一种用于老年人监护的智能床的制作方法
本发明涉及一种用于老年人监护的智能床，属于智能可动床和智能床垫制造领域。
背景技术：
当今社会的老龄化问题越来越严重，现在年轻人大部分是独生子女，他们没有足够的时间和精力去照顾好家里的每一位老人，然而老年人的生活自理能力随着年龄的增长逐渐弱化，他们的日常生活离不开家人的看护，因此照顾好老人成为了年轻子女们面临的一个难题。
为了解决当代年轻人没有足够的时间看护老人以及确保老年人日常生活中的安全状态，现在市场上出现了很多能够监测老人生命体征如心率和呼吸的智能手环和智能床垫等设备，但是这些设备价钱比较高，使用起来相对复杂，适用范围比较窄，同时这些设备只能简单的监测老人的生命特征，对于一些危险状态并不能给予及时的解决方案。例如申请号201710037753.3的中国专利公开了一种通过在床垫本体上铺设的柔性光纤传感器和内嵌的传感器控制器，实现能够实现监测床垫本体上的病人的身体状况，确保病人的安全的智能床垫，但是该床垫智能检测病人的身体情况，并不能根据病人的身体状况进行调节。申请号201410854626.9公开了一种智能家居床，这种床可以帮助人起身和大小便，但是其操作功能操作时机仍然需要人为判断和确定，并不能减少监护人的负担。可以看出来目前市场上这类可以非接触式检测卧床人员生理参数并进行智能调节的产品还是比较稀少，具有较大的开发价值。
技术实现要素：
本发明提供一种用于老年人监护的智能床，可以有效地检测老年人生理参数，智能调节睡姿，提供安全智能的监护服务。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于老年人监护的智能床，包括可调节高度的床本体，在床本体上安设床垫本体，还包括用于监测使用者生理参数的控制结构；
作为本发明的进一步优选，
前述的床本体包括用于支撑床板的床柱，在床板上均匀布设至少一个可伸缩结构，在床本体的一侧安装内侧护栏，其另一侧安装外侧护栏，在床本体上安装感应装置；
前述的床垫本体安设在床板的可伸缩结构上方，包括由上至下依次布设的上面料层、压电薄膜层、柔性电路层、石墨烯电阻式薄膜阵列层、无纺布层以及下面料层；
前述的控制结构包括电源模块、传感器信号调理模块、传感器数据采集模块、mcu处理模块和电机驱动模块，电源模块为传感器信号调理模块、传感器数据采集模块、mcu处理模块和电机驱动模块供电，压电薄膜层通过传感器信号调理模块同时与传感器数据采集模块、mcu处理模块相连，石墨烯电阻式薄膜阵列层通过传感器信号调理模块同时与传感器数据采集模块、mcu处理模块相连，传感器数据采集模块与mcu处理模块相连，mcu处理模块与感应装置相连；
作为本发明的进一步优选，
前述的可伸缩结构包括丝杠步进电机，其顶部与升降丝杠的一端固定连接，且升降丝杠与丝杠步进电机垂直固定，升降丝杠的另一端固定与床垫接触的支撑块；
前述的可伸缩结构呈八行十六列排列，形成电机阵列；
作为本发明的进一步优选，
前述的压电薄膜层包括将压电薄膜传感器呈螺旋状的第一部分、呈s型的第二部分、呈蛇形的第三部分以及呈s型的第四部分，前述的第一部分与人体头部相匹配，第二部分、第三部分与人体身体部分相匹配，第四部分与人体腿部相匹配；前述的石墨烯电阻式薄膜阵列层包括至少一个石墨烯传感器，相邻石墨烯传感器之间形成串联结构；
作为本发明的进一步优选，
前述的压电薄膜层引出压电薄膜上电极和压电薄膜下电极，同时与柔性电路层连接；
前述的石墨烯电阻式薄膜阵列层中石墨烯电阻式传感器的阵列单位面积密度为6×5，且每个石墨烯电阻式传感器之间通过恒流源导线串联连接，同时每个石墨烯传感器两端分别连接电极引线，电极引线与传感器信号调理模块相连通；
