全双工自适应枕头及其使用方法与流程

本发明属日常生活用品领域，尤其涉及一种新型的全双工自适应枕头及使用方法。全双工(FullDuplex)是通讯传输的一个术语，是指单片机与外围设备之间的数据信息可以在两个方向上同时传输。

背景技术：
枕头是人们每天都要使用的物品，其性能的好坏直接影响到人们的生活质量。人们正确的睡姿包括仰卧和侧卧两种，并在睡眠过程中随机地变换。根据人体工程学知识，两种不同的睡姿对枕头的形状(包括枕头的高度和曲面分布等)要求差异巨大。同时，由于每个人体型的不同，对枕头形状的要求更是表现出个性化的特点。且在信息化时代中，人们除了对枕头传统意义上的功能要求以外，越来越需要枕头具有与外围设备数据信息传输的新功能，以实现对睡眠状态时各项体征数据信息的监控诊断和增添其他服务功能。目前，传统的枕头无法满足上述形状的自动适应和数据信息传输的功能。

技术实现要素：
本发明的主要目的是提供一种全双工自适应枕头，其可以实现枕头形状(尤指枕头的高度及枕面的曲面分布等)的自动适应。为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：一种全双工自适应枕头，包括一枕体，所述的枕体由枕面和枕基座组合构成；其中，所述的枕基座包括：一可实现枕面升降的装置，包括一组并列排布的单体式伸缩气囊，各伸缩气囊与一个可保持其直立水平伸缩的同步垂直升降架相联接；在所述枕体的侧或后方设有一枕体接插口，该枕体接插口包含有一组电路接口和一组气管接口，并与主机接插口中的一组电路接口和一组气管接口一一对应；所述的枕面由一组独立设置且相互排在一起的单体枕条组合构成，每一个单体枕条对应一个同步垂直升降架且安装于该同步垂直升降架顶端的支撑梁上，并能以该支撑梁为转动轴作两向的转动；外设一主机，利用连接线管通过枕体和主机的接插口使枕体中的电子设备与主机中的单片机相连接，同时使枕体中的每个伸缩气囊分别与主机中的传感器阵列和电磁阀阵列中对应单元相连接。在所述的全双工自适应枕头中，所述的同步垂直升降架是由一对分别位于伸缩气囊两侧的垂直伸缩导轨和位于伸缩气囊顶端的支撑梁组合构成。所述的全双工自适应枕头中，为各同步垂直升降架配设同步装置；该同步装置可以是：1)齿轮结构的同步装置：由一对钢丝线及套管、一对齿条和齿轮、底板槽线等组合构成；所述一对局部套有套管的钢丝线分别穿设于上述一对垂直伸缩导轨的内部，并在顶端与支撑梁相连接，另一端分别与置于底板槽线上的一对齿条相连接；上述一对齿条可沿底板上的槽线左右滑移，并由位置固定在底板上的齿轮相互齿接。2)剪叉结构式同步装置：至少在每个伸缩气囊的一侧设置一组以上的剪叉结构式同步单元装置，该剪叉结构式同步单元装置的顶部和底部分别与对应的伸缩气囊的顶部和底部固定连接；若在每个伸缩气囊的一侧设置两个以上的剪叉结构式同步单元装置，则把位于同侧水平方向各槽口内的滑动连接点用同步连接条连接。所述的全双工自适应枕头中，在主机内部的气管中设有三通，一通路与来自伸缩气囊相对应的连接线管联通，另两通路分别与传感器阵列和电磁阀阵列对应单元相连接；主机中的单片机将采集的信号处理后，控制气泵和电磁阀阵列各单元的工作。所述的全双工自适应枕头中，在主机的单片机中嵌入串口Wi-Fi模块，使其具有与外围设备全双工数据信息传输的功能。