一种踢被提醒系统及方法与流程

本发明涉及睡眠检测技术领域，尤其涉及一种踢被提醒系统及方法。

背景技术：

睡眠质量的好坏对人体身体健康有至关重要的影响，尤其是处在生长期的儿童，其睡眠质量的好坏直接影响健康成长，这也是各位家长尤为关心的问题。儿童好动，睡眠时经常翻身踢被子，若家长不能及时发现，往往会着凉感冒，但家长又无法做到时刻关注着孩子，特别是当儿童到了一定的年龄和父母分房睡时，更无法经常起来观察孩子。另外，老人和病患等睡眠时也需要特殊照看。因此，有必要持续检测儿童、老人和病患等儿童是否踢被子，并在检测到踢被子时发出警报以提醒监护人。

对于睡眠过程中的踢被子检测和提醒，当前国内外已有多种实现方法，包括温度监测法、计算机视觉法、红外线探测法等。其中，温度检测法是通过温度传感器监测被窝温度或儿童体表温度，根据温度变化来判断儿童是否踢被子；温度检测法需要在儿童身上穿戴或在被子、褥子上安装温度传感器、信号传输模块、电源模块等检测装置，穿戴安装复杂，有安全隐患，可靠性差，影响儿童睡眠时的舒适感，而且温度变化较慢，当传感器监测到温度下降时，儿童已经着凉。计算机视觉法是利用摄像机采集睡眠区域的图像，通过图像处理和识别算法来判断儿童是否踢被子；基于光学图像的计算机视觉法主要有背景差分、纹理分析等方法，受光照、阴影等因素影响严重，往往需要配置窄带通滤光片，成本较高，且在阳光直射的情况下仍然无法正常工作，在实际应用中检测准确率较低。

红外线探测法要有一个红外线信号发射器件和一个红外线信号接收器件。按红外线信号发射器和接收器安放位置的不同，可分为遮断式(对射式)和反射式。在目前的现有技术中，红外线踢被子提醒产品都是遮断式(对射式)或者反射式。所谓遮断式(对射式)，就是发射器和接收器相对设置，一般把红外线信号发射器放在睡眠区域上方或附近，直射或者利用天花板的反射使红外线信号照射到固定在儿童身上的红外信号接收器上，当儿童睡觉盖好被子时接收器和发射器之间让被子隔断，这时接收器接收不到红外信号输出呈一种状态；当踢掉被子时接收器接收到信号，输出状态就发生反转从而产生驱动信号来报警。另外，cn202067374u专利公开了一种红外反射式蹬被提醒器，其红外线信号发射器和红外线信号接收器处于同一平面上，两者一起固定在儿童身上，相隔几个毫米，被子在红外信号发射器和红外线信号接收器之上。在被子盖好状态接收器应能接收到经被子反射过来的信号，而在蹬掉被子后接收器应接收不到经被子反射过来的信号，据此判断是否踢被子。无论是遮断式(对射式)还是反射式，都要在儿童身上固定红外线信号发射器和/或红外线信号接收器，需要配置电源适配器或者电池，带电工作，有安全隐患，可靠性差，不能做到十分轻薄柔软，影响儿童睡眠时的舒适感。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种踢被提醒系统及方法，能够准确检测待检测者睡眠时是否踢被子并发出提醒动作，安全可靠，不影响睡眠时的舒适感。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种踢被提醒系统，包括发射单元、回归反射物、接收单元、发射功率调节单元和提醒单元；

所述发射单元包括至少一个第一光源，所述第一光源设置在所述睡眠区域的上方，用于向所述睡眠区域发射光信号；

所述回归反射物设置在所述睡眠区域内，用于标识待检测部位，所述回归反射物包含有回归反射材料；

所述接收单元包括信号处理模块和至少一个第一光电探测器；所述第一光电探测器与所述第一光源相邻设置，用于采集所述睡眠区域的反射光信号，将所述反射光信号转换为电信号，所述信号处理模块用于通过所述电信号判断待检测者是否踢被；

