一种坐姿监测方法及系统与流程

本发明涉及传感技术领域，具体涉及一种坐姿监测系统。

背景技术：

由于大部分上班族及学生在日常工作和学习中需要久坐，而其中有相当数量的人不能保持良好的坐姿。而不良的坐姿则会导致近视、颈椎病、腰椎病等一系列问题，影响青少年学生的身体发育，危害人们健康。当人们感觉到因为自己的坐姿问题引发了一系列不良反应之后，才进行保守治疗或者手术治疗。身体承受痛苦，经济蒙受损失，然而治疗结果总不能尽如人意。可见坐姿问题虽是小事，却影响巨大。

市面上现有的坐姿矫正产品，如坐姿矫正带，坐姿矫正架等。只能在坐姿出现问题，需要矫正之后才能发挥作用，且束缚感强，不便于日常运动。而坐姿矫正椅，占据空间较大，售价较高，且不便于移动，不能每天从家里搬到学校或公司。

可见，市场上急需一款好的坐姿矫正产品，当用户坐姿出现问题时可以立刻收到提醒，并且能根据用户的坐姿数据给出准确的矫正建议，起到提前预防，从源头上杜绝因为不良坐姿而引发的健康问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种坐姿监测方法及系统，用以及时提醒用户调整坐姿，并且生成用户坐姿数据报表，从而及时、有效地避免引发进一步的健康问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种坐姿监测方法，所述方法包括：

一种坐姿监测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取第一用户的坐姿数据；

对所述坐姿数据进行处理，生成坐姿的角度值；

将所述角度值和预设的角度阈值进行比较，当所述角度值不小于预设的角度阈值时，生成提醒信号，所述提醒信号用于指示所述第一用户调整坐姿。

在一种可能的实现方式中，所述坐姿数据包括：

角速度和x轴方向的加速度，其中，所述x轴与重力方向相垂直。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

根据时间顺序，对所述角度值进行存储；

将存储的所述角度值发送给终端，以使第二用户通过所述终端获取第一用户的坐姿状态。

在一种可能的实现方式中，所述提醒信号包括：声音提醒信号和震动提醒信号。

第二方面，本发明提供了一种坐姿监测系统，所述监测系统包括：

传感器，所述传感器用于获取第一用户的坐姿数据；

处理器，对所述坐姿数据进行处理，生成坐姿的角度值；

所述处理器还用于，将所述角度值和预设的角度阈值进行比较，当所述角度值不小于预设的角度阈值时，生成提醒信号，所述提醒信号用于指示所述第一用户调整坐姿。

在一种可能的实现方式中，所述坐姿数据包括：

角速度和x轴方向的加速度，其中，所述x轴与重力方向相垂直。

在一种可能的实现方式中，所述坐姿监测系统还包括存储器和收发单元：

所述存储器，用于根据时间顺序，对所述角度值进行存储；

所述收发单元，用于将存储的所述角度值发送给终端，以使第二用户通过所述终端获取第一用户的坐姿状态。

在一种可能的实现方式中，所述提醒信号包括：声音提醒信号和震动提醒信号。

本发明具有如下优点：

可以及时提醒用户调整坐姿，从而避免引发进一步的健康问题。

可以获取用户的坐姿数据，利用大量数据分析用户的坐姿行为，生成用户坐姿报表，以更好地提供用户坐姿纠正意见。

用户坐姿上传时，不用经过服务器(即云服务器等)，用户手机即可与坐姿检测系统直接相连，加大了数据的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的坐姿监测方法流程图；

