心控制模块；所述蓝牙无线通信模块分别与体温检测模块、血氧检测模块、翻转检测模块连接；
[0037]
所述监控设备放置在卧室内；所述监控设备内安装有噪声检测模块、气体检测模块、室温检测模块、光强检测模块、温湿度检测模块、控制模块、蓝牙无线通信模块、通信模块和人机交互模块；所述控制模块分别与噪声检测模块、气体检测模块、室温检测模块、光强检测模块、温湿度检测模块、蓝牙无线通信模块、通信模块和人机交互模块连接；
[0038]
所述人机交互模块，用于显示睡眠质量评价以及改善方案。
[0039]
作为一种优选的技术方案，所述血氧检测模块包括光电血氧传感器接入电路、集成模拟afe4404信号采集电路和mcu主控电路；所述集成模拟afe4404信号采集电路包括i-v转换器、控制模块、led驱动模块、led电流控制数模转换器和串行外设接口；所述i-v转换器依次通过滤波放大器、adc转换器与控制模块连接；所述led驱动模块依次通过led电流控制数模转换器、时序控制器与控制模块连接；所述时序控制器的输出端分别与滤波放大器、adc转换器和led电流控制数模转换器连接；所述控制模块与串行外设接口双向连接；所述集成模拟afe4404信号采集电路通过串行外设接口与mcu主控电路连接；
[0040]
所述光电血氧传感器接入电路包括红光、红外光和光敏二极管；所述红光和红外光与led驱动模块连接；所述光敏二极管与i-v转换器连接。
[0041]
作为一种优选的技术方案，所述集成模拟afe4404信号采集电路包括led传输通道和pd接收通道；所述led传输通道用于驱动发光二极管在驱动电流下频率交替发光；所述pd接收通道用于进行i-v转换、光电信号矫正、滤除电路高频噪声以及ad转换工作。
[0042]
作为一种优选的技术方案，所述指环还包括日历时钟模块和flash存储模块；所述翻转检测模块为六轴加速度陀螺仪mpu605，用于对用户进行翻转检测；所述flash存储模块型号为w25x20cl，用于存储数据和程序；所述时钟模块为pcf8563芯片；所述da14580核心控制模块控制mpu6050加速度陀螺仪进行翻转检测，并将获取的数据存储到w25x2ocl，同时控制pcf8563对时钟进行设置和同步；当需要进行数据同步时，da14580从flash中读出数据，然后通过da14580中内嵌的蓝牙无线通信模块发送到室内摆放部分。
[0043]
本发明为一种睡眠质量检测方法指环，包括指环主体(1)，所述指环主体(1)为管状结构；所述指环主体(1)内壁上开设有凹槽(101)；所述凹槽(101)沿指环主体(1)的轴向延伸并贯穿指环主体(1)的两端面；所述凹槽(101)内放置有体温检测模块(102)；所述凹槽(101)两侧的指环主体(1)内壁上开设有收容槽(2)；两所述收容槽(2)相对设置；两所述收容槽(2)内分别安装有血氧检测模块(201)和翻转检测模块(202)；两所述收容槽(2)内均填充有透明硅胶；
[0044]
所述指环主体(1)上设置有接线端(3)；所述接线端(3)内开设有与血氧检测模块(201)和翻转检测模块(202)连接的电连接线。
[0045]
作为一种优选的技术方案，所述凹槽(101)述指环主体(1)的周向延伸呈圆弧形，
所述指环主体(1)为圆形管状结构，且所述凹槽(101)在其周向方向上与所述指环主体(1)的外壁同心设置，所述凹槽(101)所对的圆心角为30
°
～180
°
。
[0046]
本发明具有以下有益效果：
[0047]
本发明通过在指环内安装血氧检测模块和翻转检测模块，监测用户睡眠过程中的睡眠状态和身体血氧情况，同时卧室内监控设备采集室内环境数据来调控卧室内的智能家电，确保用户处在最佳的睡眠环境内，并生成睡眠质量报告，方便准确的判断用户睡眠质量，提高睡眠质量检测精准度。
[0048]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]
图1为本发明的一种睡眠质量检测方法步骤图；
[0051]
图2为本发明的一种睡眠质量检测装置结构示意图；
[0052]
图3为本发明的一种睡眠质量检测指环结构示意图。
具体实施方式
[0053]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054]
请参阅图1所示，本发明为一种睡眠质量检测方法，包括如下步骤：
[0055]
步骤s1：预先将指环佩戴在用户的手指上、监控设备摆放在卧室内；
[0056]
步骤s2：指环采集用户睡眠时特征参数以及翻转次数；
[0057]
步骤s3：监控设备采集卧室内环境数据；
[0058]
步骤s4：解析用户睡眠特征参数、识别用户睡眠特征参数中携带的特征参数种类；
[0059]
步骤s5：根据睡眠特征参数与睡眠质量对应关系，获取用户睡眠特征参数中每个特征参数对应的评价标准；
[0060]
步骤s6：根据睡眠特征参数与卧室内环境数据对应数据，获取应对策略，控制相应智能家电对室内环境进行调整；
[0061]
步骤s7：计算用户睡眠质量评价标准，给出检测质量报告。
[0062]
步骤s3中，翻转次数通过安装在指环内的六轴加速度陀螺仪进行采集判定，具体的采集判定步骤如下：
[0063]
步骤s31：六轴加速度陀螺仪采集用户睡眠时，三个轴向加速度，分别是横滚轴、偏航轴和俯仰轴；
[0064]
步骤s32：定义变量ar、ay、a
p
分别表示横滚轴、偏航轴和俯仰轴三个轴的平均加速度值，定义变量d表示ar、ay、a
p
的差异，公式如下：
[0065]dt+1
＝(a
rt+1-a
rt
)2+(a
yt+1-a
yt
)2+(a
pt+1-a
pt
)2；
[0066]
式中，d
t+1