所述的全双工自适应枕头中，还具有以下技术特征中的至少一种：a)为主机配设一遥控器；b)在枕体后面或侧面设置有扬声器、话筒、报警按钮和耳机插孔中的至少一种电子设备；c)在主机的单片机中安装有基于压力传感器的人体生理指标采集软件功能模块，所述的人体生理指标为呼吸、心率、血压和脉搏中的至少一个；d)在主机的单片机中安装有报警软件功能模块；e)在主机的单片机中还安装有音乐音频信号控制软件功能模块；f)各伸缩气囊具有可伸展或收缩的皱褶线；g)所述钢丝线上套管的局部套设位置设在导引钢丝线拐弯处和从垂直伸缩导轨穿出的交界区域。所述主机中还设置有采集、处理和运算传感器数据信号的单片机、为气囊充气的气泵和调节气泵功率大小的变频器等。本发明的另一目的是提供一种枕头的使用方法。为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：若干独立的伸缩气囊和同步垂直升降架共同组成枕体内部的升降系统，并由连接线管通过枕体和主机的接插口，使枕体中的每个伸缩气囊与主机中的传感器阵列和电磁阀阵列中对应单元相连接；单片机根据人们在仰卧和侧卧时，各气囊的压力分布映射和极值的差异，自动识别不同睡姿，并将实时采集的数据包和储存设置不同睡姿对应的数据包进行比对运算，指令气泵和电磁阀各单元对各气囊进行关闭、充气或排气的控制，实现枕头形状的自动适应。所述枕头的使用方法中，首次使用时，使用者先将主机和枕体通过连接线管相连接，并把主机放置安妥；将主机的外接电源插头连接电源；通过手持遥控器启动主机再按下遥控器的设置键，完成仰卧或侧卧时各伸缩气囊气压数据包的设置，并预设各数据包中对应数据的容忍区间值，将此数据信息作为比对的标准数据信息存储于主机的单片机中；随后使用时，先将主机外接电源插头连接电源；按下遥控器电源键，使主机与电源接通，各电子设备进入工作状态；单片机实时采集传感器阵列中各单元因伸缩气囊内部气压而产生的电数据信号，并与已储存的标准数据信息进行比对运算，识别出使用者即时的睡姿状态；当主机的单片机识别到使用者变换睡姿时，调取使用者已设置并储存的该睡姿下对应的数据包进行比对以分析差量，并指令气泵和电磁阀阵列各单元工作，对各伸缩气囊进行关闭、充气或排气控制，使枕头形状自动变化以达到该睡姿下枕头的高度和曲面分布。所述枕头的使用方法中，所述调取使用者已设置并储存的该睡姿下对应的数据包进行比对，并作出相应指令对各个伸缩气囊进行关闭、充气或排气控制的具体方法是：①当采集的数据包中有数据小于储存的数据包中对应数据的容忍区间值时，实施启动气泵的指令，并同时实施打开电磁阀阵列对应单元电磁阀的进气口指令；②当采集的数据包中有数据大于储存的数据包中对应数据的容忍区间值时，实施打开电磁阀阵列对应单元电磁阀的排气口指令；③当采集的数据包与储存的数据包数据全部处于容忍区间值时，实施关闭气泵和关闭电磁阀指令。所述枕头的使用方法中，带有记忆储存功能；设置时，分别将仰卧或侧卧每种睡姿下让使用者感觉最佳的枕头状态数据值进行存储；使用时，主机的单片机针对使用者实时睡姿输出对应的控制指令，使枕头形状趋于此最佳状态。本发明能自动适应不同睡姿和个性化要求，并能与外围设备进行全双工数据信息的传输。本发明的优点是：1、枕头形状(高度和曲面分布)能自动适应使用者的不同睡姿和个性化特点的要求，可提升人们的睡眠质量和舒适度，以及预防颈椎病的发生。2、基于单片机的数据采集和控制技术，嵌入串口Wi-Fi模块及配设辅助的功能模块，可实现枕头与外围设备的数据信息传输，既可以为使用者提供睡眠状态时生理指标的诊断监测，也可以为使用者(如独居的老人、病残人群等)在紧急状态时提供对外求助的一种渠道。3、使用单体式枕条和伸缩气囊的设计，能使枕面曲面分布更加柔顺、舒适；4、较现有技术来说，本发明的枕头功能完善，且可以极大可能地满足使用人群的需求。