一种脊椎姿态检测装置的制作方法

本实用新型属于智能穿戴设备技术领域，具体涉及一种基于传感器的脊椎姿态检测的智能穿戴设备。

背景技术：

据调查，我国40岁以上人群中，80％患有各种脊椎病，儿童不同程度的脊椎侧弯发病率达到20％以上(部分青少年学生的近视、健忘、头昏、脖筋痛、胸痛、困乏而上课走神等与脊柱的健康问题关系密切)。成年人中不少头痛、颈背痛、腰腿痛及手足麻木、头晕等五、六十种病症，其实多数都源于脊椎方面的异常所造成的，但大多数患者却浑然不知。脊柱是人体中柱及中脉之所藏，全身80％的病征都与脊柱有关；目前人群中75％的人处于“亚健康”状态，而所谓的“亚健康”，其实主要与人体中轴系统脊椎的问题有关。研究表明，18-25岁是脊柱隐患的危险期，一项针对大学生脊柱健康的调查显示，大约82％的同学出现脊椎不同程度的错位现象。有41％的大学生颈椎和胸椎部颈椎开始磨损，受力失衡。不论是青少年、大学生还是成年人关注脊柱健康刻不容缓，由此引出的脊柱健康监测的仪器及设备市场前景广阔。

目前，市场上的智能穿戴产品中还没有脊椎姿态检测产品；而市场上身姿检测产品，通常是通过陀螺仪检测身体倾斜度判断身体姿态，无法精确检测脊椎姿态。而市场上的身姿矫正产品，通常是非智能穿戴电子设备。非智能穿戴电子设备，通常对身子的角度和事件没有一个精确的、可视化的直观数据，也不能对身姿长期数据存储、处理、显示等进行健康监测。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中的不足，提供一种脊椎姿态检测智能穿戴设备。该装置检测脊椎姿态的功能由角速度传感器和应变电阻电桥电路共同完成，与目前类似产品仅使用角速度传感器检测身体倾斜姿态来判断脊椎姿态相比，本实用新型可准确检测到脊椎生理弯曲区的弯曲程度。本实用新型设计通过稳压电路的电压输出端增加滤波电容，使输出电压更加稳定，提高；还通过应变电阻电桥电路使用惠斯通电桥和应变电阻，可精确检测脊椎弯曲度，准确模拟脊椎姿态。本实用新型设计使用舒适度高，工作可靠性和稳定性高，能够对驼背、腰椎、颈椎和脊柱弯曲等进行预防，提醒佩戴者合理放松，及时锻炼，实用性强，使用效果好，推广应用价值高。

本实用新型采用的技术方案是：

一种脊椎姿态检测装置，该装置包括固定背心和脊椎姿态检测电路；

所述的脊椎姿态检测电路包括蓝牙芯片、充电电路、充电电池、稳压电路、六轴姿态传感器、数据存储器、振动马达电路、电量检测电路、应变电阻电桥电路和实时时钟电路；其中，充电电路、充电电池和稳压电路依次相连，蓝牙芯片分别和稳压电路、六轴姿态传感器、数据存储器、振动马达电路、电量检测电路、应变电阻电桥电路、实时时钟电路相连；

所述的充电电路、充电电池、稳压电路、蓝牙芯片、数据存储器、振动马达电路、电量检测电路、实时时钟电路芯片固定在第一电路板上；六轴姿态传感器独立固定在第二电路板上，应变电阻电桥电路由三个相互独立，完全相同的惠斯通电桥组成；

所述稳压电路包括稳压芯片RT9193和7个电容；其中，电容23、电容24、电容25并联，它们的一端均和稳压芯片RT9193的引脚5相连，作为电源输出端；电容23、电容24、电容25的另一端均接地；电容20、电容21、电容22并联，它们的一端均分别和稳压芯片RT9193的引脚1、3相连，它们的另一端均和稳压芯片RT9193的引脚2相连，并与电池的输出端相连；电容27的一端和稳压芯片RT9193的引脚4相连，另一端接地。

