一种基于称重传感器的人体行为反馈装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于称重传感器的人体行为反馈装置和方法。包含称重传感器本体、数据处理模块和应用装置，称重传感器装置本体包含称重传感器模块，数据采集模块和无线发射模块，称重传感器模块与数据采集模块连接，数据采集模块与无线发射模块连接。数据处理模块包含无线接收模块和数据处理模块，无线接收模块和数据处理模块连接。数据处理模块对称重传感器装置本体传送过来的信号进行处理，数据处理模块与应用装置连接，数据处理模块发送控制信号到应用装置实现对人体行为的反馈。本发明实现了对人体行为的分析和反馈，能对人体坐姿行为进行检测，根据人体坐姿行为控制应用装置，并且该装置由于使用无线传输所以不受人体行为的影响。
【专利说明】
一种基于称重传感器的人体行为反馈装置和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种人体行为装置，尤其是涉及一种基于称重传感器的人体行为反馈 装置和方法。
【背景技术】
[0002] 随着生活水平的提高，人们越来越重视自己的健康。尤其对于长期需要伏案工作 的城市白领和学生来说，坐姿对人体健康的影响很大，所以近年来智能化座椅已经成为智 能家居的一个重要发展方向。因此，现有技术中缺少能对人体坐姿习惯分析和健康检测等 方面进行人体行为分析和反馈的装置。
【发明内容】
[0003] 为了解决【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于称重传感器的 人体行为反馈装置和方法，可实现人体坐姿的行为检测，并且可以应用于人体坐姿习惯分 析，健康检测等方面。
[0004] 本发明采用的技术方案是：
[0005] -、一种基于称重传感器的人体行为反馈装置：
[0006] 装置包含称重传感器本体、数据处理模块和应用装置，称重传感器装置本体包含 称重传感器模块，数据采集模块和无线发射模块，称重传感器模块与数据采集模块连接，数 据采集模块与无线发射模块连接;数据处理模块包含无线接收模块和数据处理模块，无线 接收模块和数据处理模块连接。数据处理模块对称重传感器装置本体传送过来的信号进行 处理分析，数据处理模块与应用装置连接，数据处理模块发送控制信号到应用装置实现对 人体行为的反馈。
[0007] 所述的称重传感器模块安装在座椅的支撑脚底部，称重传感器装置本体采集座椅 与地面之间的压力数据传送到数据处理模块，数据处理模块的数据处理模块对压力数据进 行处理，数据处理模块产生反馈控制信号发送到应用装置，应用装置输出视觉和听觉的反 馈。
[0008] 所述的应用装置包括照明器件和音频器件等用于提醒的设备。
[0009] 所述的数据处理模块经调节开关与照明器件连接，数据处理模块控制调节开关的 占空比，进而控制输入到照明器件的电流大小。
[0010] 所述的称重传感器模块包含有多个称重传感器，所述的数据采集模块包含有多个 仪表放大器和带多路ADC的微处理器，微处理器的路数和仪表放大器的数量与称重传感器 的数量相同，每个称重传感器经各自的仪表放大器连接到微处理器对应的输入端口。
[0011]所述无线发射模块和无线接收模块之间通过高频电磁耦合无线连接。
[0012] 二、一种基于称重传感器的人体行为反馈方法：
[0013] 采用所述装置，通过座椅四角的支撑脚上的四个称重传感器采集座椅与地面之间 的压力数据传送到数据处理模块，数据处理模块的数据处理模块对压力数据进行处理，所 述的数据处理模块中对传送过来的压力数据进行分析处理，确定人体的重心位置，通过人 体的重心位置和人体特性判断出人体的行为特征。
[0014]所述数据处理模块中，人体重心的数据采用以下公式计算获得：
[0017] 其中，'\￥1.1.1、'\￥1.1.2、'?1.1.3、'?1.1.4分别是称重传感器的质量，1、7分别表示人体重心在 称重传感器中建立坐标系下的X轴和y轴位置。
[0018] 所述数据处理模块与应用装置连接起来，通过使用数据处理模块可以有效的控制 应用装置。如连接照明装置可以根据人体坐姿体调整桌面光线强度;如连接音频提醒装置 可提醒过度疲劳等情况。
[0019] 具体的可以是通过人体的重心位置确定人体前倾时，通过数据处理模块减小台灯 的电流大小，从而使台灯变暗;通过人体的重心位置确定人体后倾时，通过数据处理模块增 大台灯的电流大小，从而使台灯变亮。
[0020] 本发明具有的有益效果是：
[0021] 本发明实现了对人体行为(如前倾，后倾，左倾，右倾等）的分析和反馈，能对人体 坐姿习惯进行检测。该装置可应用于人体坐姿分析，健康检测等方面，并且该装置由于使用 无线传输所以不受人体行为的影响。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明装置的连接结构框图。
[0023] 图2是本发明装置的实施例安装示意图。
[0024]图3是数据采集模块的电路框图。
[0025] 图4是基于称重传感器的人体行为分析和应用装置示意图。
[0026] 图5是称重传感器与重心坐标轴的示意图。
[0027]图6是称重传感器的原始数据图。
[0028] 图7是基于称重传感器原始数据的人体重心数据图。
[0029] 图8是实施例应用装置反馈的灯光调整和音频提醒的流程图。
