一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法及系统与流程

1.本发明属于智能家居技术领域，特别是涉及一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法及系统。


背景技术：

2.随着生活水平的提高，人们开始注重生活品质的提高，而占据人们生活三分之一的时间的睡眠也逐渐受到了越来越多的关注。作为必备的睡眠用品，床垫不但影响着使用者的睡眠质量，还在一定程度上影响了使用者的身体健康。目前市面上的床垫主要分为三种类型，分别是全棕床垫、连锁弹簧排列的床垫和乳胶床垫，其中全棕床垫和人体曲线贴合性不佳，导致使用者的肌肉得不到充分的休息，而连锁弹簧排列的床垫的使用者会出现颈肩僵硬和腰部酸疼的情况，乳胶床垫价格过高、寿命短、支撑性差，且至少30％的人对乳胶制品过敏。
3.合适的床垫应能根据使用者的生理曲线产生不同的支撑力度，减轻使用者肩部和臀部的压力，并且对使用者的腰部得到一定的支撑。但是使用者的身高、体重、年龄不尽相同，且其对床垫软硬的程度要求也不尽相同，因此，需要提供一种可以根据使用者需要进行软硬调节的智能床垫，以满足不同使用者的需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法及系统，通过对床垫内压力传感器采集的信息进行处理，根据每一列的重力曲线图计算曲率半径来判断床垫的弯曲程度，来匹配对应的床垫软硬度调节方案，解决了现有的智能床垫不能满足用户需求、使用效果不佳的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明为一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法，包括如下步骤：
7.步骤s1：在床垫内部均匀设置有多个压力传感器和多个空气弹簧；
8.步骤s2：判断检测压力信息所对应的压力值是否处在预设的压力阈值内；
9.步骤s3：系统根据每一列传感器的检测数据制作每一列的重力曲线图；
10.步骤s4：将重力曲线图上传至云端服务器；
11.步骤s5：云端服务器对重力曲线进行分析后，将床垫软硬度调节方案下发至床垫处理器；
12.步骤s6：床垫处理器通过处理器控制空气弹簧进行充气、放气操作来调节床垫的软硬度。
13.作为一种优选的技术方案，所述步骤s1中，多个压力传感器均安装在空气弹簧的上端面；多个所述空气弹簧呈阵列式结构排布在床垫内部。
14.作为一种优选的技术方案，所述步骤s2中，对压力传感器检测的压力信息进行判断：
15.若检测的压力值大于预设的压力阀值，则表示用户双脚站立在床垫上，系统不调节床垫的软硬度；
16.若检测的压力值小于预设的压力阀值，则表示床垫上的东西为杂物，系统不调节床垫的软硬度；
17.若检测的压力值在预设的压力阀值内且持续时间大于预设的时间，则表示用户躺在床垫上，系统需要调节床垫的软硬度。
18.作为一种优选的技术方案，所述步骤s3中，先获取每一列重力传感器检测的压力信息对应的位置坐标，再通过贝塞尔曲线公式b(t)计算出重力曲，具体贝塞尔曲线公式b(t)如下：
19.b(t)＝p0(1-t)3+3p1t(1-t)2+3p2t2(1-t)+p3t3，t∈[0，1]；
[0020]
式中，p0、p1、p2和p3分别表示每一列重力传感器中第一个压力信息的坐标、第二个压力信息的坐标、第三个压力信息的坐标和第四个压力信息的坐标，t表示时间。
[0021]
作为一种优选的技术方案，所述步骤s5中，云端服务器对重力曲线进行曲率半径的计算，具体计算公式如下：
[0022][0023]
式中，(a，b)为重力曲线的中心线坐标，y为该中心线坐标的切线方程。
[0024]
本发明为一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的系统，处理器、控制器、无线通信模块、压力传感器、空气弹簧和云端服务器；
[0025]
所述处理器通过无线通信模块与云端服务器进行通信；
[0026]
所述处理器通过控制器与空气弹簧输入端连接；所述压力传感器与处理器连接；所述处理器用于接受下发的床垫软硬度调节方案，控制对应的空气弹簧进行充、放气操作；
[0027]
所述云端服务器内设置有处理模块和床垫软硬度调节方案库；所述处理模块用于对每一列传感器上传的检测数据制作每一列的重力曲线图，并根据重力曲线图计算曲率半径，来匹配对应的床垫软硬度调节方案，并将床垫软硬度调节方案下发至对应的床垫处理器。
[0028]
本发明具有以下有益效果：
[0029]
本发明通过对床垫内压力传感器采集的信息进行处理，根据每一列的重力曲线图计算曲率半径来判断床垫的弯曲程度，来匹配对应的床垫软硬度调节方案，提高床垫的智能化程度，满足不同使用者的需求。
[0030]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]
图1为本发明的一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法流程图；
[0033]