表示姿势差异，单位是g2，t表示时间，单位为min，通过相邻两时间点的各轴向平均加速度变化来计算姿势差异，姿势差异体现在前后1分钟各轴向的平均加速度变化；
[0067]
步骤s33：将姿势差异值大于所设定阈值作为睡眠过程中发生有效翻转的一个判定条件；
[0068]
步骤s34：结合三个轴的加速度和角速度原始数据值进行姿态解算，并计算出三轴的对应角度值。
[0069]
步骤s34中，横滚轴、偏航轴和俯仰轴角度的计算方法如下：
[0070]
步骤j1：定义θ和ψ分别表示z，y和z轴旋转角度，用欧拉角表示横滚角、偏航角和俯仰角；
[0071]
步骤j2：通过旋转轴以及绕着此旋转轴旋转的角度就可以构造出一个四元数；
[0072]
步骤j3：将四元数到欧拉角进行公式转换，公式为：
[0073][0074]
步骤j4：换算得到人体姿态对应的欧拉角，分别为横滚角、偏航角和俯仰角，公式为：
[0075][0076]
步骤j5：通过各轴角的角度变化与阈值进行比较，得到：
[0077][0078]
式中，b
rt+1
和b
rt
分别表示在t+1时刻和t时刻的横滚角；b
yt+1
和b
yt
分别表示在t+1时刻和t时刻的偏航角；b
pt+1
和b
pt
分别表示t+1时刻和t时刻的俯仰角；t1、t2、t3分别表示横滚角、偏航角和俯仰角变化的阈值；
[0079]
步骤j6：满足步骤j5的两个或两个以上条件，则记录发生了一个有效翻转。
[0080]
步骤j6中，根据相邻两次翻转之间的时间间隔与阈值进行比较，获取当前时间段用户属于深度睡眠还是浅度睡眠；相邻两次翻转的时间间隔小于阈值时则判定为浅度睡眠，大于或者等于阈值时判定为深度睡眠，具体公式为：
[0081][0082]
式中，r
ti
表示发生第i次翻转的对应时间点；t表示阈值大小，经过多次实验t为
20min时，检测最准确。
[0083]
请参阅图2所示，本发明为一种睡眠质量检测装置，包括指环、监控设备和智能家电，
[0084]
指环佩戴在用户的手指；指环内部设置有体温检测模块、血氧检测模块、翻转检测模块、蓝牙无线通信模块和da14580核心控制模块；蓝牙无线通信模块分别与体温检测模块、血氧检测模块、翻转检测模块连接；
[0085]
监控设备放置在卧室内；监控设备内安装有噪声检测模块、气体检测模块、室温检测模块、光强检测模块、温湿度检测模块、控制模块、蓝牙无线通信模块、通信模块和人机交互模块；控制模块分别与噪声检测模块、气体检测模块、室温检测模块、光强检测模块、温湿度检测模块、蓝牙无线通信模块、通信模块和人机交互模块连接；
[0086]
人机交互模块，用于显示睡眠质量评价以及改善方案。
[0087]
血氧检测模块包括光电血氧传感器接入电路、集成模拟afe4404信号采集电路和mcu主控电路；集成模拟afe4404信号采集电路包括i-v转换器、控制模块、led驱动模块、led电流控制数模转换器和串行外设接口；i-v转换器依次通过滤波放大器、adc转换器与控制模块连接；led驱动模块依次通过led电流控制数模转换器、时序控制器与控制模块连接；时序控制器的输出端分别与滤波放大器、adc转换器和led电流控制数模转换器连接；控制模块与串行外设接口双向连接；集成模拟afe4404信号采集电路通过串行外设接口与mcu主控电路连接；
[0088]
光电血氧传感器接入电路包括红光、红外光和光敏二极管；红光和红外光与led驱动模块连接；光敏二极管与i-v转换器连接。
[0089]
集成模拟afe4404信号采集电路包括led传输通道和pd接收通道；led传输通道用于驱动发光二极管在驱动电流下频率交替发光；pd接收通道用于进行i-v转换、光电信号矫正、滤除电路高频噪声以及ad转换工作。
[0090]
指环还包括日历时钟模块和flash存储模块；翻转检测模块为六轴加速度陀螺仪mpu605，用于对用户进行翻转检测；flash存储模块型号为w25x20cl，用于存储数据和程序；时钟模块为pcf8563芯片；da14580核心控制模块控制mpu6050加速度陀螺仪进行翻转检测，并将获取的数据存储到w25x2ocl，同时控制pcf8563对时钟进行设置和同步；当需要进行数据同步时，da14580从flash中读出数据，然后通过da14580中内嵌的蓝牙无线通信模块发送到室内摆放部分。
[0091]
请参阅图3所示，本发明为一种睡眠质量检测方法指环，包括指环主体1，指环主体1为管状结构；指环主体1内壁上开设有凹槽101；凹槽101沿指环主体1的轴向延伸并贯穿指环主体1的两端面；凹槽101内放置有体温检测模块102；凹槽101两侧的指环主体1内壁上开设有收容槽2；两收容槽2相对设置；两收容槽2内分别安装有血氧检测模块201和翻转检测模块202；两收容槽2内均填充有透明硅胶；
[0092]
指环主体1上设置有接线端3；接线端3内开设有与血氧检测模块201和翻转检测模块202连接的电连接线。
[0093]
凹槽101述指环主体1的周向延伸呈圆弧形，指环主体1为圆形管状结构，且凹槽101在其周向方向上与指环主体1的外壁同心设置，凹槽101所对的圆心角为30
°
～180
°
。
[0094]
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划
分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0095]
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
[0096]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。