[发明专利]基于压电和摩擦电的智能睡眠监测系统

说明书

本发明公开了一种基于压电和摩擦电的智能睡眠监测系统，包括睡眠监测枕和睡眠监测床垫，睡眠监测枕和睡眠监测床垫中均设有睡眠监测传感器、信号处理模块、无线通信模块和供电模块，睡眠监测枕和睡眠监测床垫中均设有摩擦纳米发电层和压电纳米发电层，将人体睡眠时的机械能转化为电能，进行升压和蓄能后对传感器和通信模块进行供电，从而实现自驱动。睡眠监测传感器均为柔性传感器，相关电路为柔性电路，设置在睡眠监测枕和睡眠监测床垫内部，大大提高了使用的舒适性，且能对睡眠状态信息进行全面准确的采集，为睡眠状态分析提供有力的数据支撑。

技术领域

本发明涉及一种睡眠监测系统，尤其涉及一种能够收集人体产生的机械能用于发电从而实现自驱动的睡眠监测系统。

背景技术

随着科学技术不断的发展，传感监测设备在生活的方方面面得到了广泛的运用。而传感设备常常采用传统的电池供电方式，这使得传感设备的使用周期短。不仅需要频繁更换电源，并且废旧电池也会带来对环境的污染。当今世界各国都面对能源短缺以及环境不断恶化的两大发展难题。为了解决以上问题有专家提出了直接从工作环境中采集能量的技术，即自驱动技术，从而使得电子设备可以在特定工作环境下持续不断的工作。自从自驱动技术概念的提出以来，利用人体活动过程中机械能转换成电能供给电子设备成为了可能。

当今社会睡眠问题已经是人们所面临的诸多健康问题中最为突出的问题之一，利用人在睡眠中的各项数据是分析解决睡眠健康问题的重要手段，该功能需要通过睡眠监测设备来实现。目前的睡眠监测设备大致可分为穿戴式设备和与床上用品结合的设备两类，其中，与床上用品结合的睡眠监测设备多在床上用品上设置传感器等用于采集人的睡眠信息，且需要设置外部电源，难以对睡眠状态下的人体活动产生的机械能进行利用，且多存在结构复杂、舒适性差等问题。此外，大部分的睡眠监测设备大部分都是对特定一个指标进行检测，功能比较单一且无法通过单一指标来准确全面的反映人体睡眠状态。甚至一些睡眠监测设备操作比较复杂，使用时会降低人睡眠时的舒适度，并且还存在信号可靠性低的缺点。目前将压电技术以及摩擦纳米发电机技术运用在睡眠监测方面的研究处于空白。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够利用人体机械能实现自驱动且舒适性较高的睡眠监测设备。

技术方案：本发明的基于压电和摩擦电的智能睡眠监测系统包括睡眠监测枕和睡眠监测床垫，所述睡眠监测枕和睡眠监测床垫中均设有睡眠监测传感器、信号处理模块、无线通信模块、供电模块和主控模块，所述睡眠监测枕中设置有第一摩擦纳米发电层和第一压电纳米发电层，所述睡眠监测床垫中设置有第二摩擦纳米发电层和第二压电纳米发电层，由第一摩擦纳米发电层、第一压电纳米发电层、第二摩擦纳米发电层和第二压电纳米发电层与供电模块电连接并储存其产生的电能，所述供电模块为睡眠监测传感器、信号处理模块、无线通信模块和主控模块供电。

所述睡眠监测传感器包括压力传感器、温湿度传感器、脉搏心率传感器和声音传感器，上述传感器均为柔性传感器。

所述睡眠监测枕由外向内层叠设置填充层、第一摩擦纳米发电层、柔性电路层和第一压电纳米发电层，所述睡眠监测枕的控制器、整流滤波电路、DC-DC升压模块、充电模块、蓄电模块、压力传感器、温湿度传感器、脉搏心率传感器、声音传感器、信号处理模块和无线通信模块集成在所述柔性电路层中。

所述睡眠监测床垫包括填充层、发电层、传感检测层和控制传输层，所述传感检测层和发电层层叠设置在填充层内，所述填充层内开有容纳腔，所述控制传输层设置在容纳腔内。

所述发电层包括第二摩擦纳米发电层和第二压电纳米发电层。

所述第一摩擦纳米发电层和第一压电纳米发电层通过整流滤波电路和DC-DC直流升压模块和充电电路连接蓄电池，所述第二摩擦纳米发电层和第二压电纳米发电层通过整流滤波电路和DC-DC直流升压模块和充电电路连接蓄电池。