所述的惠斯通电桥得组成由三个120Ω电阻R1、R2、R3和一个应变电阻BX120组成；其中，每个电阻构成一个桥臂，应变电阻BX120的一端接电阻R1，另一端接电阻R5，电阻R5的另一端接电阻R2，电阻R1的另一端接电阻R2的另一端，使四个桥臂组成四边形；应变电阻BX120与电阻R1连接处接蓝牙芯片，电阻R1与电阻R2连接处接稳压芯片电压输出端，电阻R2与电阻R5连接处接地，电阻R5与应变电阻BX120连接处接地。

所述的所述的这三个惠斯通电桥分别固定于背心后部中心线的上、中、下方三个位置，第一电路板和第二电路板均设置在固定背心上。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型时尚美观，佩戴方便、舒适、牢靠、健康。

2、本实用新型设置有数据存储器，能够存储一个月或更长周期的身姿数据，供长期监测佩戴者的身姿健康状况。

3、本实用新型采用新型马达振动作为脊椎姿态矫正的执行者，振幅可以调节设置，让佩戴者感到自由舒适，没有压迫感和拘束感。

4、本实用新型本实用新型采用充电电池供电，体积小，提高了设备的待机时间，且节省了空间。

5、本实用新型设置有蓝牙芯片，能够通过佩戴者手机为本实用新型进行参数设置，能够提高用户体验，可通过蓝牙传送脊椎姿态数据到手机端，佩戴者在手机端可观察到准确模拟的脊椎形态。

6、本实用新型的工作可靠性和稳定性高。

综上所述，本实用新型，结构简单，设计合理，使用舒适度高，工作可靠性和稳定性高，能够对驼背、腰椎和脊柱弯曲等进行早期预防，实用性强，使用效果好，推广应用价值高。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中脊椎姿态检测电路的电路结构图。

图3为本实用新型3.3V稳压电路电路图。

图4为本实用新型应变电阻电桥电路原理图。

附图标记说明：

1-固定背心；2-蓝牙芯片；3-稳压电源；

4-充电电池；5-充电电路；6-六轴姿态传感器；

7-数据存储器；8-振动马达电路；9-电量检测电路；

10-应变电阻电桥电路；11-实时时钟电路；

具体实施方式

本实用新型的一种脊椎姿态检测装置如图1和图2所示，该装置包括固定背心1和脊椎姿态检测电路；

本实用新型所述的脊椎姿态检测电路如图2所示，包括蓝牙芯片2、充电电路5、充电电池4、稳压电路3、六轴姿态传感器6、数据存储器7、振动马达电路8、电量检测电路9、应变电阻电桥电路10和实时时钟电路11；其中，充电电路5、充电电池4和稳压电路3依次相连，蓝牙芯片2分别和稳压电路3、六轴姿态传感器6、数据存储器7、振动马达电路8、电量检测电路9、应变电阻电桥电路10、实时时钟电路11相连；

其中，充电电路5、充电电池4、稳压电路3、蓝牙芯片2、数据存储器7、振动马达电路8、电量检测电路9、实时时钟电路11芯片固定在第一电路板15上；六轴姿态传感器6独立固定在第二电路板16上，应变电阻电桥电路10由三个相互独立，完全相同的惠斯通电桥组成；

其中，所述的这三个惠斯通电桥分别固定于背心后部中心线的上、中、下方三个位置，第一电路板位于图1中15所示位置，第二电路板位于图1中16所示位置；本实用新型为了便捷安装和美观，在背心的下部设置有一个硅胶腰带，用于安装电路板15和16。

本实施例中，所述的充电电池4为可输出7.4V电压的18650锂电池组；

所述脊椎姿态检测电路还包括为充电电池4充电的充电电路5，以及将电池电压转换为系统3.3V电压的稳压电路3，所述充电电池4与充电电路5的输出端连接，所述稳压电路3与充电电池4的输出端连接；所述蓝牙芯片2的输入端接有用于对充电电池4的电量进行实时检测的电量检测电路6。

本实施例中，所述充电电路5包括充电芯片LTC4065。

本实施例中，所述电量检测电路9包括电量检测芯片DS2762；

本实施例中，所述蓝牙芯片2为集成有微处理器功能的蓝牙芯片DA14580。

具体实施时，所述电量检测电路9的输出端与蓝牙芯片的第2引脚连接。

本实施例中，如图3所示，所述3.3V稳压电路3包括稳压芯片RT9193和7个电容；

其中，电容23、电容24、电容25并联，它们的一端均和稳压芯片RT9193的引脚5相连，作为电源输出端；电容23、电容24、电容25的另一端均接地；电容20、电容21、电容22并联，它们的一端均分别和稳压芯片RT9193的引脚1、3相连，它们的另一端均和稳压芯片RT9193的引脚2相连，并与电池的输出端相连；电容27的一端和稳压芯片RT9193的引脚4相连，另一端接地；