图2为本发明的一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的系统结构示意图。
具体实施方式
[0034]
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
请参阅图1所示，本发明为一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法，包括如下步骤：
[0036]
步骤s1：在床垫内部均匀设置有多个压力传感器和多个空气弹簧；
[0037]
步骤s2：判断检测压力信息所对应的压力值是否处在预设的压力阈值内；
[0038]
步骤s3：系统根据每一列传感器的检测数据制作每一列的重力曲线图；
[0039]
步骤s4：将重力曲线图上传至云端服务器；
[0040]
步骤s5：云端服务器对重力曲线进行分析后，将床垫软硬度调节方案下发至床垫处理器；
[0041]
步骤s6：床垫处理器通过处理器控制空气弹簧进行充气、放气操作来调节床垫的软硬度。
[0042]
步骤s1中，多个压力传感器均安装在空气弹簧的上端面；多个空气弹簧呈阵列式结构排布在床垫内部。
[0043]
步骤s2中，对压力传感器检测的压力信息进行判断：
[0044]
若检测的压力值大于预设的压力阀值，则表示用户双脚站立在床垫上，系统不调节床垫的软硬度；
[0045]
若检测的压力值小于预设的压力阀值，则表示床垫上的东西为杂物，系统不调节床垫的软硬度；
[0046]
若检测的压力值在预设的压力阀值内且持续时间大于预设的时间，则表示用户躺在床垫上，系统需要调节床垫的软硬度。
[0047]
步骤s3中，先获取每一列重力传感器检测的压力信息对应的位置坐标，再通过贝塞尔曲线公式b(t)计算出重力曲，具体贝塞尔曲线公式b(t)如下：
[0048]
b(t)＝p0(1-t)3+3p1t(1-t)2+3p2t2(1-t)+p3t3，t∈[0，1]；
[0049]
式中，p0、p1、p2和p3分别表示每一列重力传感器中第一个压力信息的坐标、第二个压力信息的坐标、第三个压力信息的坐标和第四个压力信息的坐标，t表示时间。
[0050]
步骤s5中，云端服务器对重力曲线进行曲率半径的计算，具体计算公式如下：
[0051][0052]
式中，(a，b)为重力曲线的中心线坐标，y为该中心线坐标的切线方程。
[0053]
请参阅图2所示，本发明为一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的系统，处
理器、控制器、无线通信模块、压力传感器、空气弹簧和云端服务器；
[0054]
处理器通过无线通信模块与云端服务器进行通信；
[0055]
处理器通过控制器与空气弹簧输入端连接；压力传感器与处理器连接；处理器用于接受下发的床垫软硬度调节方案，控制对应的空气弹簧进行充、放气操作；
[0056]
云端服务器内设置有处理模块和床垫软硬度调节方案库；处理模块用于对每一列传感器上传的检测数据制作每一列的重力曲线图，并根据重力曲线图计算曲率半径，来匹配对应的床垫软硬度调节方案，并将床垫软硬度调节方案下发至对应的床垫处理器。
[0057]
实施例一
[0058]
一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法，包括如下步骤：
[0059]
步骤s1：在床垫内部均匀设置有多个压力传感器和多个空气弹簧；多个压力传感器均安装在空气弹簧的上端面；多个空气弹簧呈阵列式结构排布在床垫内部；
[0060]
步骤s2：判断检测压力信息所对应的压力值是否处在预设的压力阈值内；对压力传感器检测的压力信息进行判断：若检测的压力值大于预设的压力阀值，则表示用户双脚站立在床垫上，系统不调节床垫的软硬度；若检测的压力值小于预设的压力阀值，则表示床垫上的东西为杂物，系统不调节床垫的软硬度；若检测的压力值在预设的压力阀值内且持续时间大于预设的时间，则表示用户躺在床垫上，系统需要调节床垫的软硬度；
[0061]
步骤s3：系统根据每一列传感器的检测数据制作每一列的重力曲线图；先获取每一列重力传感器检测的压力信息对应的位置坐标，再通过贝塞尔曲线公式b(t)计算出重力曲，具体贝塞尔曲线公式b(t)如下：
[0062]
b(t)＝p0(1-t)3+3p1t(1-t)2+3p2t2(1-t)+p3t3，t∈[0，1]；
[0063]
式中，p0、p1、p2和p3分别表示每一列重力传感器中第一个压力信息的坐标、第二个压力信息的坐标、第三个压力信息的坐标和第四个压力信息的坐标，t表示时间。
[0064]
步骤s4：将重力曲线图上传至云端服务器；
[0065]
步骤s5：云端服务器对重力曲线进行分析后，将床垫软硬度调节方案下发至床垫处理器；云端服务器对重力曲线进行曲率半径的计算，具体计算公式如下：
[0066][0067]
式中，(a，b)为重力曲线的中心线坐标，y为该中心线坐标的切线方程；
[0068]
步骤s6：床垫处理器通过处理器控制空气弹簧进行充气、放气操作来调节床垫的软硬度。
[0069]
重力曲线图的制作不仅可以使用这个方法制作，也可以通过高清摄像头采集图像，对图像进行处理来制作重力曲线图。
[0070]