[0030] 图中：1、称重传感器装置本体，1.1、称重传感器模块，1.1.1、称重传感器，1.1.2、 称重传感器，1.1.3、称重传感器，1.1.4、称重传感器，1.2、数据采集模块，1.2.1、仪表放大 器，1.2.2、仪表放大器，1.2.3、仪表放大器，1.2.4、仪表放大器，1.2.5、微处理器，1.3、无线 发射模块，2、数据处理模块，2.1、无线接收模块，2.2、数据处理模块，3、应用装置，3.1、台 灯，3.2、喇ΒΛ，4、桌子，5、椅子。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0032] 如图1所示，本发明包括依次连接的称重传感器装置本体1，人体行为分析的数据 处理模块2和应用装置3,称重传感器装置本体1包含数据采集模块1.2、无线发射模块1.3和 多个安装在椅子的称重传感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4,称重传感器1.1.1、1.1.2、 1.1.3、1.1.4与数据采集模块1.2的输入端连接，数据采集模块1.2的输出端经无线发射模 块1.3与数据处理模块2无线通信连接;数据处理模块2包含无线接收模块2.1和数据处理模 块2.2，数据处理模块2.2通过无线接收模块2.1接收称重传感器装置本体1传送过来的信号 进行处理分析，数据处理模块2.2与应用装置3连接，数据处理模块2.2发送控制信号到应用 装置3通过照明器件和音频器件等用于提醒的设备的对人体行为产生反馈。
[0033]数据处理模块2.2经调节开关与应用装置3连接，数据处理模块2.2控制调节开关 的占空比，进而控制输入到应用装置的电流大小。
[0034] 数据采集模块1.2包含有多个仪表放大器1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4和带多路ADC 的微处理器1.2.5，微处理器1.2.5的路数和仪表放大器的数量均与称重传感器1.1.1、 1.1.2、1.1.3、1.1.4的数量相同，每个称重传感器经各自的仪表放大器连接到微处理器 1.2.5对应的输入端口。
[0035]无线发射模块1.3通过产生高频交变磁场将数据发射出去，无线接收模块2.1通过 从高频交变磁场感受电压获得数据，然后无线接收模块2.1通过USB与数据处理模块2.2(如 计算机)连接实现数据的获取。
[0036]本发明的具体实施例及其实施过程如下：
[0037]称重传感器采用高精度50Kg压力称重传感器，技术指标如表1所示，仪表放大器采 用INA128,带4路ADC的微处理器采用STM8S105K4,无线发射模块采用NRF24L01，无线接收模 块采用NRF24L01。
[0038]表1
[0040]如图2所示，人的座椅具有四个支撑脚，座椅的四个支撑脚底部安装有四个称重传 感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4，称重传感器装置本体1采集座椅四角与地面之间的压力数 据传送到数据处理模块2中分析处理，数据处理模块2产生反馈控制信号发送到应用装置3， 应用装置3输出视觉和听觉的反馈提醒坐在座椅上的人进行坐姿调整。因此，数据采集模块 1.2中包含有4个仪表放大器1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4,微处理器1.2.5带4路ADC，如图3所 不。
[0041 ]称重传感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4的输出数据通过数据采集模块1.2的仪表 放大器1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4进行放大，数据采集模块1.2的带4路ADC的微处理器 1.2.5对仪表放大器1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4的输出数据进行ADC采样，然后由无线发射 模块1.3通过产生高频交变磁场将数据发射出去，人体行为分析数据处模块2的无线接收模 块2.1通过从高频交变磁场感受电压获得数据，通过USB发送到数据处理模块2.2。
[0042]如图4所示，实施例的应用装置3采用台灯3.1和喇叭3.2，数据处理模块2.2与台 灯、喇叭连接起来，通过使用数据处理模块2.2可以有效的控制应用装置。
[0043] 如图5所示，以称重传感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4为基准建立坐标系，传感器 1.1.1、1.1.3之间的连线作为坐标轴的X轴，传感器1.1.2、1.1.4之间的连线作为坐标轴的y 轴，X轴和y轴的交点为原点。数据采集模块对称重传感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4的数据 进行采集，数据处理模块得到的称重传感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4的原始数据如图6所 示。通过数据处理模块对原始处理进行如下处理，得到人体重心的数据如图7所示。
[0046]其中 W1.1.1、W1.1.2、W1.1.3、W1.1.4 分别是称重传感器 1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4 的质 量。
