一种AI自适应智能床垫的制作方法

本发明涉及智能床垫，具体为一种ai自适应智能床垫。

背景技术：

1、睡眠是健康之本，为保证舒适的睡眠，通常会使用到床垫，目前床垫的发展趋于智能自动化，智能床垫的出现更加适应人们的睡眠习惯，提高了睡眠的质量，在申请号为202210227993.0的中国专利公开了“一种智能床垫的自适应调整方法、智能床垫及存储介质，智能床垫的自适应调整方法，包括：获取智能床垫的上表面的受力分布情况；根据智能床垫的上表面的受力分布情况判断用户在智能床垫上的姿势；根据用户在智能床垫上的姿势，对智能床垫进行控制，其中，若用户在智能床垫上的姿势是坐姿，则根据智能床垫的上表面的受力分布情况判断用户的脚是否离床，当用户在智能床垫上的姿势是坐姿，且用户的脚在预设时间段内未离床时，控制智能床垫的头部抬起。上述的智能床垫的自适应调整方法可以实现智能床垫的头部的自动抬起，无需人工操作。”

2、该对比文件仅仅解决了需要用户手动调节变床垫头部的高度的问题，在人体睡眠时若睡眠姿势不佳时，容易使呼吸气道阻塞，此时容易导致打鼾，打鼾严重时可能会导致睡眠呼吸暂停，致使睡眠质量低，而现有的智能床垫往往不具备调节睡姿缓解打鼾的功能，现有的床垫在使用时，通常需要手动调节温度，难以根据人体温度与环境温度进行自适应调节，手动调节温度还容易出现高温时入睡导致安全事故的情况发生，此外，现有的智能床垫往往不能实时根据用户的睡眠心率来调节睡姿，当睡姿不佳导致心脏受到压迫时难以对睡姿进行调节。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种ai自适应智能床垫，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种ai自适应智能床垫，包括睡眠检测单元，所述睡眠检测单元通过在床垫中安装多种传感器，对用户的心率变化、体征数据、是否打鼾以及床垫的温度进行实时监测，通过睡眠检测单元达到对用户睡眠状态进行检测的目的，并将所测数据进行传输；

3、信号处理单元，所述信号处理单元接收睡眠检测单元所传输的数据，通过主控芯片接收睡眠检测单元中传感器所检测到的数据，然后对传感器数据进行处理，得到用户睡眠状态的量化数据，并通过主控芯片将数据进行传输；

4、状态反馈单元，所述状态反馈单元接收信号处理单元所传输的数据，在移动设备上通过无线通信接收信号处理单元中得到的睡眠状态数据，并通过移动设备床垫下达控制数据，并通过无线通信将数据进行传输；

5、睡眠调节单元，所述睡眠调节单元接收信号处理单元所传输的数据以及状态反馈单元所传输的数据，通过信号处理单元中的睡眠状态数据对床垫进行自适应套接，通过状态反馈单元中的控制数据对床垫进行主动调节。

6、优选的，所述睡眠检测单元中包括心率检测模块、体征检测模块、鼾声采集模块和温度检测模块，所述心率检测模块与体征检测模块均通过压电传感器进行信号检测，并且通过在床垫顶端的海绵层中按阵列设置若干个薄膜式压电传感器，通过薄膜式压电传感器采集床垫用户的心跳振动时产生的压力信号，并利用薄膜式压电传感器阵列确保用户在翻身和侧身时仍然可以获得心率信号，并且根据用户在薄膜式传感器矩阵中的作用范围以及轮廓来检测用户的身高，通过在床垫的底端设置称重压电传感器，通过称重压电传感器检测床垫上用户的体重，所述鼾声采集模块中通过在床垫的头部位置两侧设置拾音器，以达到对用户睡眠时发出的声音进行收集的目的，所述温度检测模块中通过在床垫的四周以及顶层中设置若干个温度传感器，对用户对床垫的使用部位以及环境进行温度的实时检测。