图2为本发明实施例提供的处理器的处理流程图；

图3为本发明实施例提供的坐姿监测系统结构示意图；

图4为图3的一个具体实施例。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

图1为本发明实施例提供的坐姿监测方法流程图。该方法可以用于坐姿监测系统，下面对该坐姿监测方法进行描述。

步骤110，获取第一用户的坐姿数据。

该方法的执行主体可以是坐姿监测系统中的处理器。

步骤120，对所述坐姿数据进行处理，生成坐姿的角度值。

坐姿数据可以包括：角速度和x、y、z轴方向的加速度，其中，所述x轴与重力方向相垂直。

该方法的执行主体可以是坐姿监测系统中的传感器模块，该传感器模块可以是mpu6050模块，mpu6050模块为六轴传感器模块，包括三轴加速度、三轴角速度。由于该mpu6050模块将加速度和角速度检测集中起来，因此，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，而且由于用六轴传感器模块实现了陀螺仪和加速器的功能，元器件的使用量减少，因此，也减少了封装空间，而且在使用时，其数据维度较大，便于监测及数据准确性的实现，方便操作。

当将该坐姿监测系统佩戴在胸前时，左胸到右胸的中心点为原点，经过原点，重力方向为y轴，经过原点，与y轴垂直的为x轴，经过原点，与x轴和y轴垂直的为z轴。在将该坐姿监测系统佩戴在胸前时，其可自动校准方向，默认为上述坐标为标准坐标系。

该步骤的执行主体可以是坐姿监测系统中的处理器，该处理器的型号可以为cc2541处理器，也可以为nrf51822等低功耗蓝牙芯片的处理器，该蓝牙芯片便于后续和终端，比如手机进行通信。该设备(即坐姿监测系统)需要客户携带，供电采用锂电池，因此需要选用低功耗芯片，通信方式选用可与手机直连的蓝牙，速率够用，成本低廉。

处理器对于获取到的加速度和角速度，需要对其进行滤波，以使获得的数据更加精准，且易于实现。在滤波时，可以采取卡尔曼滤波法，滤除加速度和角速度数据中的噪声，对滤波后的角速度积分并通过加速度修正得到角度值。该角度值根据坐姿监测系统的佩戴位置而不同，比如，将该系统佩戴在胸前时，佩戴的位置的中心点为原点，左胸到有胸的所在的直线方向为x轴方向，经过原点，与x轴垂直(也可以说是脊椎所在的方向)为y轴方向。此时，该角度值也可以理解为绕x轴的旋转角度。卡尔曼滤波法能够对现场采集的数据进行实时的更新和处理，其在通信、导航、制导与控制等多领域应用广泛。

步骤130，将所述角度值和预设的角度阈值进行比较，当所述角度值不小于预设的角度阈值时，生成提醒信号，所述提醒信号用于指示所述用户调整坐姿。

其中，可以在第一存储器中预先存储角度阈值，该角度阈值可以根据需要进行设定，比如，20度。该数值是经过大量的数据分析来设置的。在一个实施例中，预设的角度阈值可以是20度，超过20度时，生成提醒信号，比如“滴滴”声音，或者震动声(可通过设备的拨键进行提醒方式切换)，以提醒第一用户坐姿不规范，需要进行调整。

在另一个实施例中，预设的角度阈值可以包括两个，第一角度阈值和第二角度阈值，第一角度阈值可以是20度，第二角度阈值可以是70度，当坐姿的角度大于或等于20度，小于70度时，生成提醒信号，在70度以上(包括70度)时，不生成提醒信号，以此，可以避免将用户趴在桌子上睡觉，或者低头捡拾到物品误识别为不良坐姿。

进一步的，所述方法还包括：

步骤140，根据时间顺序，对所述角度值进行存储。

步骤150，将存储的所述角度值发送给终端，以使第二用户通过所述终端获取第一用户的坐姿状态。

需要说明的是，步骤140、150可以和步骤130的执行顺序不受编号的影响。

该处理器中具有第一存储器，该第一存储器可以对坐姿的角度值进行存储。比如，该第一存储器可以按照一定的周期，对坐姿的角度值进行存储，比如，存储10分钟之内的角度值。

然后，将存储的10分钟之内的角度值周期性的发送给第二存储器，可以理解的是，第二存储器的存储空间大于第一存储器，由此，通过第二存储器，可以对一定时间的角度值进行存储，便于后续的分析处理。

