一种基于睡眠状态的智能家居控制系统的制作方法

本发明涉及智能家居领域，尤其涉及一种基于睡眠状态的智能家居控制系统。

背景技术：

随着物联网的发展，智能家居的功能变得越来越丰富，其最终目标是将人们从日常居家生活的重复操作中解放出来，而睡眠占据了人们家庭生活的一大部分时间，对睡眠/清醒状态下的用户自适应地执行一系列的家电操作，是智能家居自动化的一个重要课题。

现有的睡眠监测方法很多，消费者领域使用较多的是脉搏和微动监测，脉搏监测要求佩戴手环等贴身状态，不符合大部分人群的睡眠或居家习惯，微动监测无需贴身放置，但是精度较差，并且需要较长时间的数据统计才能判断用户是否进入浅层睡眠或是深度睡眠，更适合睡眠质量的检测，而对于睡眠自动调节家电状态的需求难以做到及时响应。目前已经有一些用脑电波监测睡眠状态的方案，将监测装置集成在枕头内，但脑电波的功率十分微弱，枕头内的集成装置在物理上与大脑之间还隔着枕头外表和头发，加上用户睡眠时睡姿不可控的调整，导致实现起来十分困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对背景技术中的缺陷，提出一种基于睡眠状态的智能家居控制系统，通过脑电波监测，快速判断用户是否进入睡眠状态，进而根据睡眠状态控制智能家居。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于睡眠状态的智能家居控制系统，包括枕头和眼罩，包括脑机接口、iot网络模块和家电设备控制系统；所述脑机接口包括嵌套在所述眼罩内的电极、集成在所述枕头内的脑电波信号获取模块、信号处理模块、微处理器和rf基带射频模块；

所述电极用于检测并采集脑电波信号；所述脑电波信号获取模块用于获取所述电极检测并发送至所述信号处理模块；所述信号处理模块用于提取脑电波信号中的频率信息并发送至所述微处理器；所述微处理器用于根据频率信息发送对应的控制信号至所述rf基带射频模块；所述rf基带射频模块用于将控制信号发送至所述iot网络模块；所述iot网络模块通过无线通信的方式连通所述脑机接口和家电设备控制系统；所述家电设备控制系统根据控制信号对家电做出控制操作。

优选的，所述电极用于检测大脑活动时的脑电波并采集脑电波的电压信号，并将电压信号传输至所述脑电波信号获取模块，所述脑电波信号获取模块对电压信号进行放大处理并将放大处理后的电压信号传输至所述信号处理模块，所述信号处理模块对电压信号进行特征提取，提取出频率信息和信号强度信息，并将频率信息和信号强度信息反馈至所述微处理器，所述微处理器根据真实频率信息和信号强度信息判断睡眠状态是否切换，根据判断结果生成控制信号，然后发送至所述rf基带射频模块，由所述rf基带射频模块发送至所述iot网络模块。

优选的，所述信号处理模块对脑电波的电压信号进行特征提取，具体包括：

所述信号处理模块对脑电波的电压信号中属于杂波的电压信号，提取出真实频率信息，按照电压随时间变化频率的不同，分为四个波段，包括0.5-3hz的δ波段、4-7hz的θ波段、8-13hz的α波段和14-30hz的β波段。

优选的，所述微处理器根据所述信号处理模块反馈的频率信息和信号强度信息，得到四个波段的信号电压强弱，选出当前最强电压的主波段信号，并根据主波段信号的强度判断睡眠状态；

若α波段和/或β波段的主波段强度最高，则当前睡眠状态为清醒状态；

若θ波段的主波段强度最高，则当前睡眠状态为浅层睡眠状态；

若δ波段的主波段强度最高，则当前睡眠状态为深层睡眠状态。

优选的，所述微处理器根据当前主波段信号的持续时间确定睡眠状态是否切换；

具体包括，当监测到主波段强度最高的波段发生变化，判断变化前的主波段信号的持续时间是否超过预设时间，若未超过预设时间，则判定仍处于当前睡眠状态；若主波段信号的持续时间超过预设时间，则进一步判断主波段信号是否符合睡眠状态的顺序逻辑和时间逻辑，若符合，则判定当前睡眠状态已切换。

