本发明涉及一种智能设备，尤其涉及一种智能笔及其监测握笔姿势与力度的方法。
背景技术：
笔是人们工作生活中的必需品，尤其是对于学生群体而言。平日繁重的学习任务和作业负担，以至于学生每日的书写时间长达1-2小时。在长时间的书写过程中，培养正确的握笔姿势与握笔力量十分重要，若握笔姿势不正确会造成手腕、眼睛等部位的疲劳与损伤；而握笔力度过轻，会造成字体轻浮不端正，握笔力度过重，则导致手指发痛，甚至影响手指骨骼的生长。
在申请公布号为cn107310299a公开的一种防近视和疲劳的智能笔中，采用红外测距传感器来矫正用户的书写姿势，但是此方法只能监测用户的眼睛至笔的距离，握笔点至纸的距离，不能精准把控握笔的力度与握笔姿势。在申请公布号为cn105922793a公开的一种握笔姿势监测装置及智能笔中，通过在笔体监测点处设置传感器来感应用户的手指是否覆盖在传感器表面，从而达到监测用户的握笔姿势是否正确的目的。
上述两种方法的缺陷在于，握笔过程中，若手指的其他部位(非正确握笔部位)对传感器表面进行覆盖，也被判定为正确的握笔姿势；另一方面，所述智能笔并无对握笔的力度进行监测。
技术实现要素：
本发明提供一种智能笔及其监测握笔姿势与力度的方法，通过实时监测用户的握笔姿势与力度的方式，以达到改善用户的写字姿势，帮助用户培养良好的写字习惯的目的。
为了达到上述目的，本发明提出一种智能笔，包括笔体、还包括设置在笔体内腔的控制系统，与所述控制系统电连接的图像采集器、压力传感器、提示器；
所述图像采集器，用于采集预设监测点的手指纹路图像，将所述手指纹路图像传输至所述控制系统；
所述压力传感器，用于感应预设监测点的压力，将所述压力传输至所述控制系统；
所述控制系统，用于根据预设的基准手指纹路图像、预设的握笔力度范围、所述手指纹路图像、所述压力，判断用户的握笔姿势与力度的是否正确；若不正确，则发送相应的提示指令至所述提示器；
所述提示器接收所述提示指令，根据提示指令执行相应的提示动作。
优选的，所述控制系统，用于将所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像进行比较、将所述压力与所述预设的握笔力度范围进行比较；
若所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像不一致，且所述压力不在所述预设的握笔力度范围内，则所述控制系统发送握笔姿势与力度不正确的提示指令至所述提示器；
若所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像不一致，但所述压力在所述预设的握笔力度范围内，则所述控制系统发送握笔姿势不正确的提示指令至所述提示器；
若所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像一致，但所述压力不在所述预设的握笔力度范围内，则所述控制系统发送握笔力度不正确的提示指令至所述提示器。
优选的，所述笔体的外表面设置有四个预设监测点；
所述第一预设监测点设置于预设的握笔姿势下拇指腹面按压处；
所述第二预设监测点设置于预设的握笔姿势下食指腹面按压处；
所述第三预设监测点设置于预设的握笔姿势下中指侧面抵压处；
所述第四预设监测点设置于预设的握笔姿势下食指根部侧面抵压处。
优选的，所述预设的基准手指纹路图像为：预设的握笔姿势下，所述第一预设监测点预先录入的基准拇指腹面指纹图像、所述第二预设监测点预先录入的基准食指腹面指纹图像、所述第三预设监测点预先录入的基准中指侧面指纹图像、所述第四预设监测点预先录入的基准食指根部侧面图像；
所述手指纹路图像为：所述图像采集器实时采集的所述第一预设监测点的拇指腹面指纹图像、所述第二预设监测点的食指腹面指纹图像、所述第三预设监测点的中指侧面指纹图像、所述第四预设监测点的食指根部侧面图像。