当电池电量降低时，所述稳压芯片RT9193第5引脚3.3V电压输出端电压会出现较大波动，瞬时电压过低会导致电路板断电，造成蓝牙芯片2重启，为避免电压波动，所述稳压芯片RT9193的第5引脚为3.3V稳压电路3的3.3V电压输出端，且与电解电容C23、电容C24和电容C25的一端连接，另外，滤波电容C23、C24和C25另一端互相连接并接地，所述稳压芯片RT9193的第1引脚与所述充电电路5的5V电压输出端连接，且分别通过电解电容C20、C21和C22接地。

本实施例中，所述六轴姿态传感器6为六轴姿态传感器MPU6050。

本实施例中，所述数据存储器7为Flash数据存储器W25X20CL。

本实施例中，所述时钟12为实时时钟PCF8563工作电路。

本实施例中，所述振动马达电路8包括振动马达M B1和三极管Q1，二者分别与蓝牙芯片2相连。

本实施例中，如图4所示，所述应变电阻电桥电路10为三个相同的惠斯通电桥；每个电桥分别接蓝牙芯片；每个电桥由三个120Ω电阻R1、R2、R3和一个应变电阻BX120组成。其中，每个电阻构成一个桥臂，应变电阻BX120的一端接电阻R1，另一端接电阻R5，电阻R5的另一端接电阻R2，电阻R1的另一端接电阻R2的另一端，使四个桥臂组成四边形；应变电阻BX120与电阻R1连接处接蓝牙芯片，电阻R1与电阻R2连接处接稳压芯片电压输出端，电阻R2与电阻R5连接处接地，电阻R5与应变电阻BX120连接处接地。

本实用新型使用时，将该脊椎姿态检测智能穿戴设备穿着并佩戴固定好，佩戴者调整好设备中的应变电阻位置。打开手机端软件，确认正确姿态，佩戴者保持一段时间姿势，六轴姿态传感器6对佩戴者的正确身体姿势进行实时检测并将检测到的信号输出给蓝牙芯片2，位于人体颈椎、胸椎和腰椎的应变电阻电桥电路10中的应变电阻传感器将随着人体脊椎的姿态变化而变化，将检测到的信号输出给蓝牙芯片2，蓝牙芯片2将其接收到的佩戴者身体的姿态存储在数据存储器7中；佩戴者学习、工作或日常活动中，蓝牙芯片2将其接收到的佩戴者的身体姿势信号与存储在数据存储器7中佩戴者正确的身姿姿态进行对比，并记录佩戴者的身体姿态信号超出佩戴者的正确身体姿态的时间，当佩戴者出现驼背等姿势不正确且保持一段时间情况下，此时蓝牙芯片2控制振动马达电路8中的振动马达振动，提示佩戴者纠正姿势。在手机蓝牙与设备蓝牙连接后，将脊椎姿态信号传送到手机端，佩戴者可在手机端看到自己脊椎的各时段的模拟脊椎姿态，提供给佩戴者全天候的脊椎姿态，提醒佩戴者在不同时段注意放松、锻炼。

本实用新型涉及的软件或协议均为公知技术，其中，使用JAVA语言结合XUtil框架可以容易地编写出本装置的配套软件。

本实用新型通过数据存储器7，能够存储一周或更长周期的身姿数据，供长期监测佩戴者的身姿健康状况。

另外，由于蓝牙芯片2上接有蓝牙通信功能，因此，该身姿矫正智能穿戴设备能够与佩戴者手机进行通信，经过二次开发应用软件安装在手机上后，佩戴者能够通过操作手机，在初次佩戴时录入佩戴者的正确身体姿态数据，以及设定身体姿态不正确持续的时间和振动马达振动的时长等参数，也可在手机端观察全天候的脊椎姿态变化，更加方便用户的使用、提供最为直观、准确的脊椎姿态信息。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

本实用新型未尽事宜为公知技术。