需要说明的是，在第一存储器中的角度值存储到第二存储器后，第一存储器可以自动清零，以便于对下一周期的角度值进行存储。当需要发送一定时间内的角度值时，处理器可以直接从第二存储器中获取该一定时间内的角度值，从而，便于后续终端接收到一定时间内的角度值后，利用该角度值生成坐姿报表。

比如，第一存储器中的角度值，可以通过蓝牙传输给终端，以使第二用户通过所述终端获知第一用户的坐姿状态。比如，生成坐姿报表，通过坐姿报表可以查看第一用户一定时期内收到提醒信号的次数，可以直观的看出用户的坐姿是否改善。终端可以是手机、ipad等。

该第二用户和第一用户可以相同，也可以不同，比如，第一用户可以是佩戴者本人，第二用户可以是佩戴者亲属，比如父母等，当第一用户和第二用户不同时，第二用户可以通过终端上的坐姿报表，提醒第一用户调整坐姿等。

在一个例子中，该终端上安装有坐姿监测系统app，终端接收到第一用户一个时期内的角度值时，可以该时期内的角度值进行处理并生成其坐姿报表，以此提醒终端的持有者坐姿的变化，终端的持有者，即第二用户，比如父母，当终端的持有者为父母时，所述角度曲线可以直观的看出坐姿是否改善，或者也可以通过父母提醒用户调整坐姿。

终端和处理器通信时，可以采用蓝牙通信。下面，对终端和处理器之间如何通过蓝牙通信进行具体的描述。

首先，设置终端的蓝牙的媒体访问控制(mediaaccesscontrol，mac)地址。为了简化使用，可以直接选择设置蓝牙的mac地址，并且将其进行存储用以达到快速连接坐姿监测系统的目的。在设置蓝牙mac时，终端能够自动检测到输入地址错误的问题并能够避免输入错误。

接着，与坐姿监测系统的蓝牙模块连接。本申请使用ble4.0协议进行连接，在与蓝牙能够正常通信的情况下获取到蓝牙的服务，然后通过设置不同的蓝牙的特征值的描述，使得蓝牙的不同特征值具有不同的功能。在本申请中由于蓝牙模块具有通知权限，因此设置其通知功能。

最后，是与终端之间的通信。当终端为手机时，且该手机为安卓(android)可以通过直接调用android应用程序编程接口(applicationprogramminginterface,api)来获取包括信号强度，读写特征方法等，通过读特征值通知得到数据的内容。然后向写特征值写入数据来实现与终端的通信。

下面，对蓝牙的具体设计进行描述。

由于一条蓝牙双包能够容纳20个字节的数据，因此，设计的通信协议使得每个数据包都能够满足不超过20字节的要求。所以能够简化数据包解析处理过程。具体定义如下：

包头为0xaa，包尾为0x55，第二位为该位之后的字节总数。第三位为指令码，之后为数据内容。例如设置角度阈值时，可以设置为俯角为20°，或者仰角为-15°，由于指令码为0，所以根据协议数据包为：

0xaa0x040x000xf1(-15)

0x12(20)0x55

坐姿监测系统与手机app的数据发送接收采用该协议进行通信能够有效的提高通信速度。手机app实现了快速发送数据的功能，能够自动打包数据并发送给坐姿监测系统。

终端上具有显示屏，可以对坐姿的角度值在app的可视化界面上进行显示，下面对此进行具体的描述。

可视化界面包括俯仰角度的观测，标准坐姿校准，坐姿异常报警以及其他数据观察等功能。通过接收坐姿监测系统通信的数据，将实时坐姿反映到自行绘制的界面上，通过测试能够准确的反应坐姿信息。

