一种坐姿测量装置

1.本实用新型涉及姿态监测技术领域，尤其涉及一种坐姿测量装置。


背景技术：

2.随着社会的快速发展，生活节奏的加快，人们保持坐姿的时间逐渐增长，特别是对于长期坐在椅子上伏案工作的人来说，由于人们的坐姿会在不知不觉中产生变化，而坐姿的不规范性和缺少间歇性休息则会带来很多健康问题，如会引起颈椎、腰椎的变形以及眼睛近视等问题，为了能够监控坐姿，各种坐姿检测装置应运而生，但是现有的坐姿检测装置只能检测到人体的大概位置，且精度低，可用性差。


技术实现要素：

3.基于此，为解决现有技术存在的不足，特提出了一种坐姿测量装置。
4.一种坐姿测量装置，其特征在于，包括：测量端、数据中转端以及交互端；其中，所述测量端被置于坐垫本体内，其包括压力传感器陈列单元、信号处理单元、主控单元、供电单元以及数据通信单元，所述压力传感器陈列单元通过信号处理单元与所述主控单元电连接；所述主控单元通过与其电连接的数据通信单元与数据中转端进行通信。
5.可选的，在其中一个实施例中，所述压力传感器陈列单元包括：多个以陈列形式分布在所述坐垫本体内各个监测位置的压力传感器，所述压力传感器能够实时监测当前其所在的监测位置所采集到的压力信号。
6.可选的，在其中一个实施例中，所述信号处理单元包括：分别与各所述压力传感器电连接的运算放大器以及与所述运算放大器电连接的多路转换开关电路。
7.可选的，在其中一个实施例中，所述数据通信单元包括与数据中转端进行通信的wi
‑
fi模块。
8.可选的，在其中一个实施例中，所述交互端包括pc移动端以及web端。
9.可选的，在其中一个实施例中，所述测量端还包括语音提示单元，所述语音提示单元包括与所述主控单元电连接的解码电路、与所述解码电路电连接的d/a转换电路以及与所述d/a转换电路电连接的扬声器。
10.可选的，在其中一个实施例中，所述测量端还包括与所述主控单元电连接的显示屏电路。
11.可选的，在其中一个实施例中，所述测量端还包括与所述主控单元电连接的辅助电路，所述辅助电路包括usb接口供电电路和或isp下载电路。
12.可选的，在其中一个实施例中，所述测量端还包括与所述主控单元电连接的测试保护模块，所述测试保护模块包括测量端工作状态指示电路和或若干硬件电路测试点电路。
13.实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：本实用新型能够实时监测用户坐姿并针对用户不良坐姿进行实时报警提示且采用b/s架构实现数据通信，用户通过所述交
互端进行功能的设置与查看，具有简略便捷的优点。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.其中：
16.图1为一个实施例中所述装置的结构示意框图；
17.图2为一个实施例中所述装置的结构示意框图；
18.图3为一个实施例中所述传感器阵列的结构示意图；
19.图4为一个实施例中所述运算放大器的电路原理图；
20.图5为一个实施例中所述多路转换开关电路的电路原理图；
21.图6为一个实施例中所述单片机电路的电路原理图；
22.图7为一个实施例中所述sd卡读取电路的电路原理图；
23.图8为一个实施例中所述解码电路的电路原理图；
24.图9为一个实施例中所述d/a转换电路的电路原理图；
25.图10为一个实施例中所述显示屏电路的电路原理图；
26.图11为一个实施例中所述wi
‑
fi模块的电路原理图；
27.图12为一个实施例中所述辅助电路的电路原理图；
28.图13为一个实施例中所述测试保护模块的电路原理图。
具体实施方式
29.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。可以理解，本实用新型所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，且类似地，可将第二元件为第一元件。第一元件和第二元件两者都是元件，但其不是同一元件。
31.在本实施例中，特提出了一种坐姿测量装置，如图1所示，该坐姿测量装置包括测量端、数据中转端以及交互端；其中，所述测量端被置于坐垫本体内，其包括压力传感器陈列单元、信号处理单元、主控单元、供电单元以及数据通信单元，所述压力传感器陈列单元通过信号处理单元与所述主控单元电连接；所述主控单元通过与其电连接的数据通信单元与数据中转端进行通信。基于上述基础方案可知，所述装置采用了三端两流的架构形式，所述三端是指本地硬件端即测量端、数据中转端(服务器端)和交互端(包含手机端和web端)，