作为本发明的进一步优选，
前述的电源模块包括模拟电源、基准电压源和数字电源，其中模拟电源与传感器信号调理模块相连通，基准电压源与传感器数据采集模块相连通，数字电源和mcu处理模块、电机驱动模块相连通；
前述的传感器信号调理模块包括相互连通的电荷放大器和工频滤波器，以及相互连通的放大滤波器和多路模拟开关，传感器数据采集模块包括第一ad模块、第二ad模块、信号隔离和稳压隔离，mcu处理模块包括stm32单片机和fpga，
压电薄膜层通过顺次连接的电荷放大器、工频滤波器与第一ad模块相连通，石墨烯电阻式薄膜阵列层通过顺次连接的放大滤波器、多路模拟开关与第二ad模块相连通，第一ad模块通过信号隔离、稳压隔离与stm32单片机相连通，第二ad模块通过信号隔离、稳压隔离与fpga相连通；
电机驱动模块包括顺次相连的继电器、多路选通开关和电机驱动电路，前述的fpga与继电器相连通，电机驱动电路与由至少一个可伸缩结构构成的电机阵列相连通；
前述的感应装置与stm32单片机连通，其包括安装在床垫本体表面的震动传感器、与遥控器相连通的红外线传感器、报警器、语音识别模块、蓝牙模块和wifi模块，其中蓝牙模块与wifi模块与终端app显示连通；
stm32单片机同时与rs232接口连接；
作为本发明的进一步优选，压电薄膜层采用pvdf材料制作。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明采用的压电薄膜为pvdf材料，相对于传统的压电材料，增加了传感器的灵敏度，使结果更加准确；
本发明采用石墨烯电阻式薄膜阵列测量应力分布和应力大小，当受力时会产生巨压电效应，具有更高的灵敏度，提高了检测速度；
本发明采用的可动床，可通过语音识别指令、敲击指令、遥控器和app远程指令进行床体结构的调节，大大方便了睡眠者对床体结构的调节；
本发明所采用的可动床，不但可以通过指令调节，还可以自动调节；当局部受力过大或者心率过大呼吸过于急促，系统可进行局部调节改善人体睡眠的舒适度，并且在人处于睡眠状态时，系统可控制床体实现一定时间自动翻身的功能，确保了睡眠的舒适性；
本发明所采用的app可实现远程实时监测、睡眠评估和对历史数据的查看的功能，并且可通过远程帮助老人实现翻身、抬背、躯腿，在不打扰睡眠者睡眠的状态下大大减少了监护人的监护负担
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的整体结构示意图；
图2是本发明的优选实施例的床垫本体结构示意图；
图3是本发明的优选实施例的床垫本体的压电薄膜层和石墨烯电阻式薄膜阵列层结构示意图，其中，3a是压电薄膜层示意图，3b是石墨烯电阻式薄膜阵列层结构示意图；
图4是本发明的优选实施例的控制结构系统示意图；
图5是本发明的优选实施例的可伸缩结构示意图；
图6是本发明的优选实施例的可伸缩结构在具体使用时调节过程中的示意图，其中，6a是可伸缩结构排布整齐后的俯视图，6b、6c、6d是可伸缩结构调节床垫本体高度时的结构侧视图；
图7是本发明的优选实施例的床垫本体的调节方式图；
图8是本发明的优选实施例的遥控器示意图；
图9是本发明的优选实施例的终端app显示示意图。
图中：1为床垫本体，2为按钮，3为震动传感器，4为外侧护栏，5为内侧护栏，6a为上面料层,6b为下面料层，7为压电薄膜层，8为柔性电路层，9为石墨烯电阻式薄膜阵列层，10为无纺布层，11为压电薄膜上电极，12为压电薄膜下电极，13为压电薄膜传感器，14为电极引线，15为恒流源导线，16为石墨烯传感器，17a为丝杠步进电机，17b为升降丝杆，17c为支撑块；
