一种人性化睡眠监测闹钟及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种人性化睡眠监测闹钟及其控制方法。本发明的人性化睡眠监测闹钟包括：压电传感器、采集电路、模数转换器、处理器、唤醒装置和定时器；根据眼动频率的快慢，来判断睡眠阶段，并与预定的唤醒时间相结合，在浅睡阶段控制唤醒装置启动。本发明根据使用者的睡眠状态，同时与使用者预定的唤醒时间相结合，在浅睡阶段将使用者唤醒，这样能够在保证不耽误使用者生活安排的前提下，使人更快的进入清醒状态，从而在有限的睡眠时间内提高睡眠效率；整个设备简易，集成于眼罩，宜于人在睡眠时佩戴，不干扰人的正常睡眠；眼罩集成式“人性化”闹钟的压力传感器置于眼罩内部，可与人体紧密贴合，保证了闹钟计时的连续性和准确性。
【专利说明】一种人性化睡眠监测闹钟及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及闹钟，具体涉及一种通过人体生理信号来监测睡眠阶段的人性化闹钟及其控制方法。
【背景技术】
[0002]人的睡眠分为浅睡阶段和深度睡眠阶段，从浅睡阶段开始进入深度睡眠阶段，然后再渐渐变浅，进入雷姆睡眠并维持一段时间，这样就完成一个睡眠周期，一夜睡眠中约有4~5个睡眠周期反复交替。睡眠质量的好坏并不是完全取决于睡眠时间的长短，即使睡眠充足，但在深度睡眠阶段被打断，此阶段进行的长期记忆恢复和重要的生理代谢过程将被干扰，长期出现这种在不适宜阶段将人的睡眠打断或唤醒，将极大的影响人的身心健康和大脑记忆功能。闹钟如果只是在人设定的时间将人唤醒，可能会中断当时正处于的深度睡眠阶段，会严重影响此阶段进行的长期记忆恢复和重要的生理代谢过程，即使将人被唤醒，也难以恢复清醒状态。所以在生活节奏日益加快的今天，“睡到自然醒”已经成了很多现代人的奢望。
[0003]根据昼夜节律的生物学基础，发现短期部分睡眠剥夺会造成内分泌代谢紊乱，提示引起睡眠减少的生物节律因素可能具有重要病理意义。所以能否在合适的时间把人自然地唤醒将直接影响到人的身心健康。
【发明内容】
[0004]睡眠状态和周期是因人而异，而且同一个人的睡眠状态也会改变的，所以仅凭睡眠时间长短来决定睡眠是否充分是不合适的。本发明提供一种通过检测人的睡眠周期和生物钟，将人的睡眠状态与必须要起床的时间底线相结合，在更宜于将人唤醒的阶段、更人性化的把人唤醒。
[0005]本发明的一个目的在于提供一种人性化睡眠监测闹钟。
[0006]人在不同睡眠阶段中的眼动频率和幅度是不同的，在浅睡阶段为非快速眼动，深度睡眠对应快速眼动，因此根据眼动频率来判断睡眠阶段。
[0007]本发明的人性化睡眠监测闹钟包括:压电传感器、采集电路、模数转换器、处理器、唤醒装置和定时器；其中，压电传感器采集眼动频率，然后将压力信号转换为电信号，传输至采集电路；采集电路对电信号进行滤波和放大后，再传输至模数转换器将电信号转换成数字信号；处理器对数字信号进行存储和分析，根据眼动频率的快慢，来判断睡眠阶段，并与预定的唤醒时间相结合，在浅睡阶段控制唤醒装置启动；处理器连接定时器。
[0008]本发明根据人在不同睡眠阶段的眼动频率不同，将多个压电传感器附着于眼睛上侧和太阳穴处，采集眼动频率，将压力信号转换为电信号，传输至采集电路；采集电路对电信号进行滤波和放大后，再传输至模数转换器将电信号转换成数字信号；处理器对数字信号进行存储和分析，根据眼动频率的快慢，来判断睡眠阶段，根据浅睡阶段的时间，来设定可唤醒周期，在可唤醒周期的浅睡阶段，处理器控制唤醒装置启动将睡眠中的使用者唤醒，从而提闻使用者的睡眠质量和感受:。
