專利名稱：用于喚醒人的方法和設備的制作方法
相關申請的交叉引用本申請根據35U.S.C.119(e)要求第60/632,535號美國臨時申請的優先權，該申請的全部內容通過引用而并入本文。
背景技術：
在火災過程中，建筑物的居住者可能只有幾分鐘的時間不受傷害地逃離。由于逃離時間可能很短，所以必須給予燃燒的建筑物中的居住者足夠的警報。由火災安全行業售出的大多數設備依靠音響報警向住宅建筑內的居民發出警報。遺憾的是，這些設備不能幫助聽力受損的人。因此，需要這樣一種設備在發生火災時，給聽力受損的人提供足夠的保護。
就滿足普通公眾對足夠的火災緊急通知設備的需要而言，人們不得不考慮標準的不用定制的聽覺煙霧探測器(audible smoke detector)是否能提供最適當的刺激，以促使人開始撤離。據估計，18歲以上的美國人中17％的人有某種形式的聽力喪失(3500萬人)，而這些人中3％以上的人聽力嚴重損害或完全聾了[Lucas，2004]。因此，對于在住宅內通過標準聽覺煙霧探測器接收火災通知而言，大量的美國人處于不利情況，而全世界處于這種不利情況的人則更多。
由于大多數住宅內的火災死亡情況發生在晚上11點至凌晨6點的睡眠時間，因此，將人們從睡眠中喚醒是非常重要的。盡管只有20％的火災被報道發生在這個時間段，但是接近50％的火災事故發生在這一時段[Ahrens，2003]。
最近的立法，如美國殘疾人法案(ADA)，已經認識到聾人和聽力有困難的人在通過聽覺火災報警器接收有關通知方面的不便。因此，現在要求許多自動火災探測系統采用與頻閃觀測器(strobe)結合的聽覺警報來表示有火災出現，從而提供火災警報啟動的視覺指示。
采用視覺信號向聽力受損的人警示火災緊急情況的設備是本領域中公知的。在第4,227,191號和第4,287,509號美國專利中描述了這種設備的示例。這些設備將探測器和視覺警報器結合在單一的設備中。第5,012,223號美國專利公開了另一種視覺警報設備。該設備探測來自遠處的煙霧探測器的聲音，并響應于該聲音而啟動發光體。這些視覺警報設備存在嚴重的缺陷在警告處于睡眠狀態的聽力受損的人時很大程度上是無效的。
有人已經提出兼有觸覺刺激(例如振動器和床搖動器)的系統來解決這種需要。第4,380,759號美國專利描述了這樣一種設備。該設備包括鄰近煙霧探測器設置的振動傳感器。
當煙霧探測器啟動時，來自聽覺警報器的振動觸發振動簧片，振動簧片在皮膚上產生適度的感覺。這種設備使用起來非常笨重(尤其是當該設備僅在某地方臨時使用時，例如在賓館房間中)，因為使用者必須將傳輸單元與煙霧探測器物理接觸，而煙霧探測器常常位于天花板上或其它難以觸及的地方。其它用于聽力受損的人的設備(例如，在第5,917,420號美國專利中公開的設備)涉及從探測器至家具搖動器或其它觸覺刺激設備的信號傳輸。這種設備常常是非常昂貴的，并且需要特殊的硬件。第5,651,070號美國專利描述了這樣一種警報設備，該警報設備“聽”例如由門鈴和煙霧探測器等設備發出的聲音，并啟動腕式手表形式的觸覺刺激設備。該設備記錄需要的聲音警報并連續地將所記錄的警報與從麥克風獲取的環境聲音進行比較。這種設備在使用時是令人困擾的，因為它需要用戶在使用前記錄需要的聲音。這可能是個問題，例如，當一個人深夜進入賓館房間時，為了做記錄而啟動煙霧探測器警報可能會打擾其他客人。