在遥控器界面，18为定时翻身按键，19为背部上升按键，21为背部下降按键，20为人体腿部上升按键，22为人体腿部下降按键，23为左翻身按键，24为右翻身按键，25为语音控制按键；
在终端app显示界面，26为定时翻身按键，27为背部上升按键，28为背部下降按键，33为人体腿部上升按键，32为人体腿部下降按键，29为左翻身按键，31为右翻身按键，28为睡眠记录切换页面按键，29为报警提示，30为可动床调节切换按键，34为睡眠记录页面。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图9所示，本发明包括以下特征部件：1为床垫本体，2为按钮，3为震动传感器，4为外侧护栏，5为内侧护栏，6a为上面料层,6b为下面料层，7为压电薄膜层，8为柔性电路层，9为石墨烯电阻式薄膜阵列层，10为无纺布层，11为压电薄膜上电极，12为压电薄膜下电极，13为压电薄膜传感器，14为电极引线，15为恒流源导线，16为石墨烯传感器，17a为丝杠步进电机，17b为升降丝杆，17c为支撑块；
在遥控器界面，18为定时翻身按键，19为背部上升按键，21为背部下降按键，20为人体腿部上升按键，22为人体腿部下降按键，23为左翻身按键，24为右翻身按键，25为语音控制按键；
在终端app显示界面，26为定时翻身按键，27为背部上升按键，28为背部下降按键，33为人体腿部上升按键，32为人体腿部下降按键，29为左翻身按键，31为右翻身按键，28为睡眠记录切换页面按键，29为报警提示，30为可动床调节切换按键，34为睡眠记录页面。
本发明的一种用于老年人监护的智能床，包括可调节高度的床本体，在床本体上安设床垫本体，还包括用于监测使用者生理参数的控制结构；
作为本发明的进一步优选，
前述的床本体包括用于支撑床板的床柱，在床板上均匀布设至少一个可伸缩结构，在床本体的一侧安装内侧护栏，其另一侧安装外侧护栏，在床本体上安装感应装置；
前述的床垫本体安设在床板的可伸缩结构上方，包括由上至下依次布设的上面料层、压电薄膜层、柔性电路层、石墨烯电阻式薄膜阵列层、无纺布层以及下面料层；
前述的控制结构包括电源模块、传感器信号调理模块、传感器数据采集模块、mcu处理模块和电机驱动模块，电源模块为传感器信号调理模块、传感器数据采集模块、mcu处理模块和电机驱动模块供电，压电薄膜层通过传感器信号调理模块同时与传感器数据采集模块、mcu处理模块相连，石墨烯电阻式薄膜阵列层通过传感器信号调理模块同时与传感器数据采集模块、mcu处理模块相连，传感器数据采集模块与mcu处理模块相连，mcu处理模块与感应装置相连；
作为本发明的进一步优选，
前述的可伸缩结构包括丝杠步进电机，其顶部与升降丝杠的一端固定连接，且升降丝杠与丝杠步进电机垂直固定，升降丝杠的另一端固定与床垫接触的支撑块；
前述的可伸缩结构呈八行十六列排列，形成电机阵列；
作为本发明的进一步优选，
前述的压电薄膜层包括将压电薄膜传感器呈螺旋状的第一部分、呈s型的第二部分、呈蛇形的第三部分以及呈s型的第四部分，前述的第一部分与人体头部相匹配，第二部分、第三部分与人体身体部分相匹配，第四部分与人体腿部相匹配；前述的石墨烯电阻式薄膜阵列层包括至少一个石墨烯传感器，相邻石墨烯传感器之间形成串联结构；
作为本发明的进一步优选，
前述的压电薄膜层引出压电薄膜上电极和压电薄膜下电极，同时与柔性电路层连接；