所述发射功率调节单元，用于根据检测距离调节所述发射单元的发射功率；

所述提醒单元用于根据所述接收单元的判断结果发出提醒动作。

优选的，所述发射功率调节单元包含第二光源；

所述第二光源与所述第一光电探测器的距离d2大于所述第一光源与第一光电探测器的距离d1；

或；

所述发射功率调节单元包含第二光电探测器，所述第一光源与所述第二光电探测器的距离d3大于所述第一光源与第一光电探测器的距离d1；

或；

所述发射功率调节单元包含第二光源和第二光电探测器，所述第二光源与所述第二光电探测器的距离d4大于所述第一光源与第一光电探测器的距离d1。

优选的，所述第一光源和第二光源为近红外光源，其辐射峰值波长大于780nm小于1100nm。

优选的，所述近红外光源为led光源和/或半导体激光光源。

优选的，所述回归反射物的设置包括：

采用热熔胶通过压烫方法将回归反射物固定在待检测者的衣物外表面；

和/或；

采用魔术贴将回归反射物粘贴在待检测者的衣物外表面；

和/或；

采用粘贴剂将回归反射物粘贴在待检测者的身体部位或衣物外表面；

和/或；

将含有回归反射材料的油墨印在所述衣物外表面。

本发明实施例还提出了一种踢被提醒方法，包括以下步骤：

s1、将回归反射物设置在待检测睡眠区域内，用于标识待检测部位；所述回归反射物包含回归反射材料；

s2、通过发射单元向睡眠区域发射光信号；所述发射单元包含至少一个第一光源；将所述第一光源设置在所述睡眠区域上方；

s3、通过接收单元的第一光电探测器采集所述睡眠区域的反射光信号，将所述反射光信号转换成电信号，信号处理模块通过所述电信号判断待检测者是否踢被；所述接收单元包含信号处理模块和至少一个第一光电探测器，所述第一光电探测器与所述第一光源相邻设置；

s4：通过发射功率调节单元检测距离调节所述发射单元的发射功率；

s5、通过提醒单元根据所述接收单元的判断结果发出提醒动作。

优选的，所述发射功率调节单元包含第二光源；

所述第二光源与所述第一光电探测器的距离d2大于所述第一光源与第一光电探测器的距离d1；

或；

所述发射功率调节单元包含第二光电探测器，所述第一光源与所述第二光电探测器的距离d3大于所述第一光源与第一光电探测器的距离d1；

或；

所述发射功率调节单元包含第二光源和第二光电探测器，所述第二光源与所述第二光电探测器的距离d4大于所述第一光源与第一光电探测器的距离d1。

优选的，所述第一光源和第二光源为近红外光源，其辐射峰值波长大于780nm小于1100nm。

优选的，所述近红外光源为led光源和/或半导体激光光源。

优选的，所述回归反射物的设置包括：

采用热熔胶通过压烫方法将回归反射物固定在待检测者的衣物外表面；

和/或；

采用魔术贴将回归反射物粘贴在待检测者的衣物外表面；

和/或；

采用粘贴剂将回归反射物粘贴在待检测者的身体部位或衣物外表面；

和/或；

将含有回归反射材料的油墨印在所述衣物外表面。

本发明提出的踢被提醒系统及方法，通过将回归反射物设置在儿童身上，将发射单元和接收单元一起放置在睡眠区域上方，通过探测反射光信号来检测被子是否覆盖了回归反射物，从而可以准确检测儿童睡眠时是否踢被子，若检测到踢被子，则通过提醒单元发出提醒动作。该系统和方法不需要在儿童身上或附近设置任何带电工作的装置，安全可靠，不影响儿童睡眠时的舒适感；采用调制编码工作方式，避免环境光照的干扰，与基于光学图像的方法相比具有更广的适用范围；能够自动调节发射功率，以适应不同的检测距离。

附图说明

图1为本发明中踢被检测系统的示意图；

图2为本发明中盖好被子状态下的光路示意图；

图3为本发明中踢被检测方法的流程图；

图4为本发明中光源的发射控制信号的波形示意图；

图5为本发明实施例提出的踢被检测系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提出了一种踢被子提醒系统和方法，主要用于检测儿童睡眠时踢被子行为并发出提醒动作。儿童踢被子泛指儿童将必要的覆盖物移开，由于睡眠时保暖覆盖物有多种，比如被子，毛毯等，本发明为了便于理解，选取常用的被子作为覆盖物；具体的检测对象多种，将儿童、老人和病患等作为检测对象，本发明实施例以睡眠的儿童为例，做出以下详细描述。