附图说明图1为本发明全双工自适应枕头结构示意图。图2为本发明的枕体结构示意图(外观)。图3为本发明枕体内部局部结构示意图。图4为本发明同步垂直升降架一实施例结构示意图(仅示出一个单元，为齿轮结构的同步装置)。图5为本发明同步垂直升降架另一实施例结构示意图(仅示出一个单元，未示出垂直升降架；为剪叉结构式同步装置)。图6为本发明同步垂直升降架又一实施例结构示意图(仅示出一个单元，未示出两侧的垂直升降架和中部单体式伸缩气囊；为剪叉结构式同步装置)。图7为本发明连接线管结构示意图。图8为本发明主机的结构原理图。图9为本发明单片机与外围设备的数据传输示意图。图10为本发明遥控器面板示意图。图中：1-枕体；11-枕面；111-单体枕条；112-连接线；12-枕基座；2-主机；3-扬声器；4-话筒；5-单体式伸缩气囊；6-枕体接插口；7-报警按钮；8-耳机插孔；9-垂直升降架；91-支撑梁；92-垂直伸缩导轨；10-齿轮；13-钢丝线及套管；14-安装板；15-第一齿条；16-第二齿条；17-槽线；18-底板；19-连接线管；20-遥控器；21-电路连线；22-总气管；23-分气管；24-主机接插口；25-气管；26-外接电源插头；29-遥控器指示灯；30-扁型方管；31-剪叉伸缩支架；32-同步连接条。下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。具体实施方式参阅图1和图2所示的一较佳实施例，本发明全双工自适应枕头由一直接与人体接触的枕体1和外设的主机2组合构成。可以在枕体1的侧或后方设有一枕体接插口6，通过该枕体接插口6和连接线管19将枕体1和外设的主机2连接，以实现主机对枕体的控制。如图2所示，本发明所述的枕体1主要包括枕面11和枕基座12，还可以配设一些电子设备，如可以是在枕体后部下方两侧设有扬声器3和话筒4，枕体侧面下方还可设有报警按钮7和耳机插孔8，等等。本发明的主创点在于：所述的枕基座中具有升降装置，包括一组并列排布的单体式伸缩气囊5(图中只示出了一个单体单元)，各单体式伸缩气囊与一个可保持其直立水平伸缩的垂直升降架9相联接，各单体式伸缩气囊5和与其相联接的垂直升降架9的底部均同时固定在安装板14上；在枕体接插口6上设有一组电路接口和一组分气管接口，并与主机接插口24中的一组电路接口和一组分气管接口一一对应。一组并列排布的单体式伸缩气囊5对应着一组垂直升降架9，每个垂直升降架是由顶部横向的支撑梁91、一对侧立的垂直伸缩导轨92组合构成。参见图3和图4所示，支撑梁的两端分别与一对垂直伸缩导轨的顶端相连接，每个垂直伸缩导轨的底端固定在安装板上。并为每一个垂直升降架配设同步装置(如图4、图5和图6)。图4所示实施例中示出了齿轮结构的同步装置，该同步装置采用一对钢丝线及套管13、一对齿条和至少一个齿轮10，一对钢丝线及套管的一部分分别穿设于上述一对垂直伸缩导轨的内部，并在顶端与支撑梁相连接。上述一对钢丝线的另一端分别与一对齿条(第一齿条15和第二齿条16)相连接。上述一对齿条可沿底板18上的槽线17(与支撑梁平行)左右滑移，齿条之间通过齿轮连接传动，所述的齿轮10位置固定在底板上。