本發(fā)明涉及智能家居，更具體的說，涉及一種智能家居溫度跟隨式水床。

背景技術(shù)：

水床能夠完全貼合身體曲線，無論如何變換睡姿，都能均勻地支撐全身重量，使頸椎、腰椎不再懸空，減輕身體自重對脊椎、肌肉、微血管和神經(jīng)系統(tǒng)的壓力，對脊柱起到特別護(hù)理作用。把水排干后，健康水床的零部件比絕大部分普通床更容易搬動，長型水床甚至可以被搬到進(jìn)入口小的房間、狹窄的樓道。

水床的漂浮睡眠，能均勻托浮身體，貼合脊椎生理曲線;水的分散壓力，有效解除身心疲憊促進(jìn)深度睡眠。水床經(jīng)科學(xué)設(shè)計，出廠通過嚴(yán)格壓力測試，絕不漏水。腦力勞動者的疲勞，只要因神經(jīng)細(xì)胞活力下降及體內(nèi)代謝廢棄物堆積所致，普通的睡眠方式被稱為"表態(tài)睡眠"，不能在較短睡眠周期內(nèi)有效消除這種疲勞。水床能夠產(chǎn)生良好的熱敷效果，溫?zé)嵝?yīng)促進(jìn)血液循環(huán)恢復(fù)細(xì)胞活力，能快速、徹底清除體內(nèi)代謝廢棄物。此外，水流的均勻浮力支撐使身體每一點的受壓遠(yuǎn)小于35厘米水銀柱的酸痛臨界點，保證良好的血液循環(huán)，顯著減少因酸痛、循環(huán)障礙等引起的輾轉(zhuǎn)反側(cè)次數(shù)，防止睡眠品質(zhì)的流失。

一般為了保證睡眠質(zhì)量，都會設(shè)置加熱系統(tǒng)，水床的加熱系統(tǒng)安裝在床墊和襯墊之間?？勺兊淖詣诱{(diào)溫器在控制墊板開關(guān)狀態(tài)的同時將水溫持續(xù)保持在你預(yù)設(shè)的溫度。而這種通過加熱的預(yù)設(shè)溫度的加熱系統(tǒng)不具有智能的效果，無法根據(jù)人體皮膚溫度以及環(huán)境溫度做出智能適應(yīng)，而達(dá)到對人體舒適睡眠健康狀態(tài)管理的效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明目的是提供一種智能家居溫度跟隨式水床。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種智能家居溫度跟隨式水床，包括

水床袋，所述水床袋內(nèi)部可填充液態(tài)物質(zhì)；

加熱組件，設(shè)置于所述水床袋的底部，所述加熱組件工作時加熱所述水床袋內(nèi)部的液態(tài)物質(zhì)；

處理單元，耦接所述加熱組件，用于控制加熱組件工作；

內(nèi)溫傳感器，耦接所述處理單元，設(shè)置于所述水床袋內(nèi)部，用于檢測所述液態(tài)物質(zhì)的溫度t1；

外溫傳感器，耦接所述處理單元，設(shè)置于所述水床袋外部，用于檢測環(huán)境溫度t2；

體表溫度傳感器，耦接所述處理單元，用于檢測人體體表溫度t3；

所述處理單元根據(jù)所述跟隨策略調(diào)節(jié)所述液態(tài)物質(zhì)的溫度，所述跟隨策略包括通過跟隨公式計算所述加熱組件的輸出功率p；所述跟隨公式為

p=-cm/t[t1-a(tx2-t2+tx3)-b(3*tx3-2*t3)];

其中，cm為所述液態(tài)物質(zhì)的熱容量、t為預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)時間、a為外溫調(diào)節(jié)參數(shù)、b為體溫調(diào)節(jié)參數(shù)、tx2為預(yù)設(shè)的外溫常數(shù)、tx3為預(yù)設(shè)的體溫常數(shù)。

進(jìn)一步地，所述體表溫度傳感器設(shè)置為智能手表內(nèi)置的體表溫度傳感器，所述智能手表和所述處理單元通過藍(lán)牙連接。

進(jìn)一步地，所述外溫傳感器設(shè)置為智能手表內(nèi)置的外溫傳感器，所述智能手表和所述處理單元通過藍(lán)牙連接。

進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)的外溫常數(shù)tx2設(shè)置范圍為26-28攝氏度之間，所述預(yù)設(shè)的體溫常數(shù)的范圍為36.5-37.5攝氏度之間。

