一种脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统的制作方法

本发明涉及智能环境控制，特别是一种脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统。

背景技术：

1、随着智慧养老、可穿戴传感器和智能家居控制技术的发展，养老卧室已逐渐从传统的人工照护空间转变为可感知、可联动、可调节的睡眠辅助环境。现有养老睡眠辅助系统通常通过床垫压力传感器、体动传感器、心率手环、室内温湿度传感器、智能空调、智能灯光、智能音箱和新风设备等实现睡眠状态监测与环境调节。近年来，脑电采集设备的小型化和干电极技术的发展，使得在非医疗场景下采集使用者睡眠过程中的多通道脑电信号成为可能。相比体动、心率等间接指标，脑电信号能够更直接反映清醒、浅睡、深睡和快速眼动等睡眠阶段变化，为睡眠环境控制提供更可靠的生理依据。因此，将脑电状态识别、环境参数感知和多设备自动控制结合起来，已成为智慧养老睡眠干预技术的重要发展方向。

2、但是，现有智慧养老睡眠环境控制技术仍存在明显不足。其一，现有系统多依据体动、心率或固定时间表判断睡眠状态，只能粗略区分睡眠和清醒，难以识别浅睡、深睡和快速眼动阶段，导致环境调节缺乏准确的状态基础。其二，老年人的睡眠结构和脑电表现与普通成年人存在差异，若直接采用通用睡眠分期方式，容易出现识别不稳定或阶段跳变，进而引起温度、光照或声音的误调节。其三，现有智能空调、灯光、声学设备、新风和加湿设备多按单设备逻辑运行，缺少统一的控制目标生成、变化速率限制、冲突消解和执行反馈机制，可能造成环境参数变化过快或设备动作相互干扰。其四，现有系统通常缺乏基于整晚睡眠质量、设备执行记录和使用者反馈的持续修正能力，难以针对不同老年人的睡眠偏好和健康状态形成个性化环境控制策略。因此，现有智慧养老睡眠环境控制技术主要存在睡眠阶段识别不精细和多设备环境控制缺乏闭环个性化调节的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统解决睡眠阶段识别不精细和多设备环境控制缺乏闭环个性化调节问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、本发明提供了一种脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统，其包括：

5、脑电信号采集模块，用于配置为非侵入式干电极脑电采集装置，采集使用者的多通道原始脑电信号；

6、信号预处理模块，用于对多通道脑电信号进行预处理，并进行睡眠分期特征提取，获得脑电特征向量；

7、睡眠状态识别模块，用于将脑电特征向量输入老年人群睡眠分期模型，获得使用者的睡眠阶段判定结果；

8、环境参数感知模块，用于采集卧室环境参数实测值，形成环境状态数据；

9、中央控制模块，用于根据睡眠阶段判定结果生成阶段环境控制目标，并对阶段环境控制目标进行平滑处理，获得实际控制目标，根据实际控制目标和环境状态数据计算环境参数控制偏差，生成多设备协同控制指令集合；

10、多模态环境协同控制模块，用于执行多设备协同控制指令集合，并向中央控制模块返回设备执行记录和控制执行后的环境状态数据；

11、个性化学习模块，用于根据整晚睡眠阶段判定结果、环境状态数据、实际控制目标、设备执行记录和使用者反馈数据，更新个性化修正表。

12、作为本发明所述脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统的一种优选方案，其中：所述配置为非侵入式干电极脑电采集装置，采集使用者的多通道原始脑电信号指读取并校验使用者、脑电设备、环境传感器、可控设备、睡眠阶段、环境参数、映射表、调节范围、变化限制、优先级、转移矩阵和个性化初始化规则，校验通过后生成本次睡眠控制任务和个性化修正表，并下发脑电采集任务，获得多通道原始脑电信号。

