基于深度睡眠的自然风调频空调、空调系统和控制方法与流程

本发明涉及空调和空调系统自然风模拟技术领域，具体涉及一种基于深度睡眠的自然风调频空调、空调系统和控制方法。

背景技术：

夏季，为了提高用户使用空调的舒适度，节约资源，自然风风扇、自然风空调和自然风空调系统已经成为空调领域的重要研究方向。

一项研究表明，人体对于波动状态的气流所引起的冷热感觉强度，主要取决于气流整体的平均气流强度，而每个人由于自身的体质和所处的活动状态不同，对气流强度的偏好存在很大的差别。但是，相关技术中的自然风空调为了更好的还原自然界中的自然风，往往只关注自然风的还原情况，而忽略了个体处于不同的活动状态时对自然风平均气流强度和自然风频率的感知情况。

众所周知，轻音乐节奏缓慢，旋律轻柔、乐音委婉，营造特别的安然气氛，轻音乐在人们即将入睡时可以帮助人们入睡。当人们入睡时，呼吸和心跳都会变慢，像轻音乐一样，自然风的频率和平均气流强度也应该降低以此适应个体所处的睡眠状态。

睡眠分为四个阶段。

阶段1，入睡阶段：肌肉放松进入浅眠，很容易被叫醒。

阶段2，浅睡阶段：呼吸心跳变慢，体温略微降低，体动相对活跃。

阶段3，深睡阶段：呼吸心跳较前一阶段变得更慢，肌肉放松，身体几乎不动，大脑不活跃，无梦，这一阶段被叫醒需要时间恢复。

阶段4，眼动/rem阶段：大脑活跃度跟白天无异，眼睛快速运动但身体几乎不动。

德国精神病研究所睡眠专家们研究发现，人体除夜晚外，白天也需要睡眠。在上午9时、中午1时和下午5时，有3个睡眠高峰，尤其是中午1时的高峰较明显。也就是说，人除了夜间睡眠外，在白天有一个以4小时为间隔的睡眠节律。

研究表明，半小时左右的午睡（浅度睡眠）能让大脑和身体各系统得到放松和休息，睡的时间最长不要超过一小时，一小时以上容易使人进入深睡眠阶段，如果在此阶段突然醒来，大脑皮层中较深的抑制过程不能马上解除，关闭的毛细血管网也不能立即开放，容易造成大脑出现供血不足，植物神经系统功能出现暂时性紊乱，人体会感觉非常难受，这种不适感觉大约要持续30分钟左右才会逐渐消失。

相关技术中的发明专利2015105548483一种自动调频风扇及其控制方法，根据室内的温度和光照强度对电动机在一定周期内的工作时间和停止时间进行控制，调频效果比较机械，比较单一，仅仅只是根据周围环境的变化而调整，而不能根据人机体此时的状态做出相应的调整。

相关技术中的风扇和空调拥有睡眠模式，风扇和空调的睡眠模式是通过建立一条时间线，在不同的时间输出并模拟预设的自然风，输出的自然风比较机械，不能有效的监控人体所处的状态，不能根据人体所处的不同睡眠阶段及时调整输出的自然风平均气流强度和自然风频率。由于每个个体每天的睡眠状态都是不同的，系统预设的不同睡眠阶段的时刻和人体真实进入不同睡眠阶段的时刻是不同的，因此相关技术中的风扇和空调的睡眠模式不能根据人体的睡眠状态做出相应的调整。

当人体进入深睡阶段和眼动/rem阶段时，人体的机体免疫能力是最弱的，此时人体很容易受到周围环境的影响。因此，通过对入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风的平均气流强度进行调整使其逐级降低，以此根据人体所处的不同睡眠阶段及时调整输出自然风的平均气流强度，以此加强对人体的保护，更加有利于人体的健康，对于体质较差的老人和孩子，更加有益。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明要解决的一个技术问题是通过对人体心率和呼吸速率进行监控，进而得到人体所处的不同睡眠阶段，通过对入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风的频率进行调整使其逐级降低，以此根据人体所处的不同睡眠阶段及时调整输出自然风的频率，使人们拥有更好的睡眠。

