智能睡眠调节椅的设计

　　摘 要：智能睡眠调节椅的硬件平台主要以家用靠背椅为结构基础，将各种带数据通信接口的智能传感器集和反馈器等集成到系统上，融合现有的音乐减压放松系统和睡眠检测系统，使用户由无限放松到缓慢熟睡，并根据睡眠检测系统反馈的熟睡度值调节椅子状态，由坐式缓慢调节为平躺式，让用户体验最大的舒适度。

　　关键词：人机交互;传感器;调节器;睡眠检测;智能调节

　　1 音乐减压放松系统

　　目前的音乐放松系统[4]通过采集生理信号进行加工，实时、准确、客观、直观、动态地反映用户的内心变化状态，并根据心理状态提供不同的舒缓音乐，调节身心、减缓压力，克服焦虑、抑郁、沮丧、紧张等负面情绪，平衡自主神经系统，协调并提升生理综合技术指标等功能的缺陷。 系统包括身心反馈调节器、电动控制器、数字播放器、音乐播放器，其中身心反馈器内置于音乐座椅靠背部，身心反馈器同时与外置于音乐座椅前端的数字播放器和内置于音乐座椅的音乐播放器连接，电动控制器与设置在音乐座椅外侧的控制板连接。

　　(1)身心反馈调节器包括生理采集器、模块生物转化器和内置于模块生物转化器里的身心反馈调节软件，生理采集器与生理采集器连接。 可为用户提供多种类、多项目、多场景的新颖独特的训练方式，实时准确、客观、直观、动态地反映来访人员的内心变化状态，可通过身心反馈调节系统检验来访人员对身心调节训练的掌握程度，培养用户能熟练掌握“调节身心、减缓压力、提高效率”的方法，通过合理干预和强化训练，平衡来访人员的自主神经系统，协调并提升生理综合技术指标。

　　(2)电动控制器由内置双电机组成，能单独或同时调节背部、腿部角度，调节角度范围为 90~180°任意调节。 通过遥控器控制椅子的升降角度，满足用户躺、仰、坐姿势，角度调节范围为靠背 90~180°。

　　(3)数字播放器为 9.7 寸触摸液晶平板电脑，通过钛合金支架与身心反馈器连接，数字播放器前后内置摄像头，自带 16G 硬盘，支持播放音乐、电影、文字、图片、无线上网、U 盘播放和电子书阅读，并可任意调节角度。

　　2 睡眠检测系统

　　2.1 系统主体模块智能椅用睡眠检测系统可采用现有的系统[5]，主要包含睡眠检测端和信号处理终端，睡眠检测端包括麦克风传感器和睡眠生理信号采集模块，麦克风传感器的输出端与睡眠生理信号采集模块的输入端连接，睡眠生理信号采集模块的输出端与信号处理终端无线连接。 睡眠生理信号采集模块包括信号过滤器、信号放大器、处理器、存储器和无线传输模块，麦克风传感器的输出端与信号过滤器的输入端连接，信号过滤器的输出端与信号放大器的输入端连接，信号过滤器的输出端与处理器连接。 处理器分别与存储器、无线传输模块连接，处理器通过无线传输模块与信号处理终端连接。 其中，信号过滤器包括脉搏信号过滤器、呼吸信号过滤器和位移信号过滤器。

　　2.2 传感器总体结构智能睡眠调节椅包含睡眠深度检测、 信号传输、驱动等功能。 通过对智能椅的功能分析和模块划分，再结合具体的研究内容和期望控制目标，传感器硬件系统结构[6]如图 1 所示。

　　3 智能睡眠调节椅设计

　　智能睡眠调节椅通过融入音乐减压放松系统调节人的心理状态，改善用户因长期绷紧神经而出现的焦虑、失眠、头痛、注意力和记忆力减退等症状，使用户通过主观想象、 控制呼吸和调节肌肉紧张感等手段，降低焦虑，让精神安定。 其结构如图 2 所示。 身心反馈器内置于智能睡眠调节椅靠背部，身心反馈器同时与外置于智能睡眠调节椅前端的数字播放器和内置于智能睡眠调节椅的音乐播放器连接，电动控制器与设置在智能睡眠调节椅外侧的控制板连接。 播放器为 9.7 寸触摸液晶平板电脑， 通过钛合金支架与身心反馈器连接。睡眠检测系统包括分离设置的睡眠检测端和信号处理终端，以及麦克风传感器和睡眠生理信号采集模块，麦克风传感器的输出端与睡眠生理信号采集模块的输入端连接，睡眠生理信号采集模块的输出端与信号处理终端无线连接。 睡眠检测系统内置于智能睡眠调节椅的头部位置。 通过音乐减压放松系统调节用户的心理状态，使用户处于放松状态。 在此基础上融入了睡眠检测系统，时刻检测用户的睡眠程度，准确采集用户的熟睡度数据。 再通过对采集的数据进行分析，将分析结果传递给调节器，调节器接收到数据后自动调节智能椅，使睡眠者达到最舒服的状态。

　　4 结语

　　音乐减压放松系统利用听觉、视觉通道，通过音乐、图片、电影等媒介影响人们的心理和生理状况，借助自我暗示的方法来调节人的情绪和行为，尤其是音乐，透过音乐的物理作用，可直接对人体内器官产生共振效果。 因为声音是一种振动，而人体本身也是由许多振动系统所构成，如心脏跳动、胃肠蠕动、脑波波动等。 当音乐与体内器官产生共振时，会使人体分泌一种生理活性物质，调节血液流动，让人富有活力、朝气蓬勃。 在放松中睡熟后，智能睡眠调节椅通过融合睡眠检测系统检测熟睡度，自动缓慢调节进入舒适的平躺睡眠状态。 这种方式除了保证舒适度外，还对用户的健康大有裨益。 而且整个设计的成本并不是太高，技术和设备也都是现有存在的，所以实施起来比较容易。 本文设计的智能睡眠调节椅，通过融合现有的音乐减压系统和睡眠检测系统， 不仅保证了舒适度，也有利于用户的健康。

　　参考文献

　　[1] 马祖长，孙怡宁，梅涛.无线传感器网络综述[J].通信学报,2004,25(4):114-124.

　　[2] 王家桢.调节器 与 执 行 器[M].北京:清华大学出版社, 2001.

　　《智能睡眠调节椅的设计》来源：《自动化应用》，作者：彭明蔚 ，杨国才 ，李 林。

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