两流是指通过服务器端进行上下行数据的传输。其中，测量端通过压力传感器陈列单元(压敏传感器阵列)采集坐垫各个测试位置所承受的压力信号，对各路压敏传感器采集到的压力信号进行信号处理后经由数据通信单元与数据中转端进行上传通信，同时交互端的下行信号按此通道逆向传回；同时可以通过手机端显示数据中转端收到监测数据，通过数据中转端发送指令给硬件端，进行后续的显示控制以及语音久坐报警提示等，具体按照用户需要自行设定即可；同时web端可以对所获得的数据进行显示/存档等处理，同样能够通过通过数据中转端发送指令给硬件端，进行后续的显示控制以及语音久坐报警提示等，具体按照用户需要自行设定即可。
32.在一些具体的实施例中，测量端中的传感器阵列所采集的压力模拟信号，经过运算放大器进行信号放大后主控单元(本例采用单片机)控制多路转换开关电路选择一路信号，完成ad转换后通过数据通信单元与服务器端进行通信，完成数据的上传与下载。基于上述设计思路，如图2，所述压力传感器陈列单元包括：多个以陈列形式分布在所述坐垫本体内各个监测位置的压力传感器，所述压力传感器能够实时监测当前其所在的监测位置的压力模拟信号。优选的，所述压力传感器陈列单元采用fsr薄膜压力传感器，组成传感器阵列以监测坐姿的压力变化；如图3所示，采用3乘以3阵列形式，即包含8个fsr薄膜压力传感器f0
‑‑‑
f8，其中中心位置处虽然可以设置一个fsr薄膜压力传感器f9，但是由于其在实际测量过程中噪音太多，实用性不佳且位置姿态测量判断与f0
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f8测量数据关联性更大，因此申请人放弃了在传感器阵列中设置f9。在一些更具体的实施例中，坐姿测量装置具有自动模式与手动模式两种工作模式；所述自动模式设定条件为当传感器阵列中任意传感器监测到压力变化的时候，即开启进行检测，否则关闭装置；所述手动模式顾名思义即需要手动开启与关闭装置。
33.在一些具体的实施例中，所述信号处理单元包括：分别与各所述压力传感器电连接的运算放大器以及与所述运算放大器电连接的多路转换开关电路。优选的，如图4所示，所述运算放大器采用运算放大器lm324连接薄膜压力传感器，该运算放大器使用单电源供电，同相放大输入端的信号，有效降低输入端的阻抗。优选的，如图5所示，所述多路转换开关电路采用多路转换器cd4051，通过主控单元即单片机控制选择其管脚状态，完成8路输入，1路输出的多路选择，其连到ad转换器输入端。
34.在一些具体的实施例中，如图6，所述主控单元采用单片机电路即可，其型号可选用stc12c5a60s2就能满足设计要求，stc12c5a60s2芯片集成了10位8路ad转换器、2个16位定时器、21个通用io端口、2路串口等资源，完全满足使用要求的，同时其单周期的指令还能够降低整个系统能耗。在一些更具体的实施例中，可通过基本的编程设计使得所述单片机电路结合音频存储单元与语音提示单元具有基础的本地报警提醒能力，如实时监测用户坐姿，针对不良的坐姿，给出实时的警报；当坐的时长超过阈值，给与提醒等。
35.在一些具体的实施例中，所述测量端还包括音频存储单元，所述音频存储单元预存mp3音频文件，以供所述主控单元调用；优选的，如图7所示，所述音频存储单元包括sd卡读取电路，所述单片机电路采用spi接口连接读取电路，其使用fat16文件格式，自sd卡读取电路中读取mp3音频文件。
36.在一些具体的实施例中，所述测量端还包括语音提示单元，所述语音提示单元包括与所述主控单元电连接的解码电路、与所述解码电路电连接的d/a转换电路以及与所述
d/a转换电路电连接的扬声器。具体的，所述单片机电路所读取的音频数据，经解码电路解码，由d/a转换电路进行数模转换后通过扬声器播放；具体的，如图8
‑
9所示，所述解码电路采用sta013解码电路，d/a转换电路采用pcm1770电路；sta013解码电路通过spi接口连接单片机电路；sta013解码后的数字音频信号经pcm1770完成da转换后送到扬声器j11。在一些具体的实施例中，上述警报与提醒除了可以使用硬件电路进行语音播报，也可以使用手机端的app的软件进行播报，且硬件、软件的警报与提醒都可以通过配置开关选择是否使用警报与提醒功能。