進(jìn)一步地，所述體表溫度傳感器陣列地設(shè)置于所述水床袋的上表面，所述體表溫度傳感器包括人體接觸開關(guān)、溫度探頭以及寄存器，所述溫度探頭受控于所述人體接觸開關(guān)動作，當(dāng)所述人體接觸開關(guān)接觸人體時，所述溫度探頭工作檢測接觸位置的溫度，并將溫度值送至所述寄存器，當(dāng)所述溫度探頭工作一定時間后，所述寄存器輸出所述人體體表溫度至所述處理單元。

進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)時間取值范圍為300-600秒。

進(jìn)一步地，所述處理單元還包括一維持策略，所述跟隨策略包括，當(dāng)所述液態(tài)物質(zhì)的溫度t1滿足一判斷條件時，執(zhí)行所述維持策略以維持所述液態(tài)物質(zhì)的溫度；

所述判斷條件為

t1>a(tx2-t2+tx3)+b(3*tx3-2*t3)+c;

其中，c為判斷調(diào)節(jié)常量。

進(jìn)一步地，所述維持策略包括通過一維持公式調(diào)節(jié)所述加熱組件的輸出功率p；

p=d(t1-t3)；

其中，d為預(yù)設(shè)的熱傳遞效率常量。

進(jìn)一步地，所述判斷調(diào)節(jié)常量設(shè)置為0.5攝氏度。

進(jìn)一步地，所述處理單元包括有定時模塊，所述定時模塊配置有預(yù)設(shè)的刷新時間tp，所述刷新時間tp=t/10，每隔所述刷新時間重新執(zhí)行一次所述跟隨策略。

本發(fā)明技術(shù)效果主要體現(xiàn)在以下方面：由于水床溫度需要符合人體睡眠的標(biāo)準(zhǔn)，所以溫度的調(diào)節(jié)以及設(shè)置尤為重要，所以通過三個不同位置的溫度傳感器采集溫度，對水床的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得調(diào)節(jié)符合人體睡眠需求，根據(jù)人體體表溫度、環(huán)境溫度以及物質(zhì)溫度控制輸出，起到一個合理的調(diào)節(jié)效果，保證人體睡眠質(zhì)量。

附圖說明

圖1：本發(fā)明水床俯視示意圖；

圖2：本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3：本發(fā)明水床正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4：本發(fā)明外溫傳感器示意圖。

附圖標(biāo)記：1、水床袋；2、液態(tài)物質(zhì)；3、體表溫度傳感器；31、人體接觸開關(guān)；32、溫度探頭；4、內(nèi)溫傳感器；5、外溫傳感器；6、處理單元；7、加熱組件。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解和掌握。

一種智能家居溫度跟隨式水床，包括

水床袋，水床袋內(nèi)部可填充液態(tài)物質(zhì)；

加熱組件，設(shè)置于水床袋的底部，加熱組件工作時加熱水床袋內(nèi)部的液態(tài)物質(zhì)；

處理單元，耦接加熱組件，用于控制加熱組件工作；

內(nèi)溫傳感器，耦接處理單元，設(shè)置于水床袋內(nèi)部，用于檢測液態(tài)物質(zhì)的溫度t1；

外溫傳感器，耦接處理單元，設(shè)置于水床袋外部，用于檢測環(huán)境溫度t2；

體表溫度傳感器，耦接處理單元，用于檢測人體體表溫度t3；

處理單元根據(jù)跟隨策略調(diào)節(jié)液態(tài)物質(zhì)的溫度，跟隨策略包括通過跟隨公式計算加熱組件的輸出功率p；跟隨公式為

p=-cm/t[t1-a(tx2-t2+tx3)-b(3*tx3-2*t3)];

其中，cm為液態(tài)物質(zhì)的熱容量、t為預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)時間、a為外溫調(diào)節(jié)參數(shù)、b為體溫調(diào)節(jié)參數(shù)、tx2為預(yù)設(shè)的外溫常數(shù)、tx3為預(yù)設(shè)的體溫常數(shù)。

首先，對本發(fā)明的核心內(nèi)容，輸出功率（跟隨公式）的原理進(jìn)行詳述，參照圖2所示，需要實時獲取三個讀數(shù)，t1\t2\t3，得到三個讀數(shù)后，根據(jù)這三個讀數(shù)實時進(jìn)行運算，首先根據(jù)熱容量公式有：

cm*△t=△q（公式1）；也就是說，液態(tài)物質(zhì)的熱容量乘以溫度值等于其吸收的內(nèi)能，所以可以理解為如果需要讓溫度變化△t，則需要為熱容量為cm的液態(tài)物質(zhì)提供△q的內(nèi)能。

