一种智能温控床垫及其控制方法与流程

本发明涉及床上用品领域，特别是涉及一种智能温控床垫及其控制方法。

背景技术：

市面上加热床垫、电热毯产品层出不穷，各个厂家之间加热方式也不断更新迭代，如何为用户提高产品加热的精准性和安全性，以及产品智能化升级成为目前同行之间的首要解决的问题。

目前的加热床垫或电热毯之列一般都采用金属电热丝材料作为发热源头，这种方式可能会产生对人体略有危害的电磁波，而且成本及安全方面不占优势，同时无差别大面积发热，导致电力能源浪费严重，容易引起安全事故的发生。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种智能温控床垫及其控制方法，其通过将床垫子单元自下而上由慢回弹记忆材料、压电传感层和压感加热主控层以及氧化铜纤维编织面料层构成，将压感传感器和温度传感器安置在压电传感层，加热单元置于压感加热主控层，各床垫子单元按要求连接置于床垫支撑结构上，利用系统控制模块输出相应控制信号如脉宽调制信号PWM、传感器选择信号PTZsel、床垫子单元选择信号Sel、床垫子单元加热选择信号HeaterSel控制加热模块及传感器模块，以使加热模块在系统控制模块的控制下对各床垫子单元进行加热，实现了对床垫的智能温度控制。

为达上述及其它目的，本发明提出一种智能温控床垫，包括：

传感器模块，用于在系统控制模块的控制逻辑的控制下实现各床垫子单元压力和温度的检测，并将各传感器输出的模拟电压经多路选择器依次传递给模数转换模块；

模数转换模块，用于将所述传感器模块输出的模拟信号经放大和模数转换后得到粗略压力和温度信号，并传输给系统控制模块；

系统控制模块，用于将所述模数转换模块输出的粗略压力和温度信号进行处理并显示，根据数据处理结果输出相应控制信号至所述传感器模块以及加热模块；

加热模块，用于在所述系统控制模块的控制下对各床垫子单元进行加热。

进一步地，所述传感器模块包括多个传感器单元、一第一多路选择器以及缓冲器，所述缓冲器输入端接所述系统控制模块，输出端接各传感器单元，该第一多路选择器输入端接各传感器单元，输出端接所述模数转换模块，控制端接所述系统控制模块输出的床垫子单元选择信号Sel。

进一步地，各传感器单元包括一压感传感器、一温度传感器、一基准温度端子、一开关以及一第二多路选择器，所述压感传感器正端连接电源，负端通过开关接地，所述压感传感器输出端、温度传感器输出端以及基准温度端子连接至所述第二多路选择器的输入端，所述第二多路选择器的输出端接所述第一多路选择器的输入端，控制端连接所述系统控制模块输出的传感器选择信号PTZsel。

进一步地，所述加热模块包括分路器以及多个加热单元，所述分路器接收所述系统控制模块输出的脉宽调制信号PWM以及床垫子单元加热选择信号HeaterSel，输出端接一加热单元以控制加热单元对各床垫子单元加热。

进一步地，所述系统控制模块包括信号处理电路、接口电路、控制逻辑及其外围阻容器件，所述系统控制模块的信号处理电路输出的压力和温度信号至所述接口电路，所述接口电路连接输入输出模块，其输出唤醒信号连接至所述控制逻辑，所述控制逻辑输出所述传感器选择信号PTsel、床垫子单元选择信号Sel、脉宽调制信号PWM、床垫子单元加热选择信号HeaterSel。

进一步地，所述模数转换模块的采样控制端和采样许可以及通信端连接至所述系统控制模块的逻辑控制和接口电路，所述模数转换模块输出的粗略压力和温度信号连接至所述系统控制模块的信号处理电路。

进一步地，所述床垫还包括输入输出模块，所述输入输出模块由液晶显示模块、按键或键盘组成，连接所述系统控制模块的接口电路，用于显示和设定压力和温度等参数。

进一步地，各床垫子单元自下而上包括慢回弹记忆材料、压电传感层和压感加热主控层以及氧化铜纤维编织面料层，所述压感传感器和温度传感器安置在压电传感层，加热单元置于压感加热主控层，各床垫子单元按要求连接置于床垫支撑结构上。

进一步地，所述床垫由若干个圆柱形单个床垫子单元构成，每一个单个床垫子单元可以单独压感加热，每一个单个床垫子单元之间使用圆形的凹凸配位卡扣件相互配合连接，在凹凸配位卡扣件上制作电极触点，供数据及电源供电，按照个性需求将需要组装的器件拼装成所需的形状。