13、作为本发明所述脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统的一种优选方案，其中：所述对多通道脑电信号进行预处理指读取获得的多通道原始脑电信号、脑电分析窗配置和信号质量检查规则，按时间划分脑电分析窗，对各通道信号进行频段保留、干扰抑制、基线校正和无效采样点标记，获得预处理脑电信号、通道有效系数和低质量通道标记。

14、作为本发明所述脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统的一种优选方案，其中：所述进行睡眠分期特征提取，获得脑电特征向量指读取预处理脑电信号、通道有效系数和低质量通道标记，剔除低质量通道后计算功率谱密度、相对功率和聚合频段功率特征，并提取功率比、幅值包络、过零率和复杂度特征，按预设顺序形成脑电特征向量和低质量脑电分析窗标记。

15、作为本发明所述脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统的一种优选方案，其中：所述将脑电特征向量输入老年人群睡眠分期模型，获得使用者的睡眠阶段判定结果指读取脑电特征向量和低质量脑电分析窗标记，对有效分析窗构建睡眠分期输入特征序列，输入老年人群睡眠分期模型获得阶段概率，再结合睡眠阶段集合和转移概率矩阵进行平滑，获得睡眠阶段判定结果

16、作为本发明所述脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统的一种优选方案，其中：所述采集卧室环境参数实测值，形成环境状态数据指读取环境传感器信息和环境参数集合，采集卧室环境温度、湿度、光照、噪音和空气质量参数，对实测值进行时间戳标记、有效性检查和控制周期对齐，当周期内缺失有效值时延用上一有效值，形成环境状态数据。

17、作为本发明所述脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统的一种优选方案，其中：所述根据睡眠阶段判定结果生成阶段环境控制目标，并对阶段环境控制目标进行平滑处理，获得实际控制目标指读取睡眠阶段判定结果，并调用基础映射表、个性化修正表、环境参数允许调节范围和变化限制规则，生成阶段环境控制目标，并通过限幅和变化速率限制处理，获得当前控制周期的实际控制目标。

18、作为本发明所述脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统的一种优选方案，其中：所述根据实际控制目标和环境状态数据计算环境参数控制偏差，生成多设备协同控制指令集合指读取环境状态数据和实际控制目标，计算环境参数控制偏差，并确定候选控制指令的调节方向和幅度，并匹配可控设备信息和协同优先级规则，完成冲突消解，生成并下发多设备协同控制指令集合。

19、作为本发明所述脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统的一种优选方案，其中：所述执行多设备协同控制指令集合，并向中央控制模块返回设备执行记录和控制执行后的环境状态数据指读取多设备协同控制指令集合并执行，采集设备执行状态和执行记录，在设备响应后重新采集环境参数，形成控制执行后的环境状态数据，并基于实际控制目标及控制前后环境状态数据计算控制改善量，生成控制修正标记。

20、作为本发明所述脑电状态自适应调节的智慧养老睡眠环境控制系统的一种优选方案，其中：所述根据整晚睡眠阶段判定结果、环境状态数据、实际控制目标、设备执行记录和使用者反馈数据，更新个性化修正表指睡眠结束后，读取整晚睡眠阶段判定结果、环境状态数据、实际控制目标、控制改善量、设备执行记录和控制修正标记，结合主观反馈计算睡眠质量反馈值，并筛选有效优化样本，更新个性化修正表。

21、本发明有益效果为：本发明通过构建睡眠控制任务、采集多通道脑电信号并进行质量检查和特征提取，能够较准确地获得老年使用者的睡眠阶段判定结果，为环境控制提供可靠依据，通过结合睡眠阶段-环境参数基础映射表、个性化修正表、环境参数限幅和变化速率限制，能够避免温度、光照、声音等环境参数突变，通过多设备协同控制和冲突消解，提高了温控、照明、声学、湿度和空气质量调节的一致性，通过执行反馈和睡眠质量反馈更新个性化修正表，实现了适配老年人睡眠状态变化的闭环调节。