基于压力传感器和光敏电阻的坐姿识别装置的制作方法

本实用新型提出了一种基于压力传感器和光敏电阻的坐姿识别装置，该装置属于传感器技术与模式识别领域。

背景技术：

传统坐姿识别目前主要应用的方法是图像处理，但由于其造价比较昂贵，因此很少应用于普通民众的生活中。本实用新型构建了一种基于传感器技术的坐姿识别装置，该装置具有造价便宜、应用范围广泛、不透露使用者信息等优点可作为坐姿识别领域的一种参考。

技术实现要素：

发明的目的：

本实用新型提供一种基于压力传感器和光敏电阻的坐姿识别装置，该装置可以实时采集人体与座椅接触面的压力、光照强度等数据进而利用计算机完成人体特定的坐姿的识别。

2.所采用的技术方案：

基于压力传感器和光敏电阻的坐姿识别装置，该装置由椅座、椅背、计算机、FSR压力传感器、光敏电阻、数据采集单元、USB数据传输线组成；其特征在于数据采集单元包括数字控制模拟开关CD4067、单片机和RS232-USB接口转换器PL2303，数据采集单元位于椅座下面；四个FSR压力传感器与六个光敏电阻通过导线与数字控制模拟开关CD4067相连接，数字控制模拟开关CD4067与单片机P1、P2口相连接，单片机P3口与RS232-USB接口转换器PL2303相连接，RS232-USB接口转换器PL2303与计算机通过USB数据传输线相连接，将单片机处理的数据传输到计算机中。计算机显示人体坐姿识别结果。所述的计算机通过USB数据传输线向坐姿识别装置各个电子元件供电。

基于压力传感器和光敏电阻的坐姿识别装置其特征在于数据采集单元包括数字控制模拟开关CD4067 、单片机、和RS232-USB接口转换器PL2303，数据采集单元位于椅座下面；数字控制模拟开关CD4067地址端A、B、C、D分别与单片机P2.1、P2.2、P2.3、P2.4相连接，数字控制模拟开关CD4067输出端Output与单片机P1.0相连接，单片机P3.0与P3.1口分别与RS232-USB接口转换器PL2303的RXD和TXD端相连接。

座椅主体由椅座和椅背构成，椅座与椅背表面均为皮质材料，椅座上表面距离地面42cm，椅背垂直于椅座，椅背下边沿距离椅座7cm。

所述的单片机为IAP15F2K61S2单片机，该单片机具有共8个通道的10位高速ADC模数转换模块，提供的64K Falsh空间，可以全部用作存储数据。

所述FSR压力传感器的型号为FSR408 力敏电阻薄膜压力传感器，所述的光敏电阻型号为5516光敏电阻。

所述的数字控制模拟开关CD4067通过导线分别与四个FSR压力传感器和六个光敏电阻各自所在的电压转换电路输出端相连接。数字控制模拟开关CD4067控制端INH接地。

所述的四个FSR压力传感器布置于长42cm、宽47cm的矩形皮质椅座的特定位置：四个带状FSR传感器椅座表面部分各自长20cm，均平行于椅座前后边沿；A号、B号传感器距离椅座前沿10cm，C号、D号传感器距离椅座前沿27cm。

所述的六个光敏电阻布置于长36cm、宽47cm的圆角矩形皮质椅背的特定位置：a号、b号光敏电阻均距离椅背下边沿28cm，分别距离左右边沿11cm；c号、d号光敏电阻位于a号、b号光敏电阻正下方10cm；e号、f号光敏电阻位于c号、d号光敏电阻正下方10cm。

附图说明

图1，基于压力传感器和光敏电阻的坐姿识别装置物理模型。

图2，数据采集单元相关元件连接示意图。

图3，椅座压力传感器分布示意图。

图4，椅背光敏电阻矩阵分布示意图。

图5，坐姿识别装置工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。

基于压力传感器和光敏电阻的坐姿识别装置，结合图1、图2所示，该装置由椅座(1)、椅背(2)、计算机(3)、FSR压力传感器(4)、光敏电阻(5)、数据采集单元(6)、USB数据传输线(7)组成；其特征在于数据采集单元(6)包括数字控制模拟开关CD4067(S1)、单片机(S2)和RS232-USB接口转换器PL2303(S3)，数据采集单元(6)位于椅座(1)下面；四个FSR压力传感器(4)与六个光敏电阻(5)通过导线与数字控制模拟开关CD4067(S1)相连接，数字控制模拟开关CD4067(S1)与单片机(S2)P1、P2口相连接，单片机(S2)P3口与RS232-USB接口转换器PL2303(S3)相连接，RS232-USB接口转换器PL2303(S3)与计算机(3)通过USB数据传输线(7)相连接，将单片机处理的数据传输到计算机(3)中。计算机显示人体坐姿识别结果。所述的计算机(3)通过USB数据传输线(7)向坐姿识别装置各个电子元件供电。