进一步的，可以在坐姿监测系统中设置校准坐姿的功能，通过佩戴者保持正确坐姿，然后点击校准按钮静置2s，坐姿监测系统进行内部偏差计算消除，再将正确的坐姿上传到手机app中来实现功能。本申请还能够记录运行时间等其他数据观察的功能。

应用本申请提供的坐姿监测方法，可以提醒用户不良坐姿已发生，由此可以避免进一步的健康问题。

下面对处理器的处理过程进行具体的描述。

处理器内部有一个操作系统抽象层(osal)，通过设置不同的事件以及运行时间来控制和管理处理器芯片。设计的核心在于初始化事件和定时事件以及接收中断。其流程如图2所示，图2为本发明实施例提供的处理器的处理流程图。如图2所示，该过程包括以下步骤：

步骤210，开始。

步骤220，系统初始化。

步骤230，判断是否接收中断，如果接收中断，跳转至步骤240。如果不接收中断，跳转至步骤250。

步骤240，处理接收数据。

其中，数据指坐姿数据。

步骤250，判断是否为定时器事件，如果是定时器事件，跳转至步骤260，如果不是定时器事件，跳转至步骤270。

步骤260，发送当前坐姿信息以及其他信息。

其中，坐姿信息为角度。

步骤270，程序主线程以及其他事件。

其中，初始定时器间隔时间间隔可以设置为20ms。程序初始化函数为simplebleperipheral_init，初始化包含配置蓝牙信息。

从存储器(其中，该存储器可以是独立的存储器，也可以是处理器中的存储模块)中读取初始俯仰角度，并设置io端口。由于cc2541芯片内包含一个小型存储模块，通过调用osal接口即可实现对存储模块的读写操作。向存储模块写入的数据有标准坐姿(即预设的角度阈值)，系统时间等一些数据。

定时器超时函数为performperiodictask，包括采集的坐姿数据和一些其他数据的发送以及坐姿校准方法的实现。坐姿的采集是通过读mpu6050芯片中的加速度与角速度寄存器的值实现的。而数据的发送可以通过使用ti提供的坐姿监测系统协议栈中的相关接口实现。

接收终端函数为simpleprofilechangecb，在其中调用进行执行命令行(processcommand)，来对获得的数据包进行拆包和解析。首先判断数据包是否正确，即确定包头和包尾是否正确，如果正确则判断命令字是多少，根据命令字的不同进入不同的处理函数中，之后分析数据并处理数据。

实施例2

图3为本发明实施例提供的坐姿监测系统结构示意图，如图3所示，该坐姿监测系统300包括：传感器310，处理器320。

传感器310，用于获取第一用户的坐姿数据。

处理器320，对所述坐姿数据进行处理，生成坐姿的角度，并将所述角度和预设的角度阈值进行比较，当所述角度不小于预设的角度阈值时，生成提醒信号，所述提醒信号用于指示所述第一用户调整坐姿。

进一步的，所述坐姿数据包括：角速度和x轴方向的加速度，其中，所述x轴与重力方向相垂直。

进一步的，所述坐姿监测系统还包括：存储器330和收发单元340。该存储器330和收发单元340可以集成在处理器320内，也可以是独立的模块。

存储器330，用于根据时间顺序，对所述角度值进行存储。

存储器330，用于存储用户的坐姿数据，存储器的型号可以是w25q16。

收发单元340，用于将存储的所述角度值发送给终端，以使第二用户通过所述终端获取第一用户的坐姿状态。

进一步的，所述提醒信号包括：声音提醒信号和震动提醒信号。

其中，传感器和处理器的型号可以参见图1中的描述。

需要说明的是，该处理器320还包括蓝牙模块(参见图4中的蓝牙模块)。

进一步的，该坐姿监测系统还可以包括：供电单元350。供电单元350可以包括两个模块：锂电池和usb充电模块。

该锂电池，可以用于为该供电监测系统供电。该锂电池可以是3.7v锂电池。

usb充电模块，用于为锂电池充电。本申请中，可以采用un8hx芯片为锂电池充电。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。