為了解決這些設備所存在的上述問題，本申請的受讓人已經提出了一種系統，該系統在2003年10月2日提交的申請號為10/676,779、題為“用于指示煙霧探測器警報啟動的方法和設備”的共同未決的美國專利申請中被描述，并且該專利申請的內容通過引用而并入本文。該系統探測與聽覺煙霧警報相關的時間模式(temporal pattern)，并基于探測結果而啟動例如床搖動器的觸覺設備，從而把人喚醒。
雖然已證明該系統是非常有效的，但是對具有作為觸覺設備的標準持續振動的床搖動器的系統進行測試表明，該系統僅對聽力有困難的人中的76％有效，僅對聾人中的大約92％有效。相反，聽得見的人中接近95％的時間可以覺察到持續振動的床搖動器。聽力有困難的人和聾人沒有反應可能是由于他們將床搖動器條件反射為非緊急警報。
標準聽覺煙霧探測器作為消防界所推薦的緊急警戒系統，被證實在喚醒58％的聽力有困難的人時是有效的，而在喚醒聾人時則是完全無效的。對于美國人來說，每個聽力水平的加權平均有效性為84％。由消防安全協會向聽力受損人群推薦的視覺警報設備，對于聽力受損的人來說只有35％的時間是有效的，對于聾人來說60％的時間是有效的。視覺警報設備在喚醒聽力正常的人(hearing able population)時具有小于35％的有效性，并且對于所有的聽力水平具有35％的加權平均有效性。盡管上述報道的結果是基于較小的統計樣本而得到的，但是認為它們可以代表基于更大的樣本而獲得的結果。
當基于聽覺能力來權衡全美國人口時，安裝在全美國大部分家庭中的標準聽覺煙霧探測器只對全部聽力人口的84％有效。這意味著在2億4百萬18歲以上的美國人中，有3200萬人可能不能被標準聽覺探測器喚醒。許多煙霧探測器制造商已經開始接受這一事實，并在其安裝說明書中聲明正常動力啟動的聽覺警報器可能不能夠喚醒睡眠者，即使煙霧探測器的安裝滿足在10英尺處達到85dB或者超過環境NFPA 72為15db的要求。
400-500Hz、約85dB的低頻聽覺警報器(audible horn)，被用來對具有不同聽覺能力的36個人進行測試。在5個沒有聽力損傷的人中，所有人都被低頻聽覺警報器喚醒。在具有部分聽力的人中，92％的人被低頻警報器喚醒，比采用標準聽覺警報器喚醒的人多35％。在全聾的人中，11％的人覺察到了低頻警報器喚醒。無論聽覺能力如何，低頻警報器比標準聽覺警報器有效地喚醒了更大比例的人。
需要一種用于喚醒聾人和聽力有困難的人的更有效的方法。
發明內容
上述問題在很大程度上可由包括觸覺刺激設備的系統來解決，其中觸覺刺激設備提供非連續的觸覺刺激，以便把人喚醒。優選地，觸覺刺激設備所提供的觸覺刺激遵循與1996年之后制造的煙霧/火災探測器中的聽覺警報相同的時間模式，該時間模式在國家防火協會標準NFPA 72中被闡述。在優選實施方案中，觸覺刺激設備為床搖動器。
觸覺刺激設備可用于基于任何原因而把人喚醒。在一種實施方案中，觸覺刺激設備可與煙霧/火災探測器或一氧化碳探測器相連。在另一種實施方案中，觸覺刺激設備可與在上面引用的共同所有權的共同未決的美國專利申請中所描述的、用以探測來自煙霧探測器的聽覺警報的設備相連。在又一種實施方案中，觸覺刺激設備可與在期望的時間喚醒人的鬧鐘相連。在再一種實施方案中，觸覺刺激設備可與門鈴或電話相連。
觸覺設備可與發光體(優選LED)耦合，發光體的亮度與設備的振動部分隨著相同的T-3模式減小或增大。雖然在與T3模式的“關”部分對應的周期內光變暗，但是光仍保持足夠的光強，以允許辯認該設備所處的房間的外出路徑。在另一種實施方案中，提供兩個發光體。第一發光體在T-3模式中當觸覺設備處于活動狀態時被激活，第二發光體保持穩定的光強以協助外出進程。