如图1所示，踢被子提醒系统包括发射单元1、回归反射物2、接收单元3、发射功率调节单元以及提醒单元4。其中，回归反射物2设置在睡眠区域内，例如设置在儿童身体部位上或衣物上；发射单元1包含至少一个第一光源，第一光源用于向睡眠区域发射光信号；接收单元3用于采集所述睡眠区域的反射光信号，并将所述反射光信号转换成电信号，然后对所述电信号进行处理，以检测出所述睡眠者是否踢被子；接收单元3包含至少一个第一光电探测器；第一光源和第一光电探测器紧挨放置在睡眠区域上方；提醒单元4根据接收单元3的检测结果发出提醒动作。检测原理和过程如下：当回归反射物2被被子6覆盖时，如图2所示，接收单元3接收到反射光强度较弱，所述电信号强度低于阈值，判断结果为未踢被子；当所述回归反射物2裸露时，如图1所示，所述接收单元接收3到反射光强度较大，所述电信号强度高于或等于阈值，判断结果为已踢被子。

另一方面，如图3所示，本发明实施例还提出了踢被提醒方法，具体包括以下步骤：

s1、将回归反射物设置在待检测睡眠区域内，用于标识待检测部位；所述回归反射物包含回归反射材料；

s2、通过发射单元向睡眠区域发射光信号；所述发射单元包含至少一个第一光源；将所述第一光源设置在所述睡眠区域上方；

s3、通过接收单元的第一光电探测器采集所述睡眠区域的反射光信号，将所述反射光信号转换成电信号，并通过所述电信号判断待检测者是否踢被；所述接收单元包含至少一个第一光电探测器，所述第一光电探测器与所述第一光源相邻设置；

s4：通过发射功率调节单元检测距离调节所述发射单元的发射功率；

s5、通过提醒单元根据所述接收单元的判断结果发出提醒动作。

以下对踢被提醒系统及方法进行进一步详细说明。

发射单元1包含至少一个第一光源，可用多个第一光源组成第一光源组。第一光源可以采用led光源，或者激光光源，为了不影响儿童睡眠，采用近红外波段的光源，其辐射峰值波长大于780nm小于1100nm，例如，采用辐射峰值波长为940nm或850nm的红外发光二极管，即红外led灯珠。第一光源可以用大发散角或者小发散角光源：使用大发散角光源时不需进行扫描即可覆盖整个睡眠区域；使用小发散角光源时，需用多个不同安装角度的光源分别照射对应的子区域以覆盖整个睡眠区域，或者用机械扫描装置将小发散角光源的光斑扫过整个睡眠区域。

为了使系统具有抗干扰能力，对发射光信号进行编码调制。在发射单元1中，用发射控制信号来控制第一光源的发射波形，所述发射控制信号为矩形脉冲信号，进一步的，如图4所示，所述发射控制信号是由基带信号101对载波信号102进行调制得到的已调信号103，所述基带信号101包含编码，所述载波信号102为频率大于30khz且小于60khz的方波，例如38khz；在接收端，第一光电探测器接收到光信号后，转换成电信号，再由放大器放大，然后经解调还原出解调信号，然后比较所述基带信号101和解调信号，若两个信号的波形匹配即编码值相等，才可认为接收到有效的光信号。采用编码调制的方式，可以避免其他光源的干扰，例如其他电子设备发出的光信号，以及日光、灯光的光信号，使该系统在白天太阳直射或有室内灯光的情况下也能正常工作，不会产生误报警。另一方面，对发射光信号进行编码调制，既可以提高发射效率又可以降低电源功耗。

接收单元3用于采集所述睡眠区域的反射光信号，并将所述反射光信号转换成电信号，然后对所述电信号进行处理，以检测出所述睡眠者是否踢被子；接收单元3包含至少一个第一光电探测器。第一光电探测器用于进行光电转换，为非成像的单元探测器，采用以下的一者或多者：光敏二极管、光敏三极管、光电池、光敏电阻。

接收单元3的第一光电探测器对接收到的光信号进行光电转换得出第一电信号，该第一电信号经过滤波、放大、限幅、积分、解调、模/数转换等处理过程的一者或多者，得出第二电信号。对于采用编码调制方式工作的系统，还需比较调制信号(即基带信号)和解调信号(即第二电信号)，若两个信号的波形匹配，才可认为接收到有效的光信号。在实际应用中，光电探测和信号处理可以用多个不同的器件来实现，也可以在一个器件中实现上述两个方面的功能。