[0009]可唤醒周期是根据深度睡眠的长短，并结合必须起床的时间底线，来设定的在唤醒时间前后的一段时期，在此时期内，如果处于浅睡阶段，可以将使用者唤醒。
[0010]本发明的多个压电传感器固定在眼罩内，在眼罩内相应的人眼的上侧和太阳穴处设置压力传感器。人在睡眠时佩戴，不干扰人的正常睡眠，使监测数据更可靠。
[0011]本发明进一步包括干扰消除器，连接至采集电路，输出反信号消除工频干扰。
[0012]本发明的另一个目的在于提供一种人性化睡眠监测闹钟的控制方法。
[0013]本发明的人性化睡眠监测闹钟的控制方法，包括以下步骤:
[0014]I)监测睡眠状态，得到睡眠参数:压电传感器采集眼动频率传输至采集电路，再传输至模数转换器；处理器对数字信号进行存储和分析，根据眼动频率的快慢，来判断睡眠阶段，获得浅睡阶段和深度睡眠的眼动频率，并获得浅睡阶段和深度睡眠的时间；
[0015]2)设定唤醒时间，根据浅睡阶段和深度睡眠的眼动频率设定阈值频率，眼动频率大于阈值频率，则判定为深度睡眠，眼动频率小于阈值频率则判定为浅睡阶段，并根据深度睡眠的时间结合必须起床的底线设定可唤醒周期；
[0016]3 )多个压电传感器采集眼动频率，将压力信号转换为电信号，传输至采集电路，采集电路对电信号进行滤波和放大后，再传输至模数转换器将电信号转换成数字信号；
[0017]4)处理器对数字信 号进行存储和分析，根据眼动频率是否小于阈值频率，来判断睡眠阶段，在可唤醒周期内，当眼动频率小于阈值频率时，处理器控制唤醒装置启动。
[0018]在睡眠期间，人体的多项生理参数会因人而异有较大差异。不同的人对每日睡眠时间的需求也有不同。个体化的动态评价标准需要建立个人生理参数的正常范围来评价其本人的生理功能是否正常。眼动监测系统通过眼动特征来统计睡眠时间和睡眠周期，根据个性化程序来计算和记录。本发明通过监测眼动频率来判断睡眠阶段，能够准确地监测睡眠周期，根据睡眠规律来调整睡眠时间，在浅睡阶段将人唤醒，从而提高睡眠质量，改善生活质量。
[0019]本发明的优点:
[0020](I)根据使用者的睡眠状态，同时与使用者预定的唤醒时间相结合，在浅睡阶段将使用者唤醒，这样能够在保证不耽误使用者生活安排的前提下，使人更快的进入清醒状态，从而在有限的睡眠时间内提高睡眠效率；
[0021](2)整个设备简易，集成于眼罩，宜于人在睡眠时佩戴，不干扰人的正常睡眠；
[0022](3)眼罩集成式“人性化”闹钟的压力传感器置于眼罩内部，可与人体紧密贴合，保证了闹钟计时的连续性和准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的人性化睡眠监测闹钟的一个实施例的结构示意图，其中，(a)为正面的示意图；(b)为背面的示意图；
[0024]图2为本发明的人性化睡眠监测闹钟的一个实施例的结构框图；
[0025]图3为本发明的人性化睡眠监测闹钟的采集电路的电路图；
[0026]图4为本发明的人性化睡眠监测闹钟的得到的眼动频率的曲线图其中，Ca)为非快速眼动的曲线图，(b)为快速眼动的曲线图。【具体实施方式】
[0027]下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