觸覺設備也可與產生低頻聲音的設備耦合。低頻聲音已經被表明可有效喚醒那些在高頻中聽力喪失的人。低頻聲音優選地具有低于1500Hz的頻率，更優選地，在300Hz-600Hz范圍內，最優選地，在大約400-500Hz范圍內，并且復制觸覺設備的T-3模式。
在結合優選實施方案的附圖進行考慮時，通過參考下面的詳細描述，可以更好、更全面地理解本發明及許多附加特征和優點，其中圖1是示出在國家防火協會標準NFPA 72中記載的、用于煙霧探測器的聽覺警報模式的時序圖；圖2是按照本發明一種實施方案的、用于喚醒人的系統的方框圖；圖3是圖2中的觸覺刺激設備的一部分的電路圖；
圖4是按照本發明另一種實施方案的、用于喚醒人的系統的方框圖；圖5是示出微控制器的操作的流程圖，其中微控制器構成圖4所示系統的一部分；圖6是示出用于圖4所示系統的電路部分的示例性殼體的透視圖；以及圖7是示出按照本發明實施方案的床搖動器的示例性外殼的透視圖。
具體實施例方式
下面將參照觸覺刺激設備的優選實施方案來詳細描述本發明。給出具體細節以便充分理解本發明。本文中所描述的優選實施方案不應被理解為限制本發明。此外，為了易于理解，將某些方法步驟描述為單獨的步驟，然而，不應將這些步驟理解為其性能必須是不同的或必須是依賴順序的。
如上所述，發明人已經發現持續振動觸覺刺激設備對于把人們從睡眠中喚醒來說是不理想的，尤其是對于聽力受損的人或聾人。因此，已經確定以非連續方式使用觸覺刺激設備更適合于把人們從睡眠中喚醒。國家防火協會標準NFPA 72要求煙霧探測器發出具有如圖1(圖1示出了循環時間模式的兩個循環)所示的循環時間模式的聽覺警報信號。該模式，在本文中也稱作T-3模式，可描述為包括三個短的“開”周期，各“開”周期由短的“關”周期隔開，緊跟著是更長的“關”周期。短的開周期和關周期的長度被指定為0.5秒“開”+/-10％以及緊接著的0.5秒“關”+/-10％。長的“關”周期被指定為1.5秒+/-10％。可選地，上述T-3模式可被描述為包括奇數個相等的半秒(+/-10％)持續時間的“開”和“關”周期；即，第一“開”周期、第一“關”周期、第二“開”周期、第二“關”周期、第三“開”周期、以及三個連續的“關”周期。
作為對聽覺煙霧探測缺乏有效性的響應以及對床搖動器的相對積極的響應，在測試系列中引入了一種新的設備。在這種設備中，床搖動器按照T-3模式振動。即，床搖動器在T-3模式的“高”或“開”部分振動，而在T-3模式的“低”或“關”部分不振動。該觸覺設備用于對具有各種聽力水平的60個人進行測試。無論聽力水平如何，每個人都覺察到了該設備。
圖2示出了T-3模式的床搖動器系統的方框圖。來自煙霧探測器(圖2未示)或其它設備的警報信號被輸入至T-3電路110。當有警報信號時，T-3電路輸出與圖1示出的T-3時間模式相匹配的信號。來自T-3電路的該輸出信號控制功率場效應管(FET)120(或其它切換設備，如繼電器)，以便當來自T-3電路110的輸出信號為“高”時，向床搖動器130供電。通過這種方式，當T-3時間模式為“高”時，床搖動器130振動；當T-3時間模式為“低”時，床搖動器130不振動。
圖3示出了圖2所示系統的優選實施方案的詳細電路圖。床搖動器230連接在電源240的正接線端與功率場效應管220的漏極之間。功率場效應管220的源極與電源240的負接線端連接。采用這種配置，通過功率場效應管220形成電路，以便當足夠的正信號被施加至功率場效應管220的柵極時，向床搖動器230供電。