发射功率调节单元用于调节第一光源的发射功率。若发射功率过大，经被子6等床上用品反射的光信号强度亦很大，此时即使回归反射物2未裸露，接收单元3接收到的反射光强度足够大，会导致误报警；若发射功率过小，即使回归反射物2已裸露，接收单元3接收到的反射光强度不够大，会导致漏报警。发射功率需根据发射单元1与儿童的距离来调节，该距离越远，发射功率越大。因此，需要采用发射功率调节单元来调节发射功率，以适应不同的检测距离。

发射功率调节单元包含至少一个第二光源，和/或至少一个第二光电探测器，用于检测发射功率是否适宜。例如，发射功率调节单元包含第二光源，第二光源与第一光电探测器的距离d2大于第一光源与第一光电探测器的距离d1；或者发射功率调节单元包含第二光电探测器，第一光源与光电探测器的距离d3大于第一光源与第二光电探测器的距离d1；或者发射功率调节单元包含第二光源和第二光电探测器，第二光源与第二光电探测器的距离d4大于第一光源与第一光电探测器的距离d1。

为了保证儿童睡眠的安全性和舒适性，并考虑到使用的便利性和可靠性，应避免在睡眠区域内放置带电工作的检测装置。儿童睡眠时，只需将轻薄柔软的回归反射物2设置在儿童的身体上或者衣物上，不需要在身上穿戴或在被子、褥子上安装任何带电工作的电子装置，使用便利，安全性好，可靠性高，可反复使用，不影响儿童睡眠时的舒适感。

回归反射材料又叫逆反射材料或反光材料，含有高折射率玻璃珠或者微晶格结构，每平方厘米的面积内排列着上千个微小单元，可将光线按原路反射回光源处，这种现象称为回归反射。当第一光源从上方照射睡眠区域时，含有回归反射材料的回归反射物2会将大部分光线按原路反射回第一光源处，而睡眠区域内的其它物体(如被子、床单、衣服、人体皮肤和头发等)大都属于漫反射体，将光线分散的反射到各个方向，所以在回归反射方向上，回归反射物2的反射光强会远远高于其它物体。因此，在紧挨第一光源处设置第二光电探测器，利用回归反射物2的回归反射特性，即可检测回归反射物2是否裸露：当所述回归反射物2被被子覆盖时，第一光电探测器接收到反射光是被子6等床上用品的漫反射光，其光强度较弱，接收单元3输出的电信号幅度低于阈值，判断结果为未踢被子；当所述回归反射物2裸露时，第一光电探测器接收到反射光主要是来自回归反射物2的回归反射光，其光强度较大，接收单元3输出的电信号幅度高于或等于阈值，判断结果为已踢被子。

根据实际应用需求，回归反射物2可制作成多种形态。回归反射物2应满足轻薄、柔软、牢固、持久等要求，可以采用不同基底材料的反光布、反光膜、反光晶格带等等；其设置方法可以有多种，例如采用以下的一者或多者：采用热熔胶材料，通过压烫方法将反光布等固定在睡眠者的衣物外表面；采用魔术贴将反光布等固定在睡眠者的衣物外表面；采用双面胶等粘贴剂将反光布等固定在睡眠者的身体部位或衣物外表面；采用将含有回归反射材料的油墨印在睡眠者的衣物外表面；当然也可以通过针线缝制、使用纽扣等方式将反光布固定在睡眠者被子6等床上用品的衣物外表面。

提醒单元4根据接收单元3的检测结果发出提醒动作。提醒单元4可用多种方式来发出提醒动作，例如用发光器件发出灯光，用蜂鸣器或喇叭等发声器件发出声音，用振动器件产生振动；或者通过蓝牙、wi-fi、蜂窝移动通信等无线连接方式与移动用户终端进行通信，在移动用户终端上发出灯光、声音、振动、提示信息等提醒动作，移动用户终端包含手机、智能手环、平板电脑等；或者通过万维网接入网络服务器计算机，用户通过移动用户终端或个人计算机访问网络服务器以获取提醒信息等。因此，提醒单元4可以由发光器件、发声器件、振动器件、移动用户终端和个人计算机中的一者或多者来实现。