优选的，所述预设的握笔力度范围为：预设的握笔姿势下，所述第一预设监测点预先设置的拇指按压力度范围值、所述第二预设监测点预先设置的食指按压力度范围值、所述第三预设监测点预先设置的中指抵压力度范围值、所述第四预设监测点预先设置的食指根部抵压力度范围值；
所述压力为：所述压力传感器实时感应的所述第一预设监测点拇指的按压力度、所述第二预设监测点食指的按压力度、所述第三预设监测点中指的抵压力度、所述第四预设监测点食指根部的抵压力度。
优选的，所述图像采集器设置于所述笔体外表面预设监测点对应处；
所述压力传感器为半导体压电阻型压力传感器，设置于所述笔体外表面预设监测点对应处；
所述提示器为指示灯，设置于所述笔体的顶端。
优选的，所述智能笔还包括设置于笔体外表面与所述控制系统电连接的开关按钮；
所述开关按钮用于接收到来自自身区域的按压压力，根据所述按压压力向所述控制系统发送开关切换指令；
所述控制系统还用于接收所述开关切换指令，根据所述开关切换指令判断所述图像采集器和压力传感器当前的状态；若当前为非监测状态，则控制所述图像采集器、压力传感器分别启动相应的监测功能；若当前为监测状态，则控制所述图像采集器、压力传感器分别停止相应的监测功能。
优选的，所述智能笔还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块用于为所述智能笔各模块之间的数据交换提供数据传输通道。
为了达到上述目的，本发明还提出一种智能笔监测握笔姿势与力度的方法，所述智能笔包括：笔体、控制系统、与所述控制系统电连接的图像采集器、压力传感器、提示器、开关按钮；
所述智能笔监测握笔姿势与力度的方法，包括以下步骤：
s10：所述开关按钮接收到来自自身区域的按压压力，根据所述按压压力向所述控制系统发送开关切换指令；
s20：所述控制系统接收所述开关切换指令，判断所述图像采集器和压力传感器当前的状态；
当所述图像采集器和压力传感器为非监测状态，则发送监测指令至所述图像采集器、压力传感器；
s30：所述图像采集器接收所述监测指令，根据所述监测指令实时采集预设监测点的手指纹路图像，将所述手指纹路图像传输至所述控制系统；
s40：所述压力传感器接收所述监测指令，根据所述监测指令实时感应预设监测点的压力，将所述压力传输至所述控制系统；
s50：所述控制系统根据预设的基准手指纹路图像、预设的握笔力度范围、所述手指纹路图像、所述压力，判断用户的握笔姿势与力度的是否正确；若不正确，则发送相应的提示指令至所述提示器；
s60：所述提示器接收所述提示指令，根据提示指令执行相应的提示操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过所述图像采集器采集预设监测点的手指纹路图像，将所述手指纹路图像传输至控制系统；所述压力传感器感应预设监测点的压力，将所述压力传输至所述控制系统；所述控制系统根据预设的基准手指纹路图像、预设的握笔力度范围、所述压力、所述采集图像，判断用户的握笔姿势与力度是否正确；若不正确，则发送相应的提示指令至所述提示器；所述提示器接收提示指令，并根据提示指令执行相应提示动作的方法，能有效地监测用户的握笔姿势与力度，改善用户的写字姿势，帮助用户培养良好的写字习惯。
附图说明
图1为本发明的智能笔的正面结构示意图；
图2为本发明的智能笔的剖面结构示意图；
