一种应用于坐式的保护颈椎的提醒装置的制作方法

本实用新型涉及一种应用于坐式的保护颈椎的提醒装置。

背景技术：

随着电脑等电子产品的普及，人们不得不需要长时间低头工作，这将对人们的颈椎造成严重的伤害。我国现近有1.5亿人患有颈椎病。而且，颈椎病日趋年轻化，20～40岁的青壮年颈椎病患病率高达59.1％，对颈椎的保护已经刻不容缓。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种应用于坐式的保护颈椎的提醒装置，

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种应用于坐式的保护颈椎的提醒装置，包括聚合物锂电池、PCB板、壳体、OLED显示屏；所述PCB板安装在壳体上，所述PCB板上安装有电源模块、微控制器、六轴加速度传感器、报警模块；

所述电源模块包括稳压芯片M1、电感L1‐L2、电阻R4‐R6、极性电容C9、非极性电容C10、二极管D3；所述电感L1的一端接地，另一端分别接稳压芯片M1的接地端和使能端；电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端和聚合物锂电池相连后与稳压芯片M1的输入端口相连，电阻R4和电阻R5的公共端与微控制器的I/O端口相连；稳压芯片M1的负反馈端口和输出端口相连于一点，非极性电容C10的一端、极性电容C9的正极、二极管D3的正极以及电感L2的一端均与该点相连；二极管D3的负极和电阻R6的一端相连；非极性电容C10的另一端、极性电容C9的负极以及电阻R6的另一端均接地；电感L2的另一端作为电源输出端口；

微控制器的电源端口与电源模块的电源输出端口相连，微控制器的接地端口接地；

OLED显示屏的电源端口与电源模块的电源输出端口相连，OLED显示屏的接地端口接地；OLED显示屏的片选端口、同步时钟端口、主输入从输出端口、主输出从输入端口分别与微控制器的I/O端口相连；

六轴加速度传感器的电源端口与电源模块的电源输出端口相连，六轴加速度传感器的接地端口、物理位置确定端口、中断引脚端口均接地，六轴加速度传感器的时钟线端口、数据线端口分别与微控制器的I/O端口相连；

所述报警模块包括蜂鸣器、电阻R17、三极管Q1；所述蜂鸣器的一端与电源模块的电源输出端口相连，蜂鸣器的另一端与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的基极与电阻R17的一端，电阻R17的另一端与微控制器的I/O端口相连，三极管Q1的发射极接地。

进一步的，所述稳压芯片M1采用TPS7333芯片。

进一步的，所述微控制器采用STM32F103。

进一步的，所述六轴加速度传感器采用MPU6050。

进一步的，所述壳体内还安装有拉杆、导轨、弹簧；所述导轨滑动设置在壳体内，所述导轨3上表面开有第一滑槽、第二滑槽和第三滑槽，所述第一滑槽的一端与第二滑槽的一端相衔接，第二滑槽的另一端和第三滑槽的一端相衔接，第三滑槽的另一端与第一滑槽相通，所述第三滑槽的另一端的槽深小于第一滑槽的槽深；所述第二滑槽的底部具有锯齿结构，所述锯齿结构为呈阶梯状，从第二滑槽的一端到第二滑槽的另一端逐级下降；所述第二滑槽具有凹槽部；

所述导轨上一体成型有限位支撑条，所述限位支撑条的一面自由端部具有第一凸起，限位支撑条的另一面自由端部具有第二凸起；

所述导轨侧面开有容纳槽；所述PCB板插入到容纳槽内；

所述PCB板开有第一通孔，所述第一凸起与第一通孔相配合；

所述壳体上开有第二通孔，所述第二凸起设置在第二通孔内；

所述拉杆呈U形，拉杆的一端与壳体铰接，拉杆的另一端设置在第一滑槽或第二滑槽上；

所述弹簧的一端与导轨相连，弹簧的另一端与壳体相连；

进一步的，所述OLED显示屏嵌在壳体表面上。

进一步的，所述壳体的背部平行安装有两个夹子。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型使用微控制器，通过IIC协议的技术，对MPU6050的俯仰角进行读取，实现了对头部的俯仰角进行有效地测量。通过SPI协议的技术将头部倾角实时显示在OLED上，实现了使用者实时获取头部状态的功能。通过壳体内使用连杆、弹簧、单向导轨组合起来的机构，实现了固定PCB板并给PCB板的装取带来方便。