例如网络摄像头用于安装在卧室内，智能床垫也位于相同的卧室内。网络摄像头指能够进行拍摄且能够与智能床垫进行通信的部件。
[0071]
网络摄像头简称webcam，英文全称为web camera，是一种结合传统摄像机与网络技术所产生的新一代摄像机，只要标准的网络浏览器(如microsoft ie或netscape)，即可监视其影像。网络摄像头是传统摄像机与网络视频技术相结合的新一代产品，除了具备一
般传统摄像机所有的图像捕捉功能外，机内还内置了数字化压缩控制器和基于web的操作系统，使得视频数据经压缩加密后，通过局域网，internet或无线网络送至终端用户。因此，在实际使用中，只要使智能床垫与网络摄像头处于同一局域网内，便可使智能床垫获取到网络摄像头拍摄到的实时用户图像信息。
[0072]
将高清摄像头采集的图像，采用中值滤波方法、均值滤波方法、边界处理方法来获取重力曲线图，具体操作如下：
[0073]
中值滤波是一种非线性平滑技术，它将每一像素点的像素值设置为该点某邻域窗口内的所有像素点像素值的中值。
[0074]
定义某点(x，y)的邻域窗口大小为i*j(通常j＝i且i为奇数)，将该邻域窗口中每个点对应个像素值i(i，j)按升序或降序排列并求出该邻域窗口中值，用其替换该邻域窗口中心点g(x，y)的值。
[0075]
g(x，y)＝median[i(i，j)]；
[0076]
均值滤波是一种线性滤波，其基本原理是用各个像素点的像素值设置为在该点某邻域窗口的均值。
[0077]
定义某点(x，y)的邻域窗口大小为i*j(通常j＝i且i为奇数)，求该邻域窗口所有像素值的均值，用其替换该邻域窗口中心点g(x，y)的值。
[0078][0079]
无论使用所述中值滤波方法还是均值滤波方法进行图像滤波，边界都会出现缺少一边领域的情况。关于边界处理目前有四种方法。
[0080]
(1)不做边界处理
[0081]
不对图像边界做任何处理，即在对图像进行滤波时滤波器没有作用到图像的四周，因此图像四周没有发生改变；
[0082]
(2)填充0
[0083]
对图像边界做扩展，在扩展边界中填充0；
[0084]
(3)填充最近的像素值
[0085]
与填充0类似，只不过将填充0的地方填充最近像素的像素值；
[0086]
(4)填充另一面的像素值
[0087]
与前两种填充类似，填充数据时将已有的点拷贝到另一面的对应位置。
[0088]
中心线提取采用的时灰度重心法：灰度重心法是对边界逐行进计算，把每一行计算出的边界灰度重心的坐标作为其中心的坐标。
[0089]
图像中边界在水平方向上，沿垂直于边界方向(对应图像竖直方向)，将图像第x列坐标设为(x，yi)，该列每个点坐标对应的灰度值为f(x，yi)，其中变量i＝1，2，3，...，m，m表示该列宽度。设阈值为t，将所有满足f(x，yi)＞t的i值的集合记为roi。设该列的灰度重心为(x，yk)，yk的计算方式如下：
[0090]
[0091]
阈值t的设置方法有两种，一种是固定阈值，另一种是动态阈值。固定阈值是将t设置为在0～255之间的固定的值，一般情况下可设为50。动态阈值是先找出第k列最大灰度值将的80％(可根据实际需要调整)作为该列的阈值，记为tk。若tk小于某个预先设定的值(该值在0～255之间)时，则可直接得出该列找不到灰度重心；反之，则需要计算这一列的灰度重心。
[0092]
中心线提取之后还可以对其进行处理，即对中心线进行滤波。中心线滤波目前提供两种方式：均值滤波和中值滤波。两种滤波方式的原理和图像滤波的原理基本相同，只是将中心线上某点(x，y)的邻域窗口大小设为i
×
1，用i个点的纵坐标的均值或中值代替原来的y。
[0093]
计算曲率半径：获取床垫表面中心线坐标之后，将其拟合为一元二次方程：
[0094]
y＝a*x2+b*x+c；
[0095]
并求得参数a，b，c。
[0096]
获取曲线上定点处的坐标值(使用xmax，或者ymax视拍摄角度而定)，并通过曲率半径公式：
[0097][0098]
计算出该点的曲率半径，曲率半径反应了床垫表面的下沉情况，可以作为是否有床垫下沉的判断依据。
[0099]
实施例二
[0100]
智能床垫包括至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，如只读存储器(rom)、随机访问存储器(ram)等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器可以根据存储在只读存储器(rom)中的计算机程序或者从存储单元加载到随机访问存储器(ram)中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram中，还可存储智能床垫软硬度调节系统操作所需的各种程序和数据。处理器、rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。
[0101]
智能床垫软硬度调节系统中的多个部件连接至i/o接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许智能床垫软硬度调节系统通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0102]
