摘  要

 

打鼾是睡眠质量不佳的一种表现，在睡觉过程中，上呼吸道堵塞造成打鼾现象，严重者会导致呼吸暂停，长期打鼾者极有可能患有阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)。此类患者若不及时采取防护措施，大脑长期处于缺氧状态，会引发脑出血、高血压、心肌梗塞等心脑血管疾病。而目前国内外的治疗手段并不成熟且费用十分昂贵，普通家庭的普适性不高，导致对该症状的重视程度不够。

基于以上问题，本文提出了一款智能止鼾床垫，该设备成本低，操作简单、方便，可有效制止大部分鼾声。首先，对整体设计框架、功能及结构设计进行阐述；其次，对硬件电路设计展开讨论，介绍主要硬件组成，对各模块工作原理进行分析，并绘制电路原理图；再次，在系统软件设计部分重点陈述了鼾声信号检测算法。采用基于多窗口谱估计和维纳滤波的语音增强算法对声音信号进行降噪处理，然后通过信号的端点检测算法对室内声音进行检测、判断其是否为鼾声信号。在判定为鼾声的情况下，由主控制器发出信号，利用多路舵机控制算法，使三级舵机协调工作。最后对该设备进行实际测试，测试结果证明本设计可以有效检测到鼾声信号，且止鼾效果明显。

本设计以STM32F103ZET6为核心控制单元，红外遥控器选择模式（睡眠模式、休闲模式）。睡眠模式下，通过声音传感器接收外界声音信号，然后采用基于多窗口谱估计和维纳滤波的语音增强算法降噪和谱熵法端点检测对声音信号进一步分析处理，主控制器根据检测结果发出相应的指令。休闲模式下，红外遥控器可根据不同需求，自主调节床面结构。

 

关键词：阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征，多窗口谱估计，维纳滤波，端点检测，多路舵机控制

目  录

 

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 研究背景和意义 1

1.3 国内外现状与趋势 1

第二章 智能止鼾床垫的总体设计 3

2.1 止鼾床垫工作原理设计 3

2.2 系统整体方案设计 4

2.2.1 系统功能设计 4

2.2.2 机械结构设计 4

第三章 硬件电路设计 6

3.1 电路功能描述 6

3.2 设备主要硬件及组成 6

3.2.1 主控模块 6

3.2.2 声音检测模块 6

3.2.3 舵机控制模块 7

3.2.4 电源模块 8

第四章 系统软件设计 9

4.1 鼾声信号检测 9

4.1.1 鼾声信号特点 9

4.1.2 基于多窗口谱估计和维纳滤波的语音增强算法 11

4.1.3 鼾声信号端点检测 12

4.2 多路舵机控制 13

4.2.1 单片机产生PWM波原理 13

4.2.2 舵机角度控制 14

第五章 系统测试结果与分析 15

5.1 降噪效果测试 15

5.2 鼾声识别测试 15

5.3 止鼾效果测试 16

5.4 测试结果分析 16

第六章 总结 17

6.1 工作总结 17

6.2 展望未来 17

参考文献 18

致  谢 19