附图说明

图1是实用新型的pcb板上电路连接示意图；

图2是本实用新型的外观结构示意图；

图3是本实用新型电源模块电路图；

图4是本实用新型微控制器电路图；

图5是本实用新型OLED显示屏电路图；

图6是本实用新型六轴加速度传感器电路图；

图7是本实用新型报警模块电路图；

图8是本实用新型壳体内部结构轴侧示意图；

图9是本实用新型壳体的后视图；

图10是本实用新型导轨的轴侧示意图；

图11是本实用新型导轨的主视图；

图12是图11中A‐A向剖视图；

图13是本实用新型安装在眼镜架上的安装位置示意图；

图中，壳体1、PCB板2、拉杆3、导轨4、弹簧5、夹子6、第一滑槽41、第二滑槽42和第三滑槽43、凹槽部44、限位支撑条45、第一凸起46、第二凸起47、容纳槽48、第二通孔11。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1‐2所示，本实用新型提供一种应用于坐式的保护颈椎的提醒装置，包括聚合物锂电池、壳体1、PCB板2、OLED显示屏；所述PCB板2安装在壳体1上，所述PCB板2上安装有电源模块、微控制器、六轴加速度传感器、报警模块；

如图3所示，所述电源模块包括稳压芯片M1、电感L1‐L2、电阻R4‐R6、极性电容C9、非极性电容C10、二极管D3；所述电感L1的一端接地，另一端分别接稳压芯片M1的接地端和使能端(EN端口)；电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端和聚合物锂电池相连后与稳压芯片M1的输入端口相连；电阻R4和电阻R5的公共端与微控制器的I/O端口相连；稳压芯片M1的负反馈端口(FB端口)和输出端口相连于一点，非极性电容C10的一端、极性电容C9的正极、二极管D3的正极以及电感L2的一端均与该点相连；二极管D3的负极和电阻R6的一端相连；非极性电容C10的另一端、极性电容C9的负极以及电阻R6的另一端均接地；电感L2的另一端作为电源输出端口；所述稳压芯片M1采用TPS7333芯片，但不限于此。

如图4所示，微控制器的电源端口与电源模块的电源输出端口相连，微控制器的接地端口接地；所述微控制器采用STM32F103，但不限于此。

如图5所示，OLED显示屏的电源端口与电源模块的电源输出端口相连，OLED显示屏的接地端口接地；OLED显示屏的片选端口(CS端口)、同步时钟端口(SCK端口)、主输入从输出端口(MISO端口)、主输出从输入端口(MOSI端口)分别与微控制器的I/O端口相连；OLED显示屏可以嵌入到壳体1的正面，使其不易移动，同时可以将电源电量以及头部倾角等数据实时反应给用户，本实用新型使用6引脚的OLED显示屏，微控制器通过SPI的方式将电源电量以及头部倾角在OLED显示屏上显示。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便。

如图6所示，六轴加速度传感器的电源端口与电源模块的电源输出端口相连，六轴加速度传感器的接地端口、物理位置确定端口(AD0端口)、中断引脚端口(INT端口)均接地，六轴加速度传感器的时钟线端口(SCL端口)、数据线端口(SDA端口)分别与微控制器的I/O端口相连；所述六轴加速度传感器内部整合了3轴陀螺仪和3轴加速度传感器，利用自带的数字运动处理器(DMP:Digital Motion Processor)硬件加速引擎，通过主IIC接口，向应用端输出完整的6轴融合演算数据；所述六轴加速度传感器采用MPU6050，但不限于此。

如图7所示，所述报警模块包括蜂鸣器、电阻R17、三极管Q1；所述蜂鸣器的一端与电源模块的电源输出端口相连，蜂鸣器的另一端与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的基极与电阻R17的一端，电阻R17的另一端与微控制器的I/O端口相连，三极管Q1的发射极接地。

本实施例中上述pcb板2上的电路的工作原理如下：电感L2接TPS7333的输出端，用于稳定输出端的电流，电容C10连接在输出端和地端之间，用于稳定输出的电压，与电容C10并联的钽电容C9用于防止过大的瞬态电流给电路带来的损害。D3和R6串联后接在输出端，使二极管D3的亮暗来显示此稳压模块的工作情况。聚合物锂电池的3.7V输出端挂有R4、R5用于分压，这样将聚合物锂电池的电压情况通过线性缩小反馈给微控制器的AD引脚PC0，且反馈电压不超过3.3V。微控制器的PA8的I/O口置高，可以使三极管Q1导通，从而使蜂鸣器响起。微控制器通过IIC接口和SPI接口分别与MPU6050和OLED对应的引脚相接，实现通信，用于读取俯仰角并将其显示出来。MPU6050的AD0接地，使其从机地址为0X68，INT接地，使其不发生中断相应。MPU6050、OLED和微控制器均用3.3V电压供电。