为达到上述目的，本发明还提供一种智能温控床垫的控制方法，包括如下步骤：

步骤一，利用传感器模块实现对各床垫子单元的压力和温度的检测，并将传感器模块输出的模拟电压经多路选择器依次传递给模数转换模块；

步骤二，利用模数转换模块将所述传感器模块输出的模拟信号经放大和模数转换后得到粗略压力和温度信号，并传输给系统控制模块。

步骤三，所述系统控制模块将所述模数转换模块输出的粗略压力和温度信号进行处理并显示，并根据数据处理结果输出相应控制信号至加热模块、传感器模块以对其进行相应控制；

步骤四，所述加热模块在所述系统控制模块的控制下对各床垫子单元进行加热。

与现有技术相比，本发明一种智能温控床垫及其控制方法通过将床垫子单元自下而上由慢回弹记忆材料、压电传感层和压感加热主控层以及氧化铜纤维编织面料层构成，将压感传感器和温度传感器安置在压电传感层，加热单元置于压感加热主控层，各床垫子单元按要求连接置于床垫支撑结构上，利用系统控制模块输出相应控制信号如脉宽调制信号PWM、传感器选择信号PTZsel、床垫子单元选择信号Sel、床垫子单元加热选择信号HeaterSel控制加热模块及传感器模块，以使加热模块在系统控制模块的控制下对各床垫子单元进行加热，实现了对床垫的智能温度控制。

附图说明

图1本发明一种智能温控床垫的电路结构图；

图2为本发明较佳实施例中模数转换模块的电路示意图；

图3为本发明较佳实施例中加热单元的电路示意图；

图4为本发明较佳实施例中床垫子单元的结构示意图；

图5为本发明较佳实施例中床垫子单元的拼装示意图；

图6为本发明较佳实施例中床垫子单元的拼装结构示意图

图7及图8为本发明较佳实施例中床垫外形示意图；

图9为一种智能温控床垫的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1本发明一种智能温控床垫的电路结构图。如图1所示，本发明一种智能温控床垫，包括：传感器模块10、模数转换模块20、系统控制模块30、加热模块40、输入输出模块50、床垫子单元及其支撑构件60。

其中，传感器模块10由多个传感器单元、多路选择器M0以及缓冲器BUF1构成，每个传感器单元由压感传感器Sk(仅示出S1，其中S2-Sn未示出)、温度传感器Tk(仅示出T1，其中T2-Tn未示出)、基准温度端子Zk(仅示出Z1，其中Z2-Zn未示出)、多路选择器Mk(仅示出M1，其中M2-Mn未示出)、开关Kk(仅示出K1，其中K2-Kn未示出)构成，用于在系统控制模块30的控制逻辑的控制下实现各床垫子单元压力和温度的检测，并将各传感器输出的模拟电压经多路选择器依次传递给模数转换模块20；模数转换模块20，用于将传感器模块10输出的模拟信号AD经放大和模数转换后得到粗略压力和温度信号RawPT，并传输给系统控制模块30的信号处理电路DSP；系统控制模块30由信号处理电路DSP、接口电路I/O、控制逻辑及其外围阻容器件组成，用于将模数转换模块20输出的粗略压力和温度信号RawPT进行处理并显示，根据数据处理结果输出相应控制信号如脉宽调制信号PWM、传感器选择信号PTZsel、床垫子单元选择信号Sel、床垫子单元加热选择信号HeaterSel；加热模块40由分路器MH0、多个加热单元H1-Hn(其中H2-Hn未示出)组成，用于在系统控制模块30的控制下对床垫子单元进行加热；输入输出模块50由液晶显示模块LCD、按键或键盘组成，用于显示和设定压力和温度等参数。

压感传感器Sk(本实施例以S1为例)正端连接电源Vs，其负端通过开关Kk接地，压感传感器Sk输出端、温度传感器Tk(本实施例以T1为例)以及基准温度端子Zk(本实施例以Z1为例)连接至多路选择器Mk(本实施例以M1为例)的输入端，多路选择器Mk的控制端连接传感器选择信号PTZsel，多路选择器M1-Mn的输出端连接至多路选择器M0的输入端，多路选择器M0的控制端连接床垫子单元选择信号Sel，多路选择器M0的输出端AD连接模数转换模块20的输出端，模数转换模块20的采样控制端和采样许可Sample/EN以及通信端连接至系统控制模块30的逻辑控制和接口电路I/O，模数转换模块20的输出粗略压力和温度信号RawPT连接至系统控制模块30的信号处理DSP，系统控制模块30的信号处理DSP输出的压力Presure和温度信号Temprature连接系统控制模块30的接口电路I/O，系统控制模块30的接口电路I/O连接输入输出模块，其输出唤醒信号Wake连接至控制逻辑，系统控制模块30的控制逻辑输出传感器选择信号PTZsel、床垫子单元选择信号Sel、脉宽调制信号PWM、床垫子单元加热选择信号HeaterSel至多路选择器M1-Mn、多路选择器M0、分路器MH0。