前述的石墨烯电阻式薄膜阵列层中石墨烯电阻式传感器的阵列单位面积密度为6×5，且每个石墨烯电阻式传感器之间通过恒流源导线串联连接，同时每个石墨烯传感器两端分别连接电极引线，电极引线与传感器信号调理模块相连通；
作为本发明的进一步优选，
前述的电源模块包括模拟电源、基准电压源和数字电源，其中模拟电源与传感器信号调理模块相连通，基准电压源与传感器数据采集模块相连通，数字电源和mcu处理模块、电机驱动模块相连通；
前述的传感器信号调理模块包括相互连通的电荷放大器和工频滤波器，以及相互连通的放大滤波器和多路模拟开关，传感器数据采集模块包括第一ad模块、第二ad模块、信号隔离和稳压隔离，mcu处理模块包括stm32单片机和fpga，
压电薄膜层通过顺次连接的电荷放大器、工频滤波器与第一ad模块相连通，石墨烯电阻式薄膜阵列层通过顺次连接的放大滤波器、多路模拟开关与第二ad模块相连通，第一ad模块通过信号隔离、稳压隔离与stm32单片机相连通，第二ad模块通过信号隔离、稳压隔离与fpga相连通；
电机驱动模块包括顺次相连的继电器、多路选通开关和电机驱动电路，前述的fpga与继电器相连通，电机驱动电路与由至少一个可伸缩结构构成的电机阵列相连通；
前述的感应装置与stm32单片机连通，其包括安装在床垫本体表面的震动传感器、与遥控器相连通的红外线传感器、报警器、语音识别模块、蓝牙模块和wifi模块，其中蓝牙模块与wifi模块与终端app显示连通；
stm32单片机同时与rs232接口连接；
作为本发明的进一步优选，压电薄膜层采用pvdf材料制作。
图3所示，3a所示，压电薄膜层中，对应头部位置采用同心圆的螺旋形状分布，增加了头部的接触面积，头部以下位置采用s形与蛇形相结合的形式，充分增大人体的接触面积，同时有效的节省了材料，考虑人体结构的特点，压电薄膜层的布局在人体部位较宽的位置比如背部以及大腿部增加了分布面积，确保了信号的精准灵敏性，使得睡眠者充分接触到压电薄膜，确保信号采集的成功率，同时节省了成本。
图3b所示，石墨烯电阻式薄膜阵列层中石墨烯电阻式传感器的阵列单位面积密度为6×5，且每个石墨烯电阻式传感器之间通过恒流源导线串联连接并通过1ma恒定电流i，每个石墨烯传感器两端分别用电极引线来测量传感器两端的电压值，例如图3b中的v11、v512、v61、v65，当石墨烯电阻式传感器薄膜阵列受力时，阻值的变化带动电压值的变化，系统可通过电压变化量的大小来自动调整床体结构进而调整睡姿，达到舒适睡眠的目的。
图5所示，是可伸缩结构的示意图，电机为丝杆步进电机，其中丝杆步进电机的转动带动电机内部的涡轮转动，涡轮中心是内螺纹结构，相当于升降丝杆的螺母，和升降丝杆相匹配，与升降丝杠配合，涡轮旋转带动升降丝杠做轴向运动，实现升降丝杠的升降功能，从而达到丝杆步进电机调节床垫本体高低的目的；电机阵列通过转动带动升降丝杆的上下移动支撑块达到改变床垫本体结构的目的，通过软件编程，把电机阵列用数组b表示，
其中k为一个合适的常数,取值范围为2cm-6cm；
当需要抬高背部时将数组y3赋值给b，若需要抬高腿部时将数组y4赋值给b，需要同时抬高背部和腿部时将数组y5赋值给b，其中y3、y4、y5为对应床体结构的数组，都为8行16列；同时调整床垫本体结构可通过多种模式进行调整。
图6所示，6a是可伸缩结构排布整齐后的俯视图，由可上下移动的8行16列的电机阵列构成，其通过调整多个阵列块的高低来调整床垫本体的结构，达到翻身起卧的功能，图6b是床垫本体头部抬高、腿部抬高的侧视图，6c是床垫本体左翻的侧视图，6d是床垫本体左翻的侧视图，可伸缩结构在床本体的一侧安装内侧护栏，其另一侧安装外侧护栏，护栏架保护睡眠者以免发生掉床的危险，并且外部护栏设有按钮，所述按钮按下的时候可将外侧护栏降至底部，由此可方便老人上下床，再次按下的时候，护栏升起，床垫本体上还设置有震动传感器，睡眠者可通过敲击，震动传感器将信息反馈给stm32单片机，可由stm32单片机控制电机阵列上下移动达到想要的床体形态结构。