如图8‐9所示，所述壳体1内还安装有拉杆3、导轨4、弹簧5；所述导轨4滑动设置在壳体1内，所述导轨4上表面开有第一滑槽41、第二滑槽42和第三滑槽43，所述第一滑槽41的一端与第二滑槽42的一端相衔接，第二滑槽42的另一端和第三滑槽43的一端相衔接，第三滑槽43的另一端与第一滑槽41相通，所述第三滑槽43的另一端的槽深小于第一滑槽41的槽深；所述第二滑槽42的底部具有锯齿结构，所述锯齿结构为呈阶梯状，如图12所示，从第二滑槽42与第一滑槽41相连的一端到第二滑槽42的另一端逐级下降，使得拉杆3的沿第二滑槽42单方向运动；所述第二滑槽42具有凹槽部44，用于勾住拉杆3的另一端；

如图10‐11所示，所述导轨4上一体成型有限位支撑条45，所述限位支撑条45的一面自由端部具有第一凸起46，限位支撑条45的另一面自由端部具有第二凸起47；

所述导轨4侧面开有容纳槽48；所述PCB板2插入到容纳槽48内，如图12所示；

所述PCB板2开有第一通孔，所述第一凸起46与第一通孔相配合；

所述壳体1上开有第二通孔11，所述第二凸起47设置在第二通孔内；

所述拉杆3呈U形，拉杆3的一端与壳体1铰接，拉杆3的另一端设置在第一滑槽41或第二滑槽42上；

所述弹簧5的一端与导轨4相连，弹簧5的另一端与壳体1相连；

所述OLED显示屏嵌在壳体1表面上。

如图2所示，所述壳体1的背部平行安装有两个夹子6，用来夹持眼镜架的镜腿，2个固定点的方式能够确保壳体可以稳定地夹持于眼镜架上，并且不易于发生松动，以使传感器对倾角的测量更加得准确。

本实用新型的工作过程如下：

如图13所示，将PCB板2出入导轨4侧面开有容纳槽48，通过第一凸起46与第一通孔相配合，使得PCB板2固定在导轨4上，按下PCB板2，初始放置在第一滑槽41上的拉杆3的另一端开始从第二滑槽42与第一滑槽41相连的一端滑第二滑槽42的另一端，途中经过凹槽部44时，拉杆3的另一端勾住凹槽部44，使得导轨4被固定住，继续按下拉杆3的另一端开始离开凹槽部44，在弹簧5的作用下，拉杆3的另一端从第三滑槽43拉回第一滑槽41。

当pcb板2安装到壳体1后，通过壳体1上的两个夹子6来夹持使用者的眼镜架的镜腿，2个固定点的方式能够确保壳体可以稳定地夹持于眼镜架上，并且不易于发生松动，以使传感器对倾角的测量更加得准确。

微控制器会通过AD的方式将聚合物锂电池的电压读取出来，本实施例中由于使用的是以ARM CORTEX‐M3为内核的STM32，其ADC端可测的极限电压为+3.3v。聚合物锂电池的电压经过电阻R4和R5的进行分压后接入微控制器的ADC端，所以微控制器通过ADC端实际测得的电压为2.97V～3.3V。当通过ADC端测得电压小于2.97V，即影响系统正常供电，微控制器便会让蜂鸣器发出警报，提醒使用者及时充电。

微控制器先对OLED显示屏进行初始化，再通过SPI的通信方式将聚合物锂电池的电量以及头部倾角在屏幕上显示出来，方便使用者知道该设备当前的情况。

微控制器通过IIC协议对六轴加速度传感器经行初始化，六轴加速度传感器获取使用者的头部的姿态信息，通过其自带的数字运动处理器(DMP)进行处理，从而将俯仰角输出给微控制器；微控制器每隔10ms对数据进行一次采集，微控制器将把最新采集得到的俯仰角与危害颈椎的极限角相比较，此处设定极限角为60°(据报道，纽约脊椎手术及康复中心在《国际外科科技》期刊发表报告指出，不同低头幅度，会让颈椎承受不同重量。报告说，人体维持垂直站立姿势时，颈椎承受重压为10至12磅，当头向下垂15度时，压力便会倍增至27磅。若低头角度达60度，颈椎更要承受60磅的巨大重量)。若测量值大于极限角，则蜂鸣器发出警报，提醒使用者及时活动颈部。

数据的采集实时更新，即每一次测量出的新的值会对上一次测量的值进行覆盖，使系统更加得准确有效的工作。