图2为本发明较佳实施例中模数转换模块的电路示意图。在本发明较佳实施例中，模数转换模块20包括带模拟信号处理的ADC(如AD7715)、基准电压电路(如AD780)及其外围阻容和晶体，模数转换模块20的采样控制端和采样许可Sample/EN以及通信端连接至系统控制模块30的逻辑控制和接口电路I/O，模数转换模块20的输出粗略压力和温度信号RawPT连接至系统控制模块30的信号处理DSP。上电后，系统控制模块30通过P1.3发送复位信号使AD7715复位，在片选信号P1.6置低时选中芯片，通过向P1.2发送时钟，通过P1.4可以写入数据，在完成AD转换后，AD771512脚向系统控制模块30之P1.7发送数据准备就绪信号，通过P1.4可以读出数据，AD780产生的参考电压连接至AD7715的参考输入正端，Ad7715之参考输入负端和模拟信号输入负端接地，其模拟信号输入正端通过电阻R6连接至多路选择器M0之输出端，电容C2用于滤除输入信号的杂波，Ad7715之时钟端按要求连接晶体Y1和负载电容C3、C4，电容C8用于滤波。

图3为本发明较佳实施例中加热单元的电路示意图。在本发明较佳实施例中，每个加热单元由光电隔离器件(如MOC3063)、可控硅(如BTA16)及外围阻容器件组成。MOC3063之1脚(内部发光二极管正端)通过电阻连接至电源，MOC3063之2脚(内部发光二极管负端)连接脉宽调制信号PWM_3063，MOC3063之3、4脚为内部过零检测器的输入和输出端口，MOC3063之3脚通过电阻R25连接至可控硅Q2输入端和加热片插头P12之负端，MOC3063之4脚连接至可控硅Q2之控制端，同时通过电阻R27连接至可控硅Q2输出端(交流电零线)，RC网络电阻R26和电容C33串连后并接于可控硅Q2之输入端和输出端间用于消除毛刺和放电，加热片插头P12之正端通过保险丝B1连接至交流电火线，P13为3线交流电连接器，加热片连接至热片插头P12。

图4为本发明较佳实施例中床垫子单元的结构示意图。如图4所示，各床垫子单元自下而上包含慢回弹记忆材料1、压电传感层和压感加热主控层2以及氧化铜纤维编织面料层3，压感传感器和温度传感器安置在压电传感层，加热单元置于压感加热主控层，床垫子单元按要求连接置于床垫支撑结构上。

图5为本发明较佳实施例中各床垫子单元拼装示意图。本发明中，床垫主要由若干圆柱形单个床垫子单元构成，每一个单个床垫子单元都可以单独压感加热，每一个单个床垫子单元之间使用圆形的凹凸配位卡扣件相互配合连接，并在凹凸配位卡扣件上制作电极触点，供数据及电源供电，形成如图6所示的结构，也可按照个性需求将需要组装的器件拼装成自己需要的形状(如图7及图8)，外套床单即完成床垫装配，将外接的电源线连接在插座即可开始使用。

另外，为保证单元之间连接稳定，凹凸配位卡扣件为套在单元下部的硬质壳套，这样方便拆装。

图9为一种智能温控床垫的控制方法的步骤流程图。如图9所示，本发明一种智能温控床垫的控制方法，包括如下步骤：

步骤901，利用传感器模块实现对各床垫子单元的压力和温度的检测，并将传感器模块输出的模拟电压经多路选择器依次传递给模数转换模块。在本发明中，传感器模块由多个传感器单元、多路选择器M0以及缓冲器BUF1构成，每个传感器单元由压感传感器、温度传感器、基准温度端子、多路选择器、开关构成，以在系统控制模块的控制逻辑的控制下实现各床垫子单元压力和温度的检测，并将各传感器输出的模拟电压经多路选择器依次传递给模数转换模块。

步骤902，利用模数转换模块将所述传感器模块输出的模拟信号AD经放大和模数转换后得到粗略压力和温度信号RawPT，并传输给系统控制模块。

步骤903，系统控制模块将所述模数转换模块输出的粗略压力和温度信号RawPT进行处理并显示，并根据数据处理结果输出相应控制信号如脉宽调制信号PWM、传感器选择信号PTZsel、床垫子单元选择信号Sel、床垫子单元加热选择信号HeaterSel至加热模块、传感器模块以对其进行相应控制。

步骤904，加热模块在所述系统控制模块的控制下对各床垫子单元进行加热。

综上所述，本发明一种智能温控床垫及其控制方法通过将床垫子单元自下而上由慢回弹记忆材料、压电传感层和压感加热主控层以及氧化铜纤维编织面料层构成，将压感传感器和温度传感器安置在压电传感层，加热单元置于压感加热主控层，各床垫子单元按要求连接置于床垫支撑结构上，利用系统控制模块输出相应控制信号如脉宽调制信号PWM、传感器选择信号PTZsel、床垫子单元选择信号Sel、床垫子单元加热选择信号HeaterSel控制加热模块及传感器模块，以使加热模块在系统控制模块的控制下对各床垫子单元进行加热，实现了对床垫的智能温度控制。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。