再根據(jù)公式：

p*t=△q(公式2)；也就是說，在理想狀態(tài)下，提供的內(nèi)能等于加熱組件輸出功率乘以輸出時間（這里的輸出時間也就是預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)時間），此時如果將加熱時間t設(shè)置為已知量，那么則可以得到輸出功率和內(nèi)能的關(guān)系。

而：

△t=tx1-t1（公式3）；其中tx1是調(diào)節(jié)目標(biāo)溫度，也就是說，需要將液態(tài)物質(zhì)加熱達(dá)到的溫度（如果不需要加熱，則不需要執(zhí)行對應(yīng)的跟隨策略，換言之，也就是在啟動跟隨策略時，調(diào)節(jié)目標(biāo)溫度一定會高于當(dāng)前溫度），所以結(jié)合公式1、2、3，可以得到：

cm*（tx1-t1）=p*t（公式4）；得到p=-cm/t（t1-tx1）（公式5），而此時僅僅需要計算出調(diào)節(jié)目標(biāo)溫度（在這種狀態(tài)下，最適合人體睡眠的溫度即可）；

首先，本數(shù)學(xué)模型羅列的幾個條件：

1、環(huán)境溫度對睡眠的影響：如果環(huán)境溫度較低，且低于人體體溫，那么此時睡眠時會有較大的熱能散失，要達(dá)到合適的睡眠溫度，則需要提供一個略高于人體體表溫度的調(diào)節(jié)目標(biāo)溫度tx1，反之，則需要一個略低于人體體表溫度的調(diào)節(jié)目標(biāo)溫度tx1；

2、體表溫度對睡眠的影響：如果體表溫度高于正常體溫，此時睡眠會出現(xiàn)因體溫過高的散熱困難現(xiàn)象，人體會出現(xiàn)流汗、干燥等輔助降溫行為，不利于睡眠，此時需要提供一個略低于人體體表溫度的目標(biāo)調(diào)節(jié)溫度tx1，反之，如果體溫過低會導(dǎo)致人體出現(xiàn)保護(hù)機(jī)制，例如蜷縮、發(fā)抖等等，也不利于人體睡眠，所以需要提供一個略高于人體體表溫度的目標(biāo)調(diào)節(jié)溫度；

3、水床的溫度對睡眠的影響：如果水床溫度高于體表溫度5-9攝氏度以上，則會刺激體表熱敏小體興奮，人體會感覺到受熱，不利于睡眠，反之，如果水床溫度低于體表溫度5-8攝氏度以上，則會刺激冷敏小體興奮，人體會感覺到受冷，同樣不利于睡眠，所以目標(biāo)調(diào)節(jié)溫度tx1不能超過或低于人體體表溫度過多。預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)時間t取值范圍為300-600秒。

由于條件3的限制，本發(fā)明選擇采用加權(quán)的算法，保證目標(biāo)調(diào)節(jié)溫度tx1不能超過或低于人體體表溫度過多，由于加權(quán)算法通過配置權(quán)值實現(xiàn)，所以每個權(quán)項相互獨立，那么則相對于條件1，則有：

tx1=a1(tx2-t2+tx3)（公式6-1），tx2是理想狀態(tài)下，最佳的睡眠的環(huán)境溫度，可以根據(jù)需求預(yù)先配置，也可以根據(jù)多次試驗獲得，在此不做局限，甚至可以根據(jù)用戶睡眠習(xí)慣進(jìn)行調(diào)節(jié)和變化，而此時本實施僅做舉例，例如最佳的環(huán)境溫度為27攝氏度，那么檢測的環(huán)境溫度如果高于這個溫度（例如28攝氏度），而此時理想狀態(tài)下的人體溫度tx3時37度，而調(diào)節(jié)參數(shù)a1預(yù)設(shè)為0.95（這個值與水床和皮膚接觸面積、熱傳導(dǎo)效率，人體睡眠時習(xí)慣裸露的面積以及熱傳導(dǎo)效率有關(guān)，一般取值為1.05到0.95之間，如果忽略這些變量，也可以直接將a1設(shè)置為1），所以可以根據(jù)公式6-1得到tx1=34.2攝氏度，也就是說，根據(jù)上述取值，調(diào)節(jié)溫度34.2度可以滿足人體散熱和吸熱的平衡，條件1。預(yù)設(shè)的外溫常數(shù)tx2設(shè)置范圍為26-28攝氏度之間，預(yù)設(shè)的體溫常數(shù)的范圍為36.5-37.5攝氏度之間。