7、优选的，所述信号处理单元包括心率信号处理模块、鼾声信号处理模块和体征数据处理模块，所述心率信号处理模块通过主控芯片stm32接收到心率检测模块中薄膜式压电传感器的信号，通过通道选择算法先选择信号质量高的若干个薄膜式传感器的信号，然后通过心跳信号提取，最后进行滤波和补偿，进一步得到拟合的实际心率，其中进行通道选择时，在薄膜式传感器阵列中选取一个信号幅度最为明显的信号数据进行主数据通道，然后利用剩余的信号数据作为辅助数据通道，通过辅助数据通道作为补偿数据源提供数据修正，然后进行心跳信号提取时通过心跳提取算法将薄膜式压电传感器检测到的原始振动信号中的呼吸、体动和噪声信号剥离，以此获得心跳信号数据；

8、心跳提取算法具体如下：

9、α＝uσvτ

10、其中，α为m×n的矩阵，u为m×m的矩阵，σ为m×n的矩阵，除主对角线元素以外全为0，v为n×n的矩阵，τ为周期。

11、优选的，所述信号处理单元包括鼾声信号处理模块，所述鼾声信号处理模块通过主控芯片stm32接收到鼾声采集模块中拾音器所采集到的用户在睡眠时发出的声音，然后对声音信号进行预处理，以消除人类发声机制给语音信号处理带来的影响，预处理过程中通过预加重对语音信号的高频部分进行增强补偿，然后进行分帧处理，通过汉明窗函数将语音信号截取成若干段落，使语音信号具有更好的低通特性，使鼾声信号更好的保留，预处理完成后进行端点识别，基于短时能量与短时过零率的双门限法，根据床垫使用环境中的环境音对短时能量和短时过零率设计门限阈值，然后对预处理中生成的每段声音信号的短时能量和过零率进行判断，满足其中一个条件即判定为有声段，然后进行特征提取，将有声段中的mfcc进行提取，通过mfcc反映鼾声与非鼾声，最后对鼾声进行识别，首先通过ai收集大量声音数据，然后通过k近邻算法对鼾声识别模型进行训练，然后将每一帧中鼾声数据识别出来，从而得到鼾声片段。

12、优选的，所述信号处理单元包括体征数据处理模块和温度数据处理模块，所述体征数据处理模块通过主控芯片stm32接收到体征检测模块中薄膜式压电传感器的信号和称重压电传感器的信号，在受到压力的薄膜式压电传感器中，以最靠近床垫头部的一个和最靠近床垫尾端的一个之间的直线距离为用户的身高，以称重压电传感器的数据为用户体重，所述温度数据处理模块通过主控芯片stm32接收温度检测模块中的温度传感器的信号，根据心率检测模块和体征检测模块中薄膜式压电传感器的信号判断用户睡眠区域，在睡眠区域中的温度传感器检测到的温度为用户睡眠温度，在睡眠区域外的温度传感器检测到的温度为环境温度。

13、优选的，所述状态反馈单元包括无线通信模块和状态展示模块，所述状态展示模块通过在主控芯片stm32中安装esp8266模块达到无线通信的目的，通过主控芯片stm32与esp8266模块建立通信，使得床垫可以连接wifi，将在信号处理单元中处理后得到睡眠数据通过wifi传输到云平台中，并通过手机连接wifi后访问云平台得到具体的睡眠数据，并且通过云平台进行睡眠数据的统计学习，通过ai学习建立睡眠习惯模型，所述无线通信模块中还通过在主控芯片stm32上安装蓝牙模块来进行无线通信，当wifi不可用时，可通过蓝牙连接手机，并且通过手机的移动网络进行数据的云端传输，所述状态展示模块通过手机显示上传到云端中的睡眠数据，通过状态展示模块可直观地得到用户的心率变化曲线、鼾声片段以及睡姿变化图谱。

14、优选的，所述状态反馈单元包括主动调节模块和睡眠提醒模块，所述主动调节模块中通过手机进行睡眠习惯的主动调整，通过在主动调节模块内设置用户的身高、体重和年龄，并且输入身体中的疾病史，然后进行床垫的硬度和睡眠时床垫高度的主动设置，通过在主动调节模块设置床垫使用温度，以及设置不同时间段的温度变化，对床垫进行温度的主动调节，通过在主动调节模块中设置若干个睡眠习惯记忆档案，可一键进行不同组合的睡眠习惯主动调节，所述睡眠提醒模块中可设置睡眠闹钟、晚睡提醒以及助眠白噪声播放定时，所述主动调节模块和睡眠提醒模块在手机端设置完成后通过无线通信模块传输给主控芯片stm32。