[0047]由于人坐在椅子上，双腿朝前，所以在正常坐姿下，人体的重心朝前，且在X轴和y 轴的角平分线上，当人体前倾时，重心沿X轴和y轴角平分线的正向移动，当人体后倾时，重 心沿X轴和y轴角平分线的反向移动；当人体左倾时，重心向X轴和y轴角平分线的左侧移动， 人体右倾时，重心向X轴和y轴角平分线的右侧移动。
[0048] 从图7中可以看出，人体的行为动作开始的时候为前倾，然后由前倾变换为后倾， 其次由后倾变换为左倾，最后由左倾变换为右倾。通过以上分析可以看出，通过数据处理模 块确定人体的重心位置，可以实现人体行为特征的分析。
[0049] 如图8所示，当人体前倾时，通过数据处理模块减小台灯的电流大小，从而使台灯 变暗，从而保护人的眼睛，同理，当人体后倾时，通过数据处理模块增大台灯的电流大小，从 而使台灯变亮，保护人的眼睛。当人体长时间处于前倾，后倾，左倾，右倾时，数据处理模块 会触发喇叭开关，发出报警提醒当前处于长时间不健康坐姿状态，当恢复正常坐姿后，报警 关闭。
[0050] 如图8所示，数据处理模块通过灯光调整模块和音频提醒模块实现对灯光的调整 以及音频提醒的控制。具体实施中，是通过控制调节开关的占空比，进而控制输入到台灯和 喇叭的电流大小，从而控制台灯明暗和喇叭音量。
【主权项】
1. 一种基于称重传感器的人体行为反馈装置，其特征在于： 包含称重传感器本体（1)、数据处理模块(2)和应用装置(3)，称重传感器装置本体（1) 包含称重传感器模块（I. 1)，数据采集模块（1.2)和无线发射模块（1.3)，称重传感器模块 (1.1) 与数据采集模块连接(1.2)，数据采集模块(1.2)与无线发射模块连接(1.3);数据处 理模块(2)包含无线接收模块(2.1)和数据处理模块(2.2)，无线接收模块(2.1)和数据处理 模块(2.2)连接。数据处理模块(2.2)对称重传感器装置本体（1)传送过来的信号进行处理 分析，数据处理模块(2.2)与应用装置(3)连接，数据处理模块(2.2)发送控制信号到应用装 置(3)实现对人体行为的反馈。2. 根据权利要求1所述的一种基于称重传感器的人体行为反馈装置，其特征在于： 所述的称重传感器模块（1.1)安装在座椅的支撑脚底部，称重传感器装置本体（1)采集 座椅与地面之间的压力数据传送到数据处理模块(2)，数据处理模块（2)的数据处理模块 (2.2) 对压力数据进行处理，数据处理模块(2.2)产生反馈控制信号发送到应用装置(3)，应 用装置(3)输出视觉和听觉的反馈。3. 根据权利要求1所述的一种基于称重传感器的人体行为反馈装置和方法，其特征在 于:所述的应用装置(3)包括照明器件(3.1)和音频器件(3.2)等用于提醒的设备。4. 根据权利要求1所述的一种基于称重传感器的人体行为反馈装置，其特征在于:所述 的数据处理模块(2.2)经调节开关与照明器件(3.1)连接，数据处理模块(2.2)控制调节开 关的占空比，进而控制输入到照明器件(3.1)的电流大小。5. 根据权利要求1所述的一种基于称重传感器的人体行为反馈装置，其特征在于:所述 的称重传感器模块(1.1)包含有多个称重传感器(1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4)，所述的数据 采集模块(1.2)包含有多个仪表放大器(1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4)和带多路ADC的微处理 器（1.2.5)，微处理器（1.2.5)的路数和仪表放大器的数量与称重传感器（1.1.1、1.1.2、 1.1.3、1.1.4)的数量相同，每个称重传感器经各自的仪表放大器连接到微处理器（1.2.5) 对应的输入端口。6. 根据权利要求1所述的一种基于称重传感器的人体行为反馈装置，其特征在于： 所述无线发射模块(1.3)和无线接收模块(2.1)之间通过高频电磁耦合无线连接。7. -种基于称重传感器的人体行为反馈方法，其特征在于:采用权利要求2所述装置， 通过座椅四角的支撑脚上的四个称重传感器(1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4)采集座椅与地面 之间的压力数据传送到数据处理模块(2)，数据处理模块(2)的数据处理模块(2.2)对压力 数据进行处理，所述的数据处理模块(2.2)中对传送过来的压力数据进行分析处理，确定人 体的重心位置，通过人体的重心位置和人体特性判断出人体的行为特征。8. 根据权利要求7所述的一种基于称重传感器的人体行为反馈方法，其特征在于:所述 数据处理模块中，人体重心的数据采用以下公式计算获得：其中，'?1.1.1、'\￥1.1.2、'?1.1.3、'?1.1.4分别是称重传感器（1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4)的质量， x、y分别表示人体重心在称重传感器中建立坐标系下的X轴和y轴位置。9.根据权利要求7所述的一种基于称重传感器的人体行为反馈方法，其特征在于:通过 人体的重心位置确定人体前倾时，通过数据处理模块减小台灯的电流大小，从而使台灯变 暗;通过人体的重心位置确定人体后倾时，通过数据处理模块增大台灯的电流大小，从而使 台灯变亮。
【文档编号】G01M1/12GK106017798SQ201610321572
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】张美 , 张彦斌, 范腾龙, 叶生喧, 皇甫江涛, 冉立新
【申请人】浙江大学