实施例1

发射功率调节单元包含一个第二光源，所述第二光源与第一光源、第一光电探测器设置在同一平面上；所述第二光源与第一光电探测器的距离d2大于第一光源与第二光电探测器的距离d1，在实际应用中，d2应为d1的数倍，如d2＝10*d1；第一光源和第二光源的型号相同，并施加相同的电能以产生相同的光强；由于第二光源远离第一光电探测器，根据回归反射原理，由第二光源发射的光信号，若经回归反射物的回归反射，其反射光是无法进入第一光电探测器的，只有经被子6等床上用品漫反射的反射光才能进入第一光电探测器，因此，当第二光源发射光信号时，如果第一光电探测器接收到有效的反射光信号，则说明是来自被子6等床上用品的反射光信号，此时发射功率过大，应减小发射功率，直至在上述条件下第一光电探测器接收不到有效的反射光信号。

实施例2

发射功率调节单元包含第二光电探测器，所述第二光电探测器与第一光源、第一光电探测器设置在同一平面上；第一光源与第二光电探测器的距离d3大于第一光源与第一光电探测器的距离d1，在实际应用中，d3应为d1的数倍，如d3＝10*d1；第一光电探测器和第二光电探测器的型号相同；由于第二光电探测器远离第一光源，根据回归反射原理，由第一光源发射的光信号，若经回归反射物的回归反射，其反射光是无法进入第二光电探测器的，只有经被子6等床上用品漫反射的反射光才能进入第二光电探测器，因此，当第一光源发射光信号时，如果第二光电探测器接收到有效的反射光信号，则说明是来自被子6等床上用品的反射光信号，此时发射功率过大，应减小发射功率，直至在上述条件下第二光电探测器接收不到有效的反射光信号。

实施例3

发射功率调节单元包含第二光源和第二光电探测器，所述第二光源、第二光电探测器，以及第一光源、第一光电探测器设置在同一平面上；第二光源与第二光电探测器的距离d4大于第一光源与第一光电探测器的距离d1，在实际应用中，d4应为d1的数倍，如d4＝10*d1；第一光源和第二光源的型号相同，并施加相同的电能以产生相同的光强；第一光电探测器和第二光电探测器的型号相同；由于第二光电探测器远离第二光源，根据回归反射原理，由第二光源发射的光信号，若经回归反射物的回归反射，其反射光是无法进入第二光电探测器的，只有经被子6等床上用品漫反射的反射光才能进入第二光电探测器，因此，当第二光源发射光信号时，如果第二光电探测器接收到有效的反射光信号，则说明是来自被子6等床上用品的反射光信号，此时发射功率过大，应减小发射功率，直至在上述条件下第二光电探测器接收不到有效的反射光信号。

实施例4

如图5所示，第一光源采用一个红外发光二极管，其辐射峰值波长为940nm；第一光电探测器采用一个一体化红外接收头，响应峰值波长为940nm；该红外发光二极管和一体化红外接收头紧挨固定在一个平面上，且两者的光轴平行设置；系统还包含发射功率调节装置，该发射功率调节装置包含一个第二光源，该第二光源采用一个红外发光二极管，其型号与第一光源中的相同，第二光源与第一光电探测器的距离d2大于一光源与第一光电探测器的距离d1。

第一光电探测器为非成像的单元探测器，第一光电探测器包含光电转化器件，该光电转换器件采用以下的一者或多者：光敏二极管、光敏三极管、光电池、光敏电阻；例如，第一光电探测器采用红外接收二极管；第一光电探测器的光电转换器件对接收到的光信号进行光电转换得出第一电信号。

进一步的，第一光电探测器还包括第一信号处理电路，即光电转换器件的输出端连接有第一信号处理电路，该第一信号处理电路对所述第一电信号进行放大、选频、解调等处理，得到第二电信号。在实际应用中，第一光电探测器中的光电转换和信号处理可以用多个不同的器件来实现，也可以在一个器件中实现上述两个方面的功能，例如，采用一体化红外接收头，它将红外光敏二极管和信号处理电路集成在同一封装上，要求输入的信号需是已经被调制的红外光信号，经过它的接收、放大和解调会在输出端直接输出基带信号101。

更进一步的，将所述第二电信号接入单片机等处理器，利用单片机等处理器对所述第二电信号进行检测；例如：对于采用编码调制方式工作的系统，还需比较调制信号(即基带信号)和接收到的第二电信号，若两个信号的波形匹配，即发射的编码与接收到的编码相同，才可认为接收到有效的光信号。

系统还可以包含一个单片机，该单片机用于实现发射功率调节装置的部分功能，以及实现第二信号处理电路；系统还包含一个提醒装置，该提醒装置为智能手机等移动终端，其通过蓝牙或wi-fi等方式与单片机无线连接。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。