37.在一些具体的实施例中，所述测量端还包括与所述主控单元电连接的显示屏电路，如图10所示，装置的工作状态、数据采集信息、wi
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fi模块的网络连接状态、坐姿测量的结果、各种提示信息等均通过1.8寸lcd屏进行显示。
38.在一些具体的实施例中，所述数据通信单元包括与数据中转端进行通信的wi
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fi模块，其中，所述wi
‑
fi模块采用esp8266芯片实现，该芯片以at指令的方式，配合单片机通过串口控制数据的上传与下载，完成与服务器端的数据通信，如图11所示。
39.在一些具体的实施例中，所述测量端还包括与所述主控单元电连接的辅助电路，所述辅助电路包括usb接口供电电路和或isp下载电路；所述isp下载电路采用ch340g芯片作为usb到串口的转换芯片，其通过拨码开关，完成下载模式与通用串口的控制，如图12所示。
40.在一些具体的实施例中，所述测量端还包括与所述主控单元电连接的测试保护模块，所述测试保护模块包括测量端工作状态指示电路(用于完成串口工作状态的指示，包括电源的指示)和或若干硬件电路测试点电路(为硬件电路预留测试点)，电路原理图如图13所示。
41.在一些具体的实施例中，所述交互端包括pc移动端以及web端；其中，所述pc移动端内具有相应的app模块，其主要完成数据的实时显示，用户姿态提醒；单片机电路通过数据传输单元，将成功采集到的传感器数据上传到服务器端，app模块与web端通过服务器端进行数据交换，如通过服务器端进行数据的实时下载，并将下载的数据显示到界面上，反之，也可以通过服务器端向单片机电路发送指令，控制语音提示单元等进行相应的动作，从而完成对用户坐姿提示。其中，web端其主要完成坐姿数据的存储显示分析等后台数据管理功能，如与预存的各个监测点标准位置数据进行比较，当超限时进行报警等。在一些更具体的实施例中，所述交互端还可以通过编程设计衍生出更多功能，如统计功能，即装置所采集的监测数据，经由交互端统计保持坐姿的时长，给出上班时间中处于坐姿姿态的时间的占比，进而结合健康数据库给出健康的指导建议或者分别统计多种坐姿的时长，形成周、月和年的个人坐姿健康报告，例如，若以压力传感器f7所在位置为前向，压力传感器f3所在位置为后向，压力传感器f1所在位置为右向，压力传感器f5所在位置为前向，则所述坐姿大致可分为前倾，后倾，左倾，右倾，左前倾，右前倾，左后倾，右后倾、右前倾、右后倾，另，本案以8个压力传感器组成传感器阵列并进行坐姿判断时，姿态与压力关系可总结为姿态与各个传感器所获得压力数据对应的关系表1所示；另由于本装置采用b/s架构实现，即可以在交互端，实现各个功能的设置与查看；测量端同样可以设置一定的功能，如报警，并查看监测数据。置于如何基于上述硬件电路编辑对应的功能并非本实用新型的研究点，技术人员按照常规编程语言即可实现本例不再继续赘述。
42.上述装置的工作过程包括：单片机电路控制多路转换开关电路，通过与其连接的ad转换器，采集各个测试位置的压力数据；压力数据采集完成，进入数据发送状态，通过wi
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fi模块，发送数据至服务器端；同时当数据错误，单片机电路控制由数据发送接收状态，重新回到数据采集状态；当数据发送接收态，接收到pc移动端或web端发送来的指令，根据指令，进行数据采集状态或进入系统监测控制状态(如包括控制数据采集、数据发送接受和坐姿提示等等)。同时，接收数据采集状态和数据发送接收状态的状态指示进行坐姿提示和或通过组合指示灯，提醒用户等，此处用户按照实际需求进行自行设定，由于命令编辑部分属于现有常规编程技术非发明点，因而本案不做进一步说明，仅对涉及到的工作原理进行阐述。
43.表1姿态与各个传感器所获得压力数据对应的关系表
44.[0045][0046]
注：1、f1，代表标号为1的薄膜压力传感器上的压力等等；
[0047]
2、符号≈，含义“约等于”；
[0048]
3、极值，最大值，最小值
[0049]
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。