要解决的另一个技术问题是通过对入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风的平均气流强度进行调整使其逐级降低，以此根据人体所处的不同睡眠阶段及时调整输出自然风的平均气流强度，加强对人体的保护，更加有利于人体的健康，对于体质较差的老人和孩子，更加有益。

这里调整输出自然风的频率是指调整自然风序列延时时间，调整输出自然风的平均气流强度是指调整自然风序列值的大小。

本发明的第一个目的在于提出一种基于深度睡眠的自然风调频空调。

本发明的第二个目的在于提出一种基于深度睡眠的自然风调频空调系统。

本发明的第三个目的在于提出一种基于深度睡眠的自然风调频控制方法。

为实现上述第一个目的，本发明是通过采用以下技术方案实现的：按此目的设计的基于深度睡眠的自然风调频空调包括：心率或呼吸速率采集终端，用户输入装置，风机，风机控制装置。

心率或呼吸速率采集终端包括无线发送接收模块、同步时钟，心率采集器和呼吸速率采集器两者中的一种。

心率或呼吸速率采集终端可以为智能穿戴设备，如：智能手环，也可以为智能家居设备，如：智能枕头，智能床垫。

通过心率或呼吸速率采集终端实时采集人体的心率或呼吸速率，通过无线发送接收模块将处理后的信息发送到风机控制装置的无线接收端。

风机控制装置包括温度传感器，光照强度传感器，无线发送接收模块，风机驱动模块和同步时钟。风机控制装置通过对心率或呼吸速率采集终端发来的信息进行处理，判断人体所处的状态，通过对入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风序列延时时间依次延长，自然风序列值依次减小，以此对自然风的频率和平均气流强度进行调整使其逐级降低。

风机控制装置中的光照强度传感器用来判断人是否已经熄灯，与同步时钟相配合。

风机控制装置中的温度传感器对室内温度进行采集，通过形成一个闭合的回路将室内的温度保持在预设的温度范围。

用户输入装置可以为普通遥控器，手机，平板和电脑。

心率或呼吸速率采集终端中的同步时钟，风机控制装置中的同步时钟，用户输入装置中的同步时钟和本地时间同步，为空调提供一个时间基准，即在不同的时间段里可以选择进入不同的工作模式。

空调工作模式分为两种：自适应模式和预设模式。

自适应模式特点：全天采集人体的心率或者呼吸速率，实时获取人体一天所处的状态，并且根据人体所处的状态对自然风的平均气流强度和频率进行调整。

预设模式包括三种模式：白天模式，午休模式和睡眠模式。

预设模式：将一天分为若干个时间区间，在不同的时间区间执行不同的预设操作。这里的预设操作是指是否唤醒心率或呼吸速率采集终端，人体的心率或者呼吸速率是否参与到对自然风的平均气流强度和频率的调整。晚上7点到早晨7点，空调进入夜间模式，晚7点到熄灯之前为准备进入睡觉的过渡区间，当熄灯之后为睡眠准备区间；中午12点半到下午2点，空调进入午休模式，其余时间空调进入白天模式。在夜间模式和午休模式，人体的心率或者呼吸速率参与对自然风的平均气流强度和频率的调整；在白天模式，人体的心率或者呼吸速率不能参与对自然风的平均气流强度和频率的调整，心率或呼吸速率采集终端处于休眠状态，以此节约能耗。

预设模式可以培养人们良好的睡眠习惯，预设模式中的各个时间区间可以通过用户输入装置进行调整。

当在晚上7点时，空调进入夜间模式，晚7点到熄灯之前为准备进入睡觉的过渡区间，在过渡区间内，空调输出自然风的平均气流强度和频率逐渐降低，空调的温度逐渐上升。

当熄灯之后，光照强度传感器采集的光照强度降低到一定的值，此时进入睡眠准备区间，睡眠准备区间特点：心率或呼吸速率采集终端被唤醒，开始工作，心率或呼吸速率采集终端将采集到的心率或呼吸速率信息发送到风机控制装置中的无线接收端，风机控制装置通过对心率或呼吸速率采集终端发来的信息进行处理，判断人体所处的状态，进而对输出的自然风的平均气流强度和频率进行调整。