[0028]如图1所示，本实施例的睡眠监测装置包括:压电传感器2、采集电路、模数转换器、处理器、唤醒装置和定时器。多个压电传感器固定在眼罩I内，位于在眼罩内相应的人眼的上侧和太阳穴处。采集电路、模数转换器、处理器、唤醒装置和定时器集成在电路板5上，电路板5内置在眼罩内。耳后贴有干扰消除器4，经导线41连接至采集电路，将反信号输入人体消除工频干扰。
[0029]唤醒装置和定时器可采用闹钟，或者定时器采用单片机直接计数，唤醒装置是独立的，可以采用闹铃、振动或其他动作。在本实施例中，定时器集成在电路板5上，唤醒装置采用闹铃。
[0030]如图2所示，压电传感器采集眼动频率，并转化为电信号传输至采集电路；采集电路对电信号进行滤波和放大，传输至模数转换器；模数转换器将电信号转换成数字信号传输至处理器；处理器对数字信号进行存储和分析，判断睡眠阶段；处理器连接定时器，在可唤醒周期内，当处于浅睡阶段控制唤醒装置启动。
[0031]如图3所示，采集电路包括依次连接:初级放大电路31、高通滤波器32、二阶有源低通滤波器33和增益可调的放大电路34。
[0032]初级放大电路31包括 :运放采用仪表放大器AD620，电阻Rl连接在芯片AD620的
1、8管脚，作用是调节前级放大电路的增益，初级放大倍数在10~50倍；
[0033]Cl和R2构成高通滤波器32，用以去除直流信号，使高频信号通过，截止频率fH=l/2 31 *R2*C1。Cl 一端与AD620的6管脚连接，一端与R2相连，R2的另一端接地；
[0034]R4和C2、R3和C3分别构成低通滤波器，结合运放构成二阶有源低通滤波器，运放可采用LM324。R3 一端与R2、C1相连，另一端与C3相连，C3的另一端与运放负输入相连后再连接到运放输出，R4 —端与R3相连，另一端与C2 —起连到运放正输入；
[0035]增益可调的放大电路34，放大倍数为1+R7/R6，R7为可调电阻。滑动变阻器R7固定端与运放输出相连，滑动端连到运放负输入端，电阻R5 —端与上级运放输出端相连，一端连到该级运放正输入，电阻R6从运放负输入连接，另一端接地，运放的输出端连接至模数转换器；
[0036]各级运放均采用±3V供电。
[0037]本实施例的睡眠监测装置的监测睡眠方法，包括以下步骤:
[0038]I)监测睡眠状态，得到睡眠参数:
[0039]a)将内置多个压电传感器2的眼罩I附着于使用者的眼睛上，眼睛的上侧和太阳穴处附着有压力传感器2，用以采集眼部电信号，同时在耳后贴有电极作为干扰消除器4，将反信号输入人体消除工频干扰；
[0040]b)压电传感器2采集眼动频率，并转化为电信号传输至采集电路；采集电路对电?目
[0041]号进行滤波和放大，传输至模数转换器；
[0042]c)模数转换器将电信号转换成数字信号传输至处理器；
[0043]d)处理器对数字信号进行存储和分析，判断睡眠阶段。[0044]由以上方法得到使用者的睡眠数据，浅睡阶段的非快速眼动的时间大约为45~70分钟左后，眼动频率为小于5Hz ;深度睡眠的快速眼动的时间为10~20分钟，眼动频率10 ~20Hz。
[0045]如图4所示，眼动频率的曲线图，图4 Ca)为浅睡阶段的非快速眼动采样结果，频率约为5.5Hz，图4 (b)为深度睡眠的快速眼动的采样结果，频率约为20Hz。
[0046]2)根据实际需要设定唤醒时间为7:00，根据浅睡阶段和深度睡眠的眼动频率设定阈值频率为10Hz，眼动频率大于10Hz，则判定为深度睡眠，眼动频率小于IOHz则判定为浅睡阶段，并根据深度睡眠的时间10~20分钟，可唤醒周期要大于深度睡眠的时间，结合必须起床的时间底线7:20，设定在唤醒时间7:00前后的15分钟内为可唤醒周期，在此时期内可以将使用者唤醒。