根據(jù)條件2，則有：

tx1=3*tx3-2*t3（公式6-2），tx3是在理想狀態(tài)下，最佳的體表溫度，可以根據(jù)需求預(yù)先配置，也可以根據(jù)多次試驗獲得，甚至可以根據(jù)用戶睡眠習(xí)慣進(jìn)行調(diào)節(jié)和變化，而此時本實施僅做距離，例如最佳的人體體表溫度是37攝氏度，如果此時實際的體表溫度高于這個溫度值38攝氏度，那么此時需要設(shè)置水床的溫度tx1取值為35攝氏度，就可以起到對溫度調(diào)節(jié)的效果，保證睡眠的質(zhì)量，滿足條件2。

而根據(jù)條件3可知，同時滿足條件1和條件2，則有

tx1=a2*a1(tx2-t2+tx3)+b*（3*tx3-2*t3）；其中b和a2均為權(quán)值，根據(jù)實際情況配置，而b+a2=1;令a=a2*a1，化簡得：

tx1=a(tx2-t2+tx3)+b*（3*tx3-2*t3）（公式6）；可以優(yōu)選a為0.3，b為0.7以滿足條件3。

將公式6帶入公式5，則得到跟隨公式；

p=-cm/t[t1-a(tx2-t2+tx3)-b(3*tx3-2*t3)];通過跟隨公式調(diào)節(jié)輸出功率，可以起到一個保證睡眠質(zhì)量的效果。

在一個實施例中，體表溫度傳感器設(shè)置為智能手表內(nèi)置的體表溫度傳感器，智能手表和處理單元通過藍(lán)牙連接。外溫傳感器設(shè)置為智能手表內(nèi)置的外溫傳感器，智能手表和處理單元通過藍(lán)牙連接。智能手表作為目前較為流行的可穿戴設(shè)備，可以檢測人體溫度以及檢測環(huán)境溫度，通過藍(lán)牙連接到處理單元，無需額外的線路敷設(shè)，較為簡單可靠。

在另一實施例中，參照圖1和圖3所示，體表溫度傳感器陣列地設(shè)置于水床袋的上表面，體表溫度傳感器包括人體接觸開關(guān)、溫度探頭以及寄存器，溫度探頭受控于人體接觸開關(guān)動作，當(dāng)人體接觸開關(guān)接觸人體時，溫度探頭工作檢測接觸位置的溫度，并將溫度值送至寄存器，當(dāng)溫度探頭工作一定時間后，寄存器輸出人體體表溫度至處理單元。而外溫傳感器可以設(shè)置在墻體上，而通過線纜連接到處理單元。

在另一個實施例中，處理單元還包括一維持策略，跟隨策略包括，當(dāng)液態(tài)物質(zhì)的溫度t1滿足一判斷條件時，執(zhí)行維持策略以維持液態(tài)物質(zhì)的溫度；

判斷條件為

t1>a(tx2-t2+tx3)+b(3*tx3-2*t3)+c;

其中，c為判斷調(diào)節(jié)常量。也就是說，當(dāng)液態(tài)物質(zhì)達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度值，就不再進(jìn)行加熱，而為了避免誤差，則設(shè)置一個判斷調(diào)節(jié)常量，可以設(shè)置為0.5，也就是說，當(dāng)溫度超過tx1，0.5攝氏度時，則維持當(dāng)前溫度。

維持策略包括通過一維持公式調(diào)節(jié)加熱組件的輸出功率p；

p=d(t1-t3)；

其中，d為預(yù)設(shè)的熱傳遞效率常量，而維持公式是根據(jù)體溫和當(dāng)前溫度的差值，調(diào)節(jié)輸出功率，也就是說，進(jìn)入維持策略后，當(dāng)前溫度會逐漸靠近體溫，起到一個恒溫舒適的效果。

判斷調(diào)節(jié)常量設(shè)置為0.5攝氏度。

處理單元包括有定時模塊，定時模塊配置有預(yù)設(shè)的刷新時間tp，刷新時間tp=t/10，每隔刷新時間重新執(zhí)行一次跟隨策略。如果t設(shè)置為300秒，那么也就是說，30秒刷新一次數(shù)據(jù)，起到一個較佳的更新效果。

當(dāng)然，以上只是本發(fā)明的典型實例，除此之外，本發(fā)明還可以有其它多種具體實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。