图5和图6示出的均是剪叉结构式同步装置的两个实施例(各实施例中，只是设置剪叉结构式同步单元装置的位置和数量的不同)，在该剪叉结构式同步单元装置中，主要由扁型方管30、剪叉伸缩支架31和同步连接条32组合构成；所述扁型方管用于与上方的支撑梁相连接，另一个固定在安装板上；前述伸缩气囊的顶部和底部分别与上下位置的两个扁型方管30相连接；上述扁型方管的侧壁均开有槽口；上述剪叉伸缩支架分别置于扁型方管的一侧或两侧；每个剪叉伸缩支架与每个扁型方管都有两个连接点，其中一个连接点位置固定在侧壁上，另一个连接点置于侧壁的槽口内，可沿槽口方向左右滑移；若在扁型方管的一侧或两侧设置有多个剪叉伸缩支架，则把位于同一个扁型方管同侧槽口内的各滑动接点由同步连接条连接。上述扁型方管也可以是凹槽条。在图5所述实施例中，是在伸缩气囊的一侧设置了一个剪叉结构式同步单元装置。在图6所述实施例中，是在伸缩气囊的两侧且每侧设置了两个剪叉结构式同步单元装置。设置同步垂直升降架的目的是为了防止伸缩气囊在充排气过程中，以及在睡眠过程中人体头部的移动，造成枕面两侧的偏移和倾斜。其中：(1)垂直伸缩导轨可以保障伸缩气囊在充排气过程中，支撑梁保持沿垂直方向升降，防止出现前后偏移；(2)借助齿轮结构的同步装置或剪叉结构式同步单元装置可以保障支撑梁保持水平状态升降，防止出现倾斜。例如：在齿轮结构的同步装置中，当支撑梁右侧向下倾斜时，向下的力经钢丝线及套管传导，推动第一齿条向左滑动，齿轮沿逆时针方向转动，带动第二齿条向右滑动，经与第二齿条相连接的钢丝线及套管传导，对支撑梁的左侧形成向下的拉力，促使支撑梁保持水平状态。在剪叉结构式同步单元装置中，使用单个剪叉伸缩支架时，因其本身的对称性而具有水平同步升降的特点；使用多个剪叉伸缩支架时，将位于同一扁型方管同侧各槽口内的滑动连接点用同步连接条连接，促使连接点在槽口内同步位移，带动支撑梁水平同步升降。本发明所述的枕面11是由多个单体枕条111组成，各单体枕条之间可以用连接线112连接。每个单体枕条111安装在垂直升降架9上部的支撑梁91上，并能以该支撑梁为转动轴进行一定角度的两向转动。支撑梁91安装在伸缩气囊的顶部。每个单体伸缩气囊设有多道皱褶线，并在下部位置由分气管和枕体接插口中对应的气管接口相连接。通过按预定设计方案对各伸缩气囊的充排气控制，使各伸缩气囊沿皱褶线摺叠伸展或收缩，带动对应位置的单体枕条111上下移动，从而实现整个枕面11呈曲面分布，以满足使用者的个性化需求。所述枕体接插口6固定在安装板上，并可以设计为凸口与插头匹配，参见图7，通过连接线管19连接。枕体接插口包含多个电路接口和气管接口，所述的电路接口数量与枕体内部设置的扬声器、话筒、报警按钮和耳机插孔等电子设备数量相匹配；所述的气管接口数量与枕体内部伸缩气囊数量相匹配。图8出示了本发明一实施例的主机结构原理图。本发明的主机控制单元包括：主机接插口24、传感器阵列、电磁阀阵列、信号处理单元、单片机及Wi-Fi模块、变频器、气泵、连接气管、电路连线21和外接电源插头26等。所述传感器阵列和电磁阀阵列各单元由总气管22(包含若干分气管23)通过气管接口与枕体中各伸缩气囊对应连接。各传感器单元采集的压力数据信号传送给单片机。上述单片机中安装有升降系统压力数据储存、运算及由此得出指令的软件功能模块。所述的单片机通过数据运算与用户预先设置的数据包进行比对分析，识别出用户的不同睡姿，再以对应睡姿的压力数据包得出指令控制气泵的开启或关闭及开量的大小，同时控制电磁阀阵列中各对应单元的关闭、排气口或进气口的切换。实现枕头形状自动适应不同睡姿的目的。所述通过运算识别不同睡姿主要是基于以下实验结果：同一用户在仰卧和侧卧的不同睡姿中，头部对枕面的压力极值点和压力映射分布呈现出差异。通常情况下，仰卧脑后点对枕面的压力呈现出最大值，且以最大值点为中心向外围呈环状递减的压力映射分布。