15、优选的，所述睡眠调节单元包括睡姿调节模块和升降调节模块，所述睡姿调节模块利用主控芯片stm32接收到心率信号处理模块与鼾声信号处理模块中传输的数据，所述升降调节模块中包含有六个升降装置，且床垫由六块组合而成，分别标记为a、b、c、d、e和f块，其中a块b块为头部位置的床垫，c块和d块为中间位置的床垫，e块和f块为尾端位置的床垫，六个升降装置分别设置安装在六块床垫的底端且位于称重压电传感器之上，所述升降调节模块根据睡姿调节模块中心率信号处理模块得到的心率数据和鼾声信号处理模块得到的打鼾状态，控制升降装置对每块床垫的高度进行自适应调节，其中当心率数据异常时，根据用户当前位于区域，通过升降调节模块控制升降装置带动床垫进行升降，例如当用户处于ace区域时，控制ace区三块床垫同时升高，通过将床垫升高使得用户在睡眠时的身体得到充分支撑，避免身体压迫心脏，当检测到用户正处于打鼾状态时，通过升降调节模块控制ab床垫升高，使得用户的头部升高防止呼吸不畅，降低打鼾产生的风险，所述睡姿调节模块利用主控芯片stm32接收到状态反馈单元所传输的床垫高度调节信号后，通过升降调节模块控制升降装置对床垫进行升降调节。

16、优选的，所述睡眠调节单元包括温度调节模块，所述温度调节模块中包含有恒温控制组件，其中ace和bdf床垫的侧边均设置有温控水箱，在每个温控水箱中均安装有半导体制冷片、陶瓷加热管和静音水泵，在每块床垫顶端的海绵层下均通过s型排列安装有水管，水管与水泵相连接，每个温控水箱内还安装有水位传感器、热保护器和散热风扇，所述温度调节模块利用stm32接收到温度数据处理模块中传输的睡眠温度和环境温度后，根据ai学习后得到最佳睡眠温度与环境温度的关系，通过温度调节模块控制温控水箱内的半导体制冷片对水温进行降温或控制陶瓷加热管使水温升高，并通过静音水泵和水管使调整温度后的水流通在床垫的顶层，通过心率检测模块和体征检测模块检测到用户睡眠区域，然后通过温度调节模块进行睡眠区域温度的自适应调节，所述温度调节模块利用主控芯片stm32接收状态反馈单元中对床垫使用温度的主动调节数据，控制温度调节模块进行主动温度调节，通过温控水箱内的水位传感器对水位进行检测，当水箱内水位低于安全值则控制温控水箱停止工作，通过热保护器防止温控水箱温度过高，通过散热风扇对温控水箱进行散热，避免温度高于安全值。

17、优选的，所述睡眠调节单元包括硬度调节模块和记忆调节模块，所述硬度调节模块中包含硬度调节组件，其中在床垫的水管层下方设置有气垫，每块气垫均连接有静音气泵，所述硬度调节模块根据体征数据处理模块中得到的用户的身高和体重数据，利用主控芯片stm32根据ai对用户最佳适宜床垫硬度以及硬度分化的区域进行判断，然后通过硬度调节模块控制静音气泵控制气垫中的气压，以达到对床垫硬度的控制，所述硬度调节模块利用主控芯片stm32接收状态反馈单元中对床垫硬度的主动调节数据，控制气垫中的压力值，达到对床垫的硬度进行主动调节的目的，所述记忆调节模块利用状态反馈单元中设置的记忆档案，对睡姿调节模块、升降调节模块和温度调节模块进行主动调节，使床垫达到记忆档案中的状态。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、本发明通过对用户的鼾声进行采集识别，并控制头部的床垫升高，避免了当用户睡眠姿势不佳时，由于呼吸气道被阻塞，导致打鼾进而导致睡眠呼吸暂停的情况发生，通过抬升头部床垫的高度，有效地缓解了打鼾的程度，提高了用户的睡眠质量，通过对床垫进行ai自适应恒温控制，使得床垫可以根据睡眠区域的温度与环境温度进行自适应调节，避免了设置高温后睡着导致安全事故的情况发生，通过对用户睡眠时的心率实时检测，来控制床垫不同区域的使用高度，使得用户在睡眠时可调节睡姿，避免当睡姿不佳导致心脏受到压迫，提高了睡眠质量。