[發(fā)明專利]一種基于MPU-6050的睡眠姿態(tài)判定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810479919.1
• 申請(qǐng)日: 2018-05-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108670263A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鵬;曹貝貝;宋成偉;王振徐;王璐璐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/11
• 分類號(hào): A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23209
• 代理人: 李曉敏

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于MPU?6050的睡眠姿態(tài)判定方法，包括：獲取待測(cè)者睡眠過(guò)程中的加速度數(shù)據(jù)、角速度數(shù)據(jù)；對(duì)已獲取的加速度和角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波處理，用于去除噪聲，繼而得到旋轉(zhuǎn)矩陣數(shù)據(jù)；采用互補(bǔ)濾波算法將加速度數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，并利用四元數(shù)微分方程對(duì)擬合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到四元姿態(tài)數(shù)并將四元姿態(tài)數(shù)進(jìn)行單位化，最終得到歐拉角；采用滑動(dòng)窗口法對(duì)三個(gè)歐拉角數(shù)據(jù)序列進(jìn)行分割并提取特征值；利用決策樹(shù)法對(duì)三個(gè)歐拉角角度的特征值所在的范圍進(jìn)行姿態(tài)劃分，最終判定待測(cè)者的睡眠姿勢(shì)。本發(fā)明有效檢測(cè)睡眠姿勢(shì)，幫助人們提高睡眠質(zhì)量、促進(jìn)身體健康。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能家居領(lǐng)域，尤其涉及一種基于MPU-6050的睡眠姿態(tài)判定方法。

背景技術(shù)

健康是人類生活永恒的話題，健康的生活離不開(kāi)充足的睡眠，睡眠可以促進(jìn)體力、腦力的恢復(fù)以及記憶力的鞏固，是生命活動(dòng)中不可或缺的一部分。但不少人睡眠醒來(lái)，覺(jué)得頭暈眼花、腰酸背痛、疲憊不堪，究其原因，很多時(shí)候主要是因?yàn)樗瞬划?dāng)造成的。因此，選擇正確的睡眠姿態(tài)是提升睡眠質(zhì)量、保持身體健康的重要前提。

睡眠姿態(tài)是保證身體健康的、解除疲勞的方法之一。通過(guò)檢測(cè)睡眠過(guò)程中的身體活動(dòng)狀況、體位信息，并根據(jù)睡眠姿態(tài)判定算法，判斷出睡眠期間的睡眠姿勢(shì)。

目前，沒(méi)有統(tǒng)一的睡眠姿態(tài)檢測(cè)算法，不能付諸于任何睡眠姿勢(shì)檢測(cè)產(chǎn)品當(dāng)中使用，人們?cè)谒咦藨B(tài)方面不能根本的找到睡眠質(zhì)量差的原因。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于MPU-6050的睡眠姿態(tài)判定方法。

一方面，本發(fā)明采用如下方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種基于MPU-6050的睡眠姿態(tài)判定方法，包括：

步驟一、獲取待測(cè)者睡眠過(guò)程中的加速度數(shù)據(jù)、角速度數(shù)據(jù)；

步驟二、對(duì)已獲取的加速度和角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波處理，用于去除噪聲，繼而得到旋轉(zhuǎn)矩陣數(shù)據(jù)；

步驟三、采用互補(bǔ)濾波算法將加速度數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，并利用四元數(shù)微分方程對(duì)擬合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到四元姿態(tài)數(shù)并將四元姿態(tài)數(shù)進(jìn)行單位化，最終得到歐拉角；

步驟四、采用滑動(dòng)窗口法對(duì)三個(gè)歐拉角數(shù)據(jù)序列進(jìn)行分割并提取特征值；

步驟五、利用決策樹(shù)法對(duì)三個(gè)歐拉角角度的特征值所在的范圍進(jìn)行姿態(tài)劃分，最終判定待測(cè)者的睡眠姿勢(shì)。

進(jìn)一步地，所述MPU-6050由3軸加速度計(jì)和3軸陀螺儀組成，所述3軸加速度計(jì)和3軸陀螺儀分別用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)加速度和角速度信息。

進(jìn)一步地，所述三個(gè)軸向分別為X軸、Y軸、Z軸。

進(jìn)一步地，所述卡爾曼濾波處理是利用線性系統(tǒng)狀態(tài)方程對(duì)加速度數(shù)據(jù)、角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)處理，其中，采用卡爾曼濾波器估計(jì)離散時(shí)間過(guò)程的狀態(tài)變量該離散時(shí)間過(guò)程由以下離散隨機(jī)差分方程描述如下式所示：

X(k)＝AX(k-1)+BU(k)+W(k) (1)

Z(k)＝HX(k-1)+V(k) (2)

(1)、(2)式中，

A、B、H——系統(tǒng)矩陣；

X(k)——k時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)；

U(k)——k時(shí)刻對(duì)系統(tǒng)的控制量；

Z(k)——k時(shí)刻的測(cè)量值；

W(k)和V(k)——分別為系統(tǒng)干擾和測(cè)量噪聲；