一般情况下，人体睡眠阶段分为四个阶段，依次为入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段，人体的呼吸速率和心率逐渐降低。通过对入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风序列延时时间依次延长，以此对自然风的频率进行调整使其逐级降低，以此根据人体所处的不同睡眠阶段及时调整输出的自然风频率，使人们拥有更好的睡眠。

当人体进入深睡阶段和眼动/rem阶段时，人体的机体免疫能力是最弱的，此时人体很容易受到周围环境的影响。因此，通过对入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风序列值依次减小，以此对自然风的平均气流强度进行调整使其逐级降低，以此根据人体所处的不同睡眠阶段及时调整输出自然风的平均气流强度，加强对人体的保护，更加有利于人体的健康，对于体质较差的老人和孩子，更加有益。

当人体处在不同睡眠阶段时，通过对入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风序列延时时间依次延长，自然风序列值依次减小，以此对自然风的频率和平均气流强度进行调整使其逐级降低，以此使人们拥有更好的睡眠。

入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风的平均气流强度依次递减，自然风的平均气流强在不同睡眠阶段的数学模型可以用一次函数、二次函数、指数函数来模拟。

由于风机的启动电流很大并伴有很大的噪音，为了降低功耗并且减小噪音，必须保证风机一直都处于转动状态，通过设置风机转动的最小驱动值，当自然风序列中的最小输出值小于风机最小驱动值时，风机控制装置将其处理为风机最小驱动值，以此保证风机一直处于转动状态。

中午12点半到2点，此时空调进入午休模式。当心率或呼吸速率采集终端监测到人体进入睡眠阶段，风机控制装置对风机进行调整进而使风机对自然风频率和平均气流强度及时调整，以此使人们拥有更好的睡眠。

本发明的第二个目的在于提出一种基于深度睡眠的自然风调频空调系统。

为实现上述第二个目的，本发明是通过采用以下技术方案实现的：按此目的设计的基于深度睡眠的自然风调频空调系统包括：多个心率或呼吸速率采集终端和自然风空调；自然风空调包括：用户输入装置，风机，风机控制装置。

心率或呼吸速率采集终端包括无线发送接收模块、同步时钟，心率采集器和呼吸速率采集器两者中的一种。

多个心率或呼吸速率采集终端可以为智能穿戴设备，如：多个智能手环，也可以为智能家居设备，如：多个智能枕头，智能床垫。

通过心率或呼吸速率采集终端实时采集人体的心率或呼吸速率，通过无线发送接收模块将处理后的信息发送到风机控制装置的无线接收端。

风机控制装置包括温度传感器、光照强度传感器、无线发送接收模块、风机驱动模块、同步时钟。风机控制装置通过对多个人的心率或呼吸速率采集终端发来的信息进行处理，判断多人所处的状态，通过对入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风序列延时时间依次延长，自然风序列值依次减小，以此对自然风的频率和平均气流强度进行调整使其逐级降低。

风机控制装置中的光照强度传感器用来判断人是否已经熄灯，与同步时钟相配合。

风机控制装置中的温度传感器对室内温度进行采集，通过形成一个闭合的回路将室内的温度保持在预设的温度范围。

用户输入装置可以为普通遥控器，手机，平板和电脑。

多个心率或呼吸速率采集终端中的同步时钟，风机控制装置中的同步时钟，用户输入装置中的同步时钟和本地时间同步，为空调提供一个时间基准，即在不同的时间段里可以选择进入不同的工作模式。

当室内有多个人时，系统的控制权优先转交给最先入睡和最先进入深层次睡眠的人。

风机控制装置通过对多个人的心率或呼吸速率采集终端发来的信息进行处理，判断多个人所处的状态，若其中一人首先进入睡眠阶段，则系统自动进入睡眠阶段并做出相应的调整，此时系统的控制权由这个人控制，若其他人进入了更深层次的睡眠阶段，则对系统的控制权转交给另外一人。这里对系统的控制权是指，拥有系统控制权的个体的心率或呼吸速率参与到对自然风的平均气流强度和频率的调整，是独占的，其他人的心率或呼吸速率不能参与到对自然风的平均气流强度和频率的调整，除非其他人进入了更深层次的睡眠阶段，系统的控制权才会转移。