功率場效應管220的柵極由Motorola/Freescale MC 145018離子化煙霧探測器集成電路的“黃銅”輸出(引腳10)控制，其典型地用于驅動警報器。在數據表MC145018/D(可在www.freescale.com/files/sensors/doc/data_sheetMC145018.pdf上獲得)中描述了該MC145018 IC 211，所述數據表的內容在此通過引用而并入本文。正常地，警報器驅動器在引腳10上的輸出信號是位于T-3模式“開”部分的高頻方波。然而，通過將引腳11上的“銀”輸出和來自引腳10(經由R3)的輸出信號本身反饋至引腳8上的反饋輸入，在T3模式的“開”部分中，引腳10上的輸出信號保持常“開”狀態。
在圖3中的電路210中，來自煙霧探測器或其它設備的激活輸入250連接至引腳2，引腳2為MC145018 IC211的“I/O”引腳。該引腳通常用于將幾個單元互連，以使得一個單元中的煙霧探測觸發所有單元中的警報。當然，也可以采用MC145018 IC 211本身實現煙霧探測功能。圖3示出的與MC 145018 IC 211的其它連接為直接的連接。在引腳6處由電源260為IC供電，IC 211在引腳9處接地。定時電阻R2(推薦8.2MΩ)和定時電容C1(推薦0.1uF)與引腳7連接。最后，引腳12與電容C2(推薦也0.1uF)連接。
如上所述，激活輸入信號250優選由煙霧/火災探測器產生。然而，本發明并不受到這種限制，例如一氧化碳探測器、鬧鐘、門鈴、電話等其它設備也可用作激活輸入信號250的來源。本發明也可與上面引用的共同所有權的美國專利申請所公開的、用來檢測來自煙霧探測器的聽覺警報的設備一起使用。
圖4示出了另一實施方案400的方框圖。該實施方案由微控制器410控制。微控制器410接收來自例如煙霧探測器的設備、用于探測來自煙霧/火災探測器(例如上面引用的共同所有權的美國專利申請中公開的煙霧探測器)的聽覺警報的電路、門鈴、電話或任何其它設備(圖4未示)的警報信號輸入。在警報條件存在時，警報信號優選被連續地發出(assert)。換言之，如果采用煙霧/火災探測器，那么當檢測到煙霧或火災時，連續發出警報信號，而不是只在產生聽覺警報信號時發出警報信號。如果采用電話，那么當電話響時則連續發出警報信號，其中包括鈴聲之間的時間。如果采用門鈴，那么在門鈴響時，連續發出警報信號。
連接微控制器410以控制繼電器420，繼電器420連接在電源430和觸覺刺激設備440之間。這樣允許微控制器410打開和關閉觸覺刺激設備440。在其它實施方案中，也可采用除繼電器420以外的電控切換設備(如晶體管)。第一發光二極管(″LED″)450和第二發光二極管460也與微控制器410連接。當發出警報信號時，第一LED 450一直點亮，以便為離開房間而提供光亮或協助用戶采取其它措施(例如接電話、定位燈開關等)。本領域技術人員將認識到可采用其它類型的發光體來代替LED，并且將意識到根據發光體的功率需求，經由繼電器連接、功率晶體管或其它電控切換設備可以是必需的。當發出警報信號時，第二LED 460被選通(打開和關閉或從明亮狀態變為灰暗狀態)。優選地，當觸覺刺激設備440在T3模式中被激活時，第二LED460也在相同的T3模式中被選通。低頻聽覺警報器470，優選約500Hz，也與微控制器410連接。當觸覺刺激設備440在T3模式中被激活時，低頻警報器470也優選在相同的T3模式中被激活。