优选的，所述rf基带射频模块包括基带模块、射频模块和天线；

所述处理器将生成的控制信号转为电信号发送至所述基带模块，所述基带模块将电信号所固有的基带信号发送至所述射频模块，所述射频模块将基带信号调制成射频信号并发送至所述天线，所述天线将射频信号发送至所述iot网络模块。

优选的，所述电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极设置在所述眼罩与额头皮肤的接触处，所述第二电极设置在所述眼罩与耳后皮肤的接触处。

优选的，所述家电设备控制系统还包括智能家居设备、所述rf基带射频模块、执行模块和功能模块，所述天线将控制信号发送至所述iot网络模块，所述iot网络模块将控制信号发送至所述rf基带射频模块，所述rf基带射频模块将控制信号发送至所述执行模块，所述执行模块根据控制信号生成控制指令，并发送至所述功能模块，所述功能模块按照控制指令操控所述智能家居设备。

优选的，按照电压随时间变化频率不同，分为的四个波段中，每个波段设置有对应的带通滤波器。

优选的，所述脑电波信号获取模块通过信号放大器对电压信号进行放大处理，只改变电压信号的幅度，不改变电压信号的频率和波形。

有益效果：

1、本发明通过采集脑电波，对脑电波进行监测分析，快速判断用户是否进入睡眠状态，并以此生成控制指令，操控智能家居，实现智能家居的自动化，同时通过眼罩与电极的结合实现脑电波监测，保证电极始终贴合头部皮肤，提供一个相对稳定的监测环境。

附图说明

图1是本发明的基于睡眠状态的智能家居控制框架图；

图2是本发明的依据脑电波判断睡眠状态切换的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例中的方位均以说明书附图为准。

本发明的一种基于睡眠状态的智能家居控制系统，包括枕头和眼罩，如图1所示，包括脑机接口、iot网络模块和家电设备控制系统；所述脑机接口包括嵌套在所述眼罩内的电极、集成在所述枕头内的脑电波信号获取模块、信号处理模块、微处理器和rf基带射频模块；

所述电极用于检测并采集脑电波信号；所述脑电波信号获取模块用于获取所述电极检测并发送至所述信号处理模块；所述信号处理模块用于提取脑电波信号中的频率信息并发送至所述微处理器；所述微处理器用于根据频率信息发送对应的控制信号至所述rf基带射频模块；所述rf基带射频模块用于将控制信号发送至所述iot网络模块；所述iot网络模块通过无线通信的方式连通所述脑机接口和家电设备控制系统；所述家电设备控制系统根据控制信号对家电做出控制操作。

现有技术中已有采用脑电波监测睡眠状态的方案，是将电极集成在枕头内，但是由于脑电波的功率十分微弱，枕头内电极在物理上与大脑还存在着枕头外表面和头发的阻隔，加上用户睡眠时睡姿不可控的调整，导致实现起来十分困难，而本发明将电极设置在眼罩中，而眼罩的设计符合大部分人的睡眠习惯，而且对于电极监测脑电波更为容易，同时将脑电波信号获取模块、信号处理模块和rf基带射频模块集成在枕头内，减少额外的集成设备，同时可以实时判断分析脑电波。

优选的，所述电极用于检测大脑活动时的脑电波并采集脑电波的电压信号，并将电压信号传输至所述脑电波信号获取模块，所述脑电波信号获取模块对电压信号进行放大处理并将放大处理后的电压信号传输至所述信号处理模块，所述信号处理模块对电压信号进行特征提取，提取出频率信息和信号强度信息，并将频率信息和信号强度信息反馈至所述微处理器，所述微处理器根据真实频率信息和信号强度信息判断睡眠状态是否切换，根据判断结果生成控制信号，然后发送至所述rf基带射频模块，由所述rf基带射频模块发送至所述iot网络模块。

主要流程为通过电极检测和采集脑电波信号，然后通过脑电波信号获取模块对脑电波信号进行放大，继而利用信号处理模块对放大后的脑电波进行提取，剔除掉里面杂波的信号，微处理器根据提取后的脑电波信号信息判断睡眠状态，根据睡眠状态生成控制信号，最后通过rf基带射频模块发送出去。