当室内有老人和孩子时，系统的控制权优先转交给老人和孩子。

本发明的第三个目的在于提出一种基于深度睡眠的自然风调频控制方法。

为实现上述第三个目的，本发明是通过采用以下技术方案实现的：

通过对多个人的心率或呼吸速率进行采集、处理，进而判断人体所处的状态，通过对入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风序列延时时间依次延长，自然风序列值依次减小，以此对自然风的频率和平均气流强度进行调整使其逐级降低，以此加强对人体的保护，更加有利于人体的健康，对于体质较差的老人和孩子，更加有益。

当室内有多个人时，系统的控制权优先转交给最先入睡和最先进入深层次睡眠的人，当其他人进入了更深层次的睡眠阶段，系统的控制权才会转移；拥有系统控制权的个体的心率或呼吸速率参与到对自然风的平均气流强度和频率的调整，是独占的，其他人的心率或呼吸速率不能参与到对自然风的平均气流强度和频率的调整；当室内有老人和孩子时，系统的控制权优先转交给老人和孩子。

工作模式分为两种：自适应模式和预设模式。

自适应模式特点：全天采集人体的心率或者呼吸速率，实时获取人体一天所处的状态，并且根据人体所处的状态对自然风的平均气流强度和频率进行调整。

预设模式包括三种模式：白天模式，午休模式和睡眠模式。

预设模式特点：将一天分为若干个时间区间，在不同的时间区间执行不同的预设操作，预设模式中的各个时间区间可以调整；晚上7点到早晨7点为夜间模式，晚7点到熄灯之前为准备进入睡觉的过渡区间，晚上熄灯之后为睡眠准备区间，中午12点半到下午2点为午休模式，其余时间为白天模式；在夜间模式和午休模式，人体的心率或者呼吸速率参与对自然风的平均气流强度和频率的调整；在白天模式，人体的心率或者呼吸速率不能参与对自然风的平均气流强度和频率的调整，心率或呼吸速率采集终端处于休眠状态，以此节约能耗。

预设模式可以培养人们良好的睡眠习惯，预设模式中的各个时间区间可以通过用户输入装置进行调整。

入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风的平均气流强度依次递减，自然风的平均气流强在不同睡眠阶段的数学模型可以用一次函数、二次函数、指数函数来模拟。

附图说明

图1为本发明心率或呼吸速率采集终端的逻辑框图。

图2为本发明风机控制装置的逻辑框图。

图3为本发明基于深度睡眠的自然风调频空调的逻辑框图。

图4为本发明基于深度睡眠的自然风调频空调系统的系统逻辑框图。

图5为本发明在自然风频率不改变时，入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风的平均气流强度依次递减所对应的风机转速波形示意图。

图6为本发明在自然风的平均气流强度不改变时，入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风的频率依次递减所对应的风机转速波形示意图。

图7为本发明在入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风的平均气流强度和自然风的频率同时改变所对应的风机转速波形示意图。

图5，图6，图7中y1为入睡阶段风机转速波形，y2为浅睡阶段风机转速波形,y3为深睡阶段和眼动/rem阶段风机转速波形,n为正常的风机转速波形，这里的风机转速波形与模拟的自然风波形对应。

具体实施方式

图5，图6，图7中的y3深睡阶段和眼动/rem阶段的风机转速波形可以合并为同一条波形，也可以分成两条波形，较优的将其分为两条波形。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的阐述。

第一实施例

如图5，n为正常的风机转速波形，即对应最初始的模拟自然风波形。

一般情况下，人体睡眠经历了四个阶段，依次为入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段。

阶段1，入睡阶段：肌肉放松进入浅眠，很容易被叫醒。

阶段2，浅睡阶段：呼吸心跳变慢，体温略微降低，体动相对活跃。

阶段3，深睡阶段：呼吸心跳较前一阶段变得更慢，肌肉放松，身体几乎不动，大脑不活跃，无梦，这一阶段被叫醒需要时间恢复。

阶段4，眼动/rem阶段：大脑活跃度跟白天无异，眼睛快速运动但身体几乎不动。

从入睡阶段到浅睡阶段，再到深睡阶段和眼动/rem阶段，人体的呼吸速率和心率逐渐降低，体温略有下降，人体的机体免疫能力逐渐下降。为了加强对人体的保护，减小周围环境对人体的影响，在不同的睡眠阶段输出不同的自然风的平均气流强度，以此根据人体的睡眠阶段实时输出最佳的自然风的平均气流强度，在更深层次的睡眠阶段减小空调吹出的自然风带走人体的热量，对入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风序列依次减小一定的值，当自然风序列中的最小输出值小于风机最小驱动值时，风机控制装置将其处理为风机最小驱动值，以此对自然风的平均气流强度进行调整使其逐级降低，对处在不同睡眠阶段的个体进行不同程度的保护，同时提高用户的舒适度，更加有利于人体的健康，对于体质较差的老人和孩子，更加有益。