所述的数据采集单元(6)，结合图2所示，包括数字控制模拟开关CD4067(S1) 、单片机(S2)、和RS232-USB接口转换器PL2303(S3)，数据采集单元(6)位于椅座(1)下面；数字控制模拟开关CD4067地址端A、B、C、D分别与单片机P2.1、P2.2、P2.3、P2.4相连接，数字控制模拟开关CD4067输出端Output与单片机P1.0相连接，单片机P3.0与P3.1口分别与RS232-USB接口转换器PL2303的RXD和TXD端相连接。

所述的数字控制模拟开关CD4067(S1)分别与四个FSR压力传感器(4)与六个光敏电阻(5)各自所在的电压转换电路的输出端相连接。单片机根据真值表通过对CD4067地址段A、B、C、D置0或1完成10通道模拟量的选择。CD6067控制端INH置0时其地址端通道选择输出有效，置1时地址段通道选择输出无效，本装置地址段输出始终有效，固CD4067控制端INH接地。本实用新型中压力传感器和光敏电阻各自的电压转换电路采用串联分压原理，该电路已经十分成熟固不在重复叙述说明。

所述的四个FSR压力传感器(4)布置在长42cm、宽47cm的矩形皮质椅座(1)的特定位置，结合图 3所示：四个带状FSR传感器椅座表面部分各自长20cm，均平行于椅座前后边沿；A号、B号传感器距离椅座前沿10cm，C号、D号传感器距离椅座前沿27cm。当人体坐姿发生改变时，人体左腿、右腿、左臀部、右臀部的压力变化尤其明显，因此合理布置压力传感器的位置非常重要，本实用新型根据人体工程学原理结合不同人群与座椅接触的统计学规律将四个FSR压力传感器布置于左腿、右腿、左臀部、右臀部。

所述的六个光敏电阻(5)布置在长36cm、宽47cm的圆角矩形皮质椅背(2)的特定位置，结合图4所示：a号、b号光敏电阻均距离椅背下边沿28cm，分别距离左右边沿11cm；c号、d号光敏电阻位于a号、b号传感器正下方10cm；e号、f号光敏电阻位于c号、d号光敏电阻正下方10cm。

本实用新型工作过程结合图5说明，四个压力传感器与六个光敏电阻分别获取10通道反映椅座处压力和椅背处光照强度变化的模拟量。压力传感器和光敏电阻各自的电压转换电路将人体臀部、腿部与椅座压力的变化和人体背部与椅背光照强度的变化都转换为电压的变化。单片机通过I/O口控制多路模拟开关CD4067的闭合进而选择特定通道的模拟量数据，单片机内部A/D转换模块将该通道的模拟量转换为数字量。由于PC机与单片机的串口信号电平不一致，本实用新型将RS232-USB接口转换器PL2303与单片机P3口相接，把RS232信号转换为USB信号，并通过USB串口数据传输线将单片机输出的数据传输到计算机上，计算机对数据进行分析从而完成人体坐姿的识别，并把结果最终显示到计算机屏幕上。

本实用新型的光敏电阻矩阵工作原理就是利用座椅背部的光敏电阻实时的监测座椅背部光照强度的变化，通过光照强度的变化来分析人体背部坐姿的变化。当人体向前倾斜时，背部的光照强度强度较大，因此在光敏电阻电压转换电路中光敏电阻分得的电压变小。当人体向后倾斜时，背部光线大部分都被遮挡，因此光敏电阻分得的电压变大。当人体左抬腿或右抬腿时，布置于该腿下的光敏电阻测得的光照强度增加，其分得的电压值远远小于正坐时，因此布置的光敏电阻可以较好的区别人体背部的不同坐姿。

本实用新型FSR压力传感器的工作原理就是当人体坐姿改变时FSR压力传感器表面的压力会产生不同的变化，通过人体臀部、腿部与椅座间压力的变化来判断人体臀部、腿部姿态的变化。当人体保持正坐坐姿时，座椅接触面压力分布均匀。当人体身体向前倾斜时，左腿以及右腿的压力会增加，左臀部以及右臀部的压力会明显减小。当人体坐姿处于抬腿动作时，抬起腿的压力传感器表面压力会明显减小。因此布置FSR压力传感器可以完成人体臀部和腿部坐姿的识别工作。

本实用新型FSR压力传感器主要完成人体臀部及腿部姿态的识别，光敏电阻矩阵主要完成人体背部姿态的识别。本实用新型将压力传感器与光敏电阻矩阵相结合确保了人体坐姿识别的完整性与准确性。