优选的，所述信号处理模块对脑电波的电压信号进行特征提取，具体包括：

所述信号处理模块对脑电波的电压信号中属于杂波的电压信号，提取出真实频率信息，按照电压随时间变化频率的不同，分为四个波段，包括0.5-3hz的δ波段、4-7hz的θ波段、8-13hz的α波段和14-30hz的β波段。所述微处理器根据所述信号处理模块反馈的频率信息和信号强度信息，得到四个波段的信号电压强弱，选出当前最强电压的主波段信号，并根据主波段信号的强度判断睡眠状态；

若α波段和/或β波段的主波段强度最高，则当前睡眠状态为清醒状态；

若θ波段的主波段强度最高，则当前睡眠状态为浅层睡眠状态；

若δ波段的主波段强度最高，则当前睡眠状态为深层睡眠状态。

信号处理模块将脑电波信号分成四个波段，α波段和β波段对应的睡眠状态是清醒状态，θ波段对应的睡眠状态是浅层睡眠状态，而δ波段对应的睡眠状态是深层睡眠状态。

微处理器根据频率信息和信号强度信息，选出当前最强电压的主波段信号，判断该主波段信号属于四个波段中的哪个波段，从而判断出当前的睡眠状态。

优选的，如图2所示，所述微处理器根据当前主波段信号的持续时间确定睡眠状态是否切换；

具体包括，当监测到主波段强度最高的波段发生变化，判断变化前的主波段信号的持续时间是否超过预设时间，若未超过预设时间，则判定仍处于当前睡眠状态；若主波段信号的持续时间超过预设时间，则进一步判断主波段信号是否符合睡眠状态的顺序逻辑和时间逻辑，若符合，则判定当前睡眠状态已切换。

睡眠状态的顺序逻辑应该是从清醒状态到浅层睡眠状态，然后浅层睡眠状态到深层睡眠状态，接着深层睡眠状态再到浅层睡眠状态，最后浅层睡眠状态到清醒状态，用户根据自身睡眠习惯，设置某一睡眠状态的时间逻辑，例如凌晨3-4点多为普通用户的深层睡眠状态，当微处理器监测到睡眠状态从浅层睡眠状态进入深层睡眠状态时，首先判断该浅层睡眠状态之前持续了多久，若是持续时间超过预设时间，则进一步判断当前时间是否在凌晨3-4点的时间逻辑内，即顺序逻辑与时间逻辑是否对应的上，若是，则确定睡眠状态已切换，以减少起夜和惊醒等随机事件对监测的干扰。

优选的，所述rf基带射频模块包括基带模块、射频模块和天线；

所述处理器将生成的控制信号转为电信号发送至所述基带模块，所述基带模块将电信号所固有的基带信号发送至所述射频模块，所述射频模块将基带信号调制成射频信号并发送至所述天线，所述天线将射频信号发送至所述iot网络模块。

射频模块将基带信号调制成射频信号，该射频信号为蓝牙射频信号或者wifi射频信号，然后发送给天线。

优选的，所述电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极设置在所述眼罩与额头皮肤的接触处，所述第二电极设置在所述眼罩与耳后皮肤的接触处。

两个电极之间形成电势差，可以增强信号提取的效果。

优选的，所述家电设备控制系统还包括智能家居设备、所述rf基带射频模块、执行模块和功能模块，所述天线将控制信号发送至所述iot网络模块，所述iot网络模块将控制信号发送至所述rf基带射频模块，所述rf基带射频模块将控制信号发送至所述执行模块，所述执行模块根据控制信号生成控制指令，并发送至所述功能模块，所述功能模块按照控制指令操控所述智能家居设备。

微处理器根据睡眠状态的切换生成了控制信号，该控制信号包含了对智能家居设备的控制指令，通过执行模块将其转换为控制指令，方便功能模块按照控制指令操控智能家居设备。例如控制空调、加湿器的温度，实时调节室内温度和湿度，唤醒或关闭窗帘、电视等家电。

优选的，按照电压随时间变化频率不同，分为的四个波段中，每个波段设置有对应的带通滤波器。带通滤波器的作用是将每个波段中的信号提取出来。

优选的，所述脑电波信号获取模块通过信号放大器对电压信号进行放大处理，只改变电压信号的幅度，不改变电压信号的频率和波形。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。