图5中风机转速波形产生相应的变化，由n正常的风机转速波形依次经历y1入睡阶段风机转速波形，y2浅睡阶段风机转速波形,y3深睡阶段和眼动/rem阶段风机转速波形的调整，自然风序列值依次减小一定的值，风机转速依次减小一定的值，因此风机模拟产生的自然风的平均气流强度依次递减，吹出来的自然风风力依次减小。

图6中风机转速波形也产生相应的变化，由n正常的风机转速波形依次经历y1入睡阶段风机转速波形，y2浅睡阶段风机转速波形,y3深睡阶段和眼动/rem阶段风机转速波形的调整，风机转动频率依次减小，自然风序列输出延时时间依次延长，因此风机模拟产生的自然风的频率依次递减，吹出来的自然风更加平滑，产生的噪音逐渐减小。

图7为图5和图6的综合效果，由n正常的风机转速波形依次经历y1入睡阶段风机转速波形，y2浅睡阶段风机转速波形,y3深睡阶段和眼动/rem阶段风机转速波形的调整，风机转速和转动频率依次减小，自然风序列依次减小一定的值，自然风序列输出延时时间依次延长，因此风机模拟产生的自然风的平均气流强度和自然风的频率依次递减，吹出来的自然风风力依次减小，吹出来的自然风更加平滑，噪音更小，更加有利于人们的睡眠和健康。

入睡阶段、浅睡阶段、深睡阶段和眼动/rem阶段输出的自然风的平均气流强度依次递减，自然风的平均气流强在不同睡眠阶段的数学模型可以用一次函数、二次函数、指数函数来模拟。

第二实施例

当室内有多个人时，系统的控制权优先转交到最先入睡和最先进入深层次睡眠的人。

如图4，图5，图6，图7，假设有a和b两个人同时使用时，风机控制装置通过对a和b的心率或呼吸速率采集终端发来的信息进行处理，判断a和b所处的状态，若其中a首先进入睡眠阶段中的入睡阶段，则系统自动进入入睡阶段，由n正常的风机转速波形切换到y1入睡阶段风机转速波形，自然风序列值减小100，自然风序列输出延时时间延长0.5倍，吹出来的自然风更加平滑，风力减小，噪音减小，此时系统的控制权由a掌握；若b进入了睡眠阶段中的入睡阶段，此时风机转速波形不发生变化，系统的控制权仍由a掌握；若b首先进入浅睡阶段，则风机转速波形由y1入睡阶段风机转速波形切换为y2浅睡阶段风机转速波形，自然风序列减小200，自然风序列输出延时时间延长1.2倍，吹出来的自然风更加平滑，风力更小，噪音更小，此时系统的控制权由a转交给b，b的心率或呼吸速率参与到对自然风的平均气流强度和频率的调整，继续维持y2浅睡阶段风机转速波形。若b由于说梦话，从浅睡阶段回到了入睡阶段，而此时a还没有进入入睡阶段，则此时b不能把控制权转交给a，若在20分钟之内a和b都不能进入入睡阶段，则风机转速波形由y2浅睡阶段风机转速波形切换为y1入睡阶段风机转速波形，系统的控制权不变；若在20分钟之内a和b都进入入睡阶段，则风机转速波形不变，系统的控制权不变；若在20分钟之内b再次进入入睡阶段而a未进入，则风机转速波形不变，系统的控制权不变；若在20分钟之内a进入入睡阶段而b未进入，则风机转速波形不变，系统的控制权由b转移给a。

当室内有老人和孩子时，系统的控制权优先转交给老人和孩子。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明权利要求书的范围所覆盖。