下面結合圖5的流程圖500來描述實施方案400的操作。在步驟510，微控制器410確定是否檢測到警報信號。如果沒有警報信號，微控制器則重復步驟510直到檢測到警報信號為止。當檢測到警報信號時，微控制器410在步驟520打開第一LED 450。接著，在步驟530，微控制器410以非連續或中斷模式激活第二LED 460、低頻警報器470和觸覺刺激設備440(通過控制繼電器420)。優選地，中斷模式是本文中所討論的T3模式。然后在步驟540，微控制器410確定是否仍在發出警報信號。如果在發出警報信號，微控制器410則轉入步驟530，以便繼續以非連續模式激活第二LED 460、低頻警報器470和觸覺刺激設備440。如果警報信號不再發出，微控制器410則在步驟550關閉第一LED 450并轉入步驟510。
在上述實施方案中，即使警報信號在非連續模式周期結束之前終止，第二LED 460和觸覺刺激設備440也至少在非連續模式的一個完整周期內被一直激活。然而，在其它實施方案中，微控制器410可被編程為一停止發出警報信號，就停止激活第二LED 460和觸覺刺激設備440。此外，在本發明的其它實施方案中，微控制器410也可被編程為激活第一和第二LED 450、460、警報器470和觸覺刺激設備440達到預定的時間周期或者直到用戶解除對設備的激活。
如上所述，圖4和圖5所示的雙LED實施方案的替換方案是單LED的實施方案。在這種實施方案中，當觸覺刺激設備處于活動狀態時，單個LED變亮；當觸覺刺激設備處于非活動狀態(例如，在T3或其它非連續模式的“關”周期內)時，單個LED變暗(但其亮度仍然足以提供照明，以方便離開房間或采取其它行動)。
圖6和7是殼體600、770的透視圖，圖4所示的實施方案可封閉于這些殼體內。殼體600優選地具有可放置于桌面610(例如床頭幾)上的尺寸。微控制器410、繼電器420、電源430和低頻警報器470也全部設置于殼體600內。第一LED 450位于塑料蓋650下部，從而為外出在各個方向提供照明。第二LED 460位于半透明程式化的火災符號660的后面(可選地，第二LED 460也可位于殼體650內)。殼體600還包括時鐘顯示器690及相關聯的控制按鈕面板691，因此，在某些實施方案中可作為鬧鐘。圖7示出了床搖動器殼體770，床搖動器殼體770通過電源線(圖6或圖7中未示)連接至殼體600內的繼電器。
上述實施方案僅僅是為了示例性目的而闡述的，不應理解為限制本發明。對本領域技術人員而言，對上述實施方案的許多修改是顯而易見的。例如，可采用除床搖動器之外的觸覺刺激設備。另外，例如繼電器、電磁閥的切換設備以及其它類型的切換設備可用來替換功率FET，以控制床搖動器的激活。例如低頻蜂鳴器的聽覺設備可用來替換上述的低頻警報器。此外，其它非連續或中斷的循環模式可用來替換T-3模式。例如，也可采用由其中“開”周期比“關”周期多的“開”、“關”周期(或者可選地，短“關”周期隔開的短的和長的“開”周期)組成的循環時間模式。所有這些修改都在本發明的范圍內。
權利要求
1.一種用于喚醒人的設備，所述設備包括電路，用于響應于警報信號而產生驅動信號，所述驅動信號具有循環的中斷模式；電控切換設備，其具有控制輸入、功率輸入和功率輸出，所述電源輸入可與電源連接，所述控制輸入被連接以接收來自所述電路的驅動信號；以及觸覺刺激設備，連接至所述電控切換設備的功率輸出，所述觸覺刺激設備被配置成產生觸覺刺激，由此感覺到所述觸覺刺激的人被喚醒。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述電控切換設備是晶體管。
3.根據權利要求1所述的設備，其中所述電控切換設備是繼電器。