[0047]3)将多个压电传感器附着于眼睛上侧和太阳穴处，采集眼动频率，并在耳后贴有电极作为干扰消除器4，将反信号输入人体消除工频干扰，将压力信号转换为电信号，传输至采集电路，采集电路对电信号进行滤波和放大后，再传输至模数转换器将电信号转换成数字信号。
[0048]4)处理器对数字信号进行存储和分析，根据眼动频率是否超过阈值频率，来判断睡眠阶段，在预定的唤醒时间7:00前后的15分钟内，当眼动频率小于IOHz时，处理器控制闹铃启动，将使用者唤醒。
[0049]从而，本发明通过监测眼动频率来判断睡眠阶段，能够准确地监测睡眠周期，根据睡眠规律来调整睡眠时间，在浅睡阶段将使用者唤醒，从而提高睡眠质量，改善生活质量。
[0050]最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。`
【权利要求】
1.一种人性化睡眠监测闹钟，其特征在于，所述人性化睡眠监测闹钟包括:人性化睡眠监测闹钟包括:压电传感器、采集电路、模数转换器、处理器、唤醒装置和定时器；其中，压电传感器采集眼动频率，然后将压力信号转换为电信号，传输至采集电路；采集电路对电信号进行滤波和放大后，再传输至模数转换器将电信号转换成数字信号；处理器对数字信号进行存储和分析，根据眼动频率的快慢，来判断睡眠阶段，并与预定的唤醒时间相结合，在浅睡阶段控制唤醒装置启动；所述处理器连接定时器。
2.如权利要求1所述的人性化睡眠监测闹钟，其特征在于，进一步包括眼罩(1)，多个压电传感器(2)固定在眼罩内相应的人眼的上侧和太阳穴处。
3.如权利要求1所述的人性化睡眠监测闹钟，其特征在于，进一步包括干扰消除器(4)，经导线(41)连接至采集电路，输出反信号消除工频干扰。
4.如权利要求1所述的人性化睡眠监测闹钟，其特征在于，所述采集电路包括依次连接的初级放大电路(31)、高通滤波器(32)、二阶有源低通滤波器(33)和增益可调的放大电路(34)。
5.如权利要求1所述的人性化睡眠监测闹钟，其特征在于，所述采集电路、模数转换器、处理器、唤醒装置和定时器集成在电路板(5)上，所述电路板(5)内置在眼罩(I)内。
6.一种人性化睡眠监测闹钟的控制方法，其特征在于，所述控制方法，包括以下步骤: 1)监测睡眠状态，得到睡眠参数:压电传感器采集眼动频率传输至采集电路，再传输至模数转换器；处理器对数字信号进行存储和分析，根据眼动频率的快慢，来判断睡眠阶段，获得浅睡阶段和深度 睡眠的眼动频率，并获得浅睡阶段和深度睡眠的时间； 2)设定唤醒时间，根据浅睡阶段和深度睡眠的眼动频率设定阈值频率，眼动频率大于阈值频率，则判定为深度睡眠，眼动频率小于阈值频率则判定为浅睡阶段，并根据深度睡眠的时间结合必须起床的底线设定可唤醒周期； 3)多个压电传感器采集眼动频率，将压力信号转换为电信号，传输至采集电路，采集电路对电信号进行滤波和放大后，再传输至模数转换器将电信号转换成数字信号； 4)处理器对数字信号进行存储和分析，根据眼动频率是否小于阈值频率，来判断睡眠阶段，在可唤醒周期内，当眼动频率小于阈值频率时，处理器控制唤醒装置启动。
【文档编号】A61B5/00GK103750842SQ201410009451
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】任秋实, 杨昆, 李素莹, 谢肇恒, 张秋实, 刘琪, 刘曦, 黄益星, 周坤, 卢闫晔, 田涧 申请人:北京大学