所述可动床的调节可分为自动调节和指令调节，自动调节包括自动局部调整和定时翻身，当局部受力过大，或者心率值较大，呼吸较为急促时，此时系统检测到可通过调整局部床体高度来提高人体睡眠舒适度，并可以使得心率过快、呼吸急促的情况得到改善；当人体处于睡眠时，系统也可以设置一定时间进行翻身一次；指令调节可通过语音指令、敲击指令、遥控器控制和远程app调节；
具体的解释即为：自动调节包括自动局部调整和定时翻身，指令调节包括语音识别、敲击、遥控器按键和app远程调整；当人在睡眠状态时，本发明所采用的系统即使身体有不适不能通过指令进行合理调节也可以通过自动调节床体结构，达到舒适睡眠的目的，当石墨烯电阻式传感器的阵列，部分电压变化量超过平均值，说明此处受力过大，此时所处位置的电机阵列通过自动微调局部抬高或局部降低来改善局部受力情况，进而提高人体睡眠的舒适度，当人体心率和呼吸率过高时，系统检测到之后可通过自动微调床垫本体结构来改善；对于人在睡眠期间和行动不便的老人，系统可设置t时间进行翻一次身；考虑到老人操作的便利性，可采用多种指令模式，语音识别通过关键字检索如左翻、右翻、背部抬高和屈腿来改变床体结构；通过图1所示的震动传感器，敲一下震动传感器，再敲一下震动传感器后面，此时背部抬高，敲一下震动传感器，再敲一下震动传感器前面，此时腿部部抬高，敲一下震动传感器，再敲一下震动传感器左面，此时左翻，敲一下震动传感器，再敲一下震动传感器右边，此时右翻，如果敲一下震动传感器，相应位置敲击两下，床体回到原始位置；
如图8通过遥控器相应的按键可达到改变床体结构的目的，同时遥控器上是时间设置按钮可设置睡眠时的翻身时间间隔；其中，18为定时翻身按键，可以设置打开定时翻身功能，19、21分别为背部上升按键和下降按键，按下以后可以抬升或者下降人体背部部分，20、22分别为人体腿部上升和下降按键，按下可以抬升或下降腿部部分，23、24分别为左翻身和右翻身按键，按下可以对躺在上人进行左翻身和右翻身操作，25为语音控制按键，按下后语音输入对应的指令即可执行相应的动作。
如图9通过远程app，睡眠者的家属可通过远程app远程控制床体的结构，进行翻身、抬背和屈腿的调整，同时app也可以远程设置翻身时间间隔t,其中，26为定时翻身按键按键，可以设置打开定时翻身功能，27、28分别为背部上升按键和下降按键，按下以后可以抬升或者下降人体背部部分，33、32分别为人体腿部上升和下降按键，按下可以抬升或下降腿部部分，29、31分别为左翻身和右翻身按键，按下可以对躺在上人进行左翻身和右翻身操作，28为睡眠记录切换页面按键，点击之后可以切换到睡眠记录页，29为报警提示，当检测到不正常的生理指标的时候，就会发出警报，30为可动床调节切换按键，按下之后就会切换到可动床调节页面，34为睡眠记录页面，里面可以查看可动床上面人员的睡眠记录包括：睡眠时间、睡眠评分、未睡着时间、浅睡眠时间、深睡眠时间、平均心率、平均呼吸、呼吸暂停、翻身等数据，也可以查看历史数据，这样有利于促进血液循环，改善人体局部麻木和疼痛，并且大大减少了老人翻身的人力物力。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
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