处理器可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器执行上文所描述的各个方法和处理，例如智能床垫软硬度调节方法。
[0103]
实施例三
[0104]
本实施例提供一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，存储介质被一个或多
个处理器执行时，实现如实施例一至实施例四中任意一实施例提供的智能床垫调节方法。
[0105]
上述存储介质可以是闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、app应用商城等等。
[0106]
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0107]
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
[0108]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1：在床垫内部均匀设置有多个压力传感器和多个空气弹簧；步骤s2：判断检测压力信息所对应的压力值是否处在预设的压力阈值内；步骤s3：系统根据每一列传感器的检测数据制作每一列的重力曲线图；步骤s4：将重力曲线图上传至云端服务器；步骤s5：云端服务器对重力曲线进行分析后，将床垫软硬度调节方案下发至床垫处理器；步骤s6：床垫处理器通过处理器控制空气弹簧进行充气、放气操作来调节床垫的软硬度。2.根据权利要求1所述的一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法，其特征在于，所述步骤s1中，多个压力传感器均安装在空气弹簧的上端面；多个所述空气弹簧呈阵列式结构排布在床垫内部。3.根据权利要求1所述的一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法，其特征在于，所述步骤s2中，对压力传感器检测的压力信息进行判断：若检测的压力值大于预设的压力阀值，则表示用户双脚站立在床垫上，系统不调节床垫的软硬度；若检测的压力值小于预设的压力阀值，则表示床垫上的东西为杂物，系统不调节床垫的软硬度；若检测的压力值在预设的压力阀值内且持续时间大于预设的时间，则表示用户躺在床垫上，系统需要调节床垫的软硬度。4.根据权利要求1所述的一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法，其特征在于，所述步骤s3中，先获取每一列重力传感器检测的压力信息对应的位置坐标，再通过贝塞尔曲线公式b(t)计算出重力曲，具体贝塞尔曲线公式b(t)如下：b(t)＝p0(1-t)3+3p1t(1-t)2+3p2t2(1-t)+p3t3，t∈[0，1]；式中，p0、p1、p2和p3分别表示每一列重力传感器中第一个压力信息的坐标、第二个压力信息的坐标、第三个压力信息的坐标和第四个压力信息的坐标，t表示时间。5.根据权利要求1所述的一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法，其特征在于，所述步骤s5中，云端服务器对重力曲线进行曲率半径的计算，具体计算公式如下：式中，(a，b)为重力曲线的中心线坐标，y为该中心线坐标的切线方程。6.一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的系统，包括处理器、控制器、无线通信模块、压力传感器、空气弹簧和云端服务器，其特征在于：所述处理器通过无线通信模块与云端服务器进行通信；所述处理器通过控制器与空气弹簧输入端连接；所述压力传感器与处理器连接；所述处理器用于接受下发的床垫软硬度调节方案，控制对应的空气弹簧进行充、放气操作；所述云端服务器内设置有处理模块和床垫软硬度调节方案库；所述处理模块用于对每
一列传感器上传的检测数据制作每一列的重力曲线图，并根据重力曲线图计算曲率半径，来匹配对应的床垫软硬度调节方案，并将床垫软硬度调节方案下发至对应的床垫处理器。

技术总结
本发明公开了一种基于压力传感器调节智能床垫的软硬度的方法及系统，涉及智能家居技术领域。本发明包括如下步骤：在床垫内部均匀设置有多个压力传感器和空气弹簧；系统根据每一列传感器的检测数据制作每一列的重力曲线图；将重力曲线图上传至云端服务器；云端服务器对重力曲线进行分析后，将床垫软硬度调节方案下发至床垫处理器；床垫处理器通过处理器控制空气弹簧进行充气、放气操作来调节床垫的软硬度。本发明通过对床垫内压力传感器采集的信息进行处理，根据每一列的重力曲线图计算曲率半径来判断床垫的弯曲程度，来匹配对应的床垫软硬度调节方案，提高床垫的智能化程度，满足不同使用者的需求。不同使用者的需求。不同使用者的需求。


技术研发人员：韩双越
受保护的技术使用者：深圳市舒是智能家居有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/13