把用户预存设置的仰卧或侧卧时对应的各伸缩气囊气压数据包中的每一气压数据预先设定容忍区间；将这些获取的信息作为比对标准存储于主机的单片机中；其中，所述的容忍区间是指：伸缩气囊内的正常气压附加一定的误差值，该误差值可以由实验后标定或人为预设(一般选定的误差值为±10mm，或视使用人的忍耐程度适度加大些范围)。本发明枕体形状的自动适应原理：单片机是根据人体处于不同睡姿状态时，仰卧脑后点与侧卧耳旁点对枕面压力极值的差异，和仰卧时对枕面压力映射呈环状分布而区别于侧卧的压力映射分布这一实验结果，通过在使用过程中传感器采集的各伸缩气囊气压数据包，与用户预先设置储存的仰卧和侧卧压力数据包进行运算比对，自动识别用户的睡姿状态，并依据识别的睡姿状态所对应的数据包，对气泵和电磁阀阵列各单元发出控制指令，从而对各伸缩气囊进行实时的关闭、充气或排气控制，实现枕体形状的自动适应。具体如下：①当采集的数据包中有数据小于储存的数据包中对应数据的容忍区间值时，实施启动气泵的指令，并同时实施打开电磁阀阵列对应单元电磁阀的进气口指令；②当采集的数据包中有数据大于储存的数据包中对应数据的容忍区间值时，实施打开电磁阀阵列对应单元电磁阀的排气口指令；③当采集的数据包与储存的数据包数据全部处于容忍区间值时，实施关闭气泵和关闭电磁阀指令。数据运算比对时，可采用延时平均，设立数据容忍区间的方式，以避免偶发性动作导致识别错误。所述主机中单片机嵌入串口Wi-Fi模块，并可以安装有睡眠信息记录储存、运算和发送的软件功能模块。通过无线传输的方式把睡眠信息发送到外围设备，如图9所示。上述外围设备包括终端计算机和手机中的至少一种。所述主机中的单片机嵌入串口Wi-Fi模块，并可安装有报警软件功能模块。通过无线传输的方式把报警信息发送给预设的紧急联系人，并通过扬声器和话筒进行通话，其为现有技术可实现，此处不赘述。所述主机中的单片机嵌入串口Wi-Fi模块，并可安装有基于压力传感器的人体生理指标采集软件功能模块。通过无线传输的方式把人体睡眠状态时的呼吸、心率、血压和脉搏等生理指标信息发送到外围设备。所述主机中的单片机嵌入串口Wi-Fi模块，并安装有音乐音频信号控制软件功能模块。根据音乐的旋律、节奏和强弱调节气泵功率和电磁阀阵列单元气阀的大小，实现枕头在叫醒功能中随音乐起伏伴舞，提高叫醒效率。本发明利用串口Wi-Fi模块将单片机串口数据转化为无线通讯数据。当外围设备将数据通过Wi-Fi模块发送给单片机时，串口Wi-Fi模块又将无线数据转化为单片机通讯使用的串口数据，实现单片机与外围设备之间的数据信息传输。综上所述，本发明利用现有传感器、单片机和软件控制技术，可使本发明实现以下功能：(a)把单片机中储存记录的用户睡眠时间、仰卧和侧卧时长，睡姿变换次数等睡眠信息发送到外围设备，供用户了解使用；(b)通过枕体的报警按钮，可把预存的报警信息发送到外围设备，供紧急联系人(亲人、社区医生等)了解使用，并可实现紧急状态时的通话功能；(c)把采集的用户睡眠状态时的呼吸、心率、血压和脉搏等生理指标发送到外围设备，建立人体生理信息监控局域网。(d)把音乐的旋律、音调、节奏和强弱等音频信号，转变成电频控制信号，传输到本发明的单片机上，通过对变频器和电磁阀阵列的控制，可使本发明在叫醒功能中成为随音乐起伏的会“跳舞”的枕头。为主机配设一遥控器，参见图10，用遥控器进行操作，更为方便。上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。