4.根據權利要求1所述的設備，其中所述觸覺刺激設備是床搖動器。
5.根據權利要求1所述的設備，其中所述電路包括處理器。
6.根據權利要求1所述的設備，其中所述處理器是微控制器。
7.根據權利要求1所述的設備，其中在警報事件中，所述警報信號被連續發出。
8.根據權利要求1所述的設備，其中所述中斷模式的各個循環包括奇數個、等持續時間的“開”和“關”周期。
9.根據權利要求1所述的設備，其中所述中斷模式的各個循環包括多個“開”和“關”周期。
10.根據權利要求9所述的設備，其中至少一個“關”周期的持續時間不同于至少一個“開”周期的持續時間。
11.根據權利要求1所述的設備，其中所述循環的中斷模式包括多個T3模式。
12.根據權利要求1所述的設備，進一步包括與所述電控切換設備連接的低頻警報器，所述低頻警報器產生1500Hz以下的聽得見的聲音。
13.根據權利要求1所述的設備，進一步包括由所述驅動信號控制的第一發光體。
14.根據權利要求1所述的設備，進一步包括與所述電路連接的第二發光體，所述電路進一步被配置成在所述警報信號被發出時開啟所述第二發光體。
15.一種用于喚醒人的方法，所述方法包括如下步驟探測警報信號，所述警報信號向被通知人表示事件發生；以及在探測到所述警報信號時向所述人提供觸覺刺激，所述觸覺刺激具有循環的中斷模式，由此所述人被喚醒。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述觸覺刺激通過使用床搖動器來提供的。
17.根據權利要求15所述的方法，其中所述中斷模式的各個循環包括奇數個、等持續時間的“開”和“關”周期。
18.根據權利要求15所述的方法，其中所述中斷模式的各個循環包括多個“開”和“關”周期。
19.根據權利要求18所述的方法，其中至少一個“關”周期的持續時間與至少一個“開”周期的持續時間不同。
20.根據權利要求19所述的方法，其中至少一個“關”周期的持續時間與至少另一個“關”周期的持續時間不同。
21.根據權利要求19所述的方法，其中至少一個“開”周期的持續時間與至少另一個“開”周期的持續時間不同。
22.根據權利要求15所述的方法，其中所述循環中斷模式包括多個T3模式。
23.根據權利要求15所述的方法，進一步包括下列步驟在探測到所述警報信號時，以中斷的模式激活低頻聽覺設備，所述低頻聽覺設備產生頻率在1500Hz以下的聲音。
24.根據權利要求15所述的方法，進一步包括下列步驟在所述警報信號被發出的時間周期內，開啟第一發光體。
25.根據權利要求15所述的方法，進一步包括下列步驟在所述警報信號被發出的時間周期內，以循環的中斷模式改變第二發光體的亮度。
全文摘要
一種用于喚醒人的系統和方法，包括在探測到指示人應被喚醒的事件的警報信號時，以循環的中斷模式提供觸覺刺激。在一種實施方案中，一種用于喚醒人的設備包括電路，用于響應于警報信號而產生驅動信號，驅動信號具有循環的中斷模式；電控切換設備，具有控制輸入、功率輸入和功率輸出，功率輸入可與電源連接，控制輸入被連接以接收來自電路的驅動信號；以及觸覺刺激設備，與電控切換設備的功率輸出連接，觸覺刺激設備被配置成產生觸覺刺激。
文檔編號G08B3/00GK101069363SQ200580041453
公開日2007年11月7日 申請日期2005年12月5日 優先權日2004年12月3日
發明者艾琳·阿什利, 邁克爾·S·克拉森, 理查德·J.·羅比, 杰奎琳·杜波依斯, 格萊恩·蓋尼斯 申請人:燃料科學和工程公司