图3为本发明的智能笔监测握笔姿势与力度的方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种智能笔。参见图1和图2，图1为本发明的智能笔的结构示意图，图2为本发明的智能笔的剖面结构示意图。在第一实施例中，所述智能笔100包括笔体110、设置在笔体110内腔的控制系统120、与所述控制系统120电连接的图像采集器130、压力传感器140、提示器150。所述图像采集器130，用于采集预设监测点的手指纹路图像，将所述手指纹路图像传输至所述控制系统120。所述压力传感器140，用于感应预设监测点的压力，将所述压力传输至所述控制系统120。所述控制系统120，用于根据预设的基准手指纹路图像、预设的握笔力度范围、所述手指纹路图像、所述压力，判断用户的握笔姿势与力度的是否正确；若不正确，则发送相应的提示指令至所述提示器150。所述提示器150接收所述提示指令，根据提示指令执行相应的提示动作。
参见图1，所述智能笔100的笔体110外表面设置有四个预设监测点，所述第一预设监测点设置于预设的握笔姿势下拇指腹面按压处；所述第二预设监测点设置于预设的握笔姿势下食指腹面按压处；所述第三预设监测点设置于预设的握笔姿势下中指侧面抵压处；所述第四预设监测点设置于预设的握笔姿势下食指根部侧面抵压处。
所述预设的握笔姿势为：拇指呈两段式弯曲，其腹面偏右上方按压笔杆，按压点距离笔尖约4cm；食指呈两段式弯曲，其腹面按压笔杆，按压点距离笔尖约3.3cm，食指与拇指两指轻触，不可重叠；中指指甲根部抵压笔杆，抵压处为笔杆倒圆锥体的根部；笔杆自然依靠在食指骨关节第三节线上；笔杆与桌面约形成60度角。
根据所述预设的握笔姿势，所述第一至第四预设监测点分别对应地设置在所述笔体110表面标号为①、②、③、④处，但由于第三和第四预设监测点位于所述笔体110背面，因此③、④并未在图中展示。
参见图1，所述图像采集器130设置于所述笔体110外表面预设监测点对应处。所述图像采集器130的工作原理是：所述图像采集器130对预设监测点的图像进行拍摄，进一步对所述图像量化并转换为数字信号，输入至所述控制系统120。
参见图1，所述压力传感器140为半导体压电阻型压力传感器140，设置于所述笔体110外表面预设监测点对应处。所述压力传感器140由弹性元件、电阻应变片，测量电路和传输电路组成，其工作原理为：当所述弹性元件感受到外部施加的压力，如：用户握笔的压力，所述压力经所述传输电路传导至所述电阻应变片；所述电阻应变片发生形变；所述电阻应变片的形变导致所述压力传感器140的电阻值发生改变。通过监测所述电阻值的改变，可计算出外部所施加的压力的大小，即得出用户握笔力度值。
参见图1，所述提示器150为指示灯，设置于所述笔体110的顶端。所述指示灯有四个，分别标有1、2、3、4的标识，对应地显示第一至第四预设监测点的监测结果。由于指示灯3、4位于所述笔体110背面，因此3、4并未在图中显示。
上述实施例中，所述预设的基准手指纹路图像为：预设的握笔姿势下，所述第一预设监测点预先录入的基准拇指腹面指纹图像、所述第二预设监测点预先录入的基准食指腹面指纹图像、所述第三预设监测点预先录入的基准中指侧面指纹图像、所述第四预设监测点预先录入的基准食指根部侧面图像。所述手指纹路图像为：所述图像采集器130实时采集的所述第一预设监测点的拇指腹面指纹图像、所述第二预设监测点的食指腹面指纹图像、所述第三预设监测点的中指侧面指纹图像、所述第四预设监测点的食指根部侧面图像。
上述实施例中，所述预设的握笔力度范围为：预设的握笔姿势下，所述第一预设监测点预先设置的拇指按压力度范围值、所述第二预设监测点预先设置的食指按压力度范围值、所述第三预设监测点预先设置的中指抵压力度范围值、所述第四预设监测点预先设置的食指根部抵压力度范围值。所述压力为：所述压力传感器140实时感应的所述第一预设监测点拇指的按压力度、所述第二预设监测点食指的按压力度、所述第三预设监测点中指的抵压力度、所述第四预设监测点食指根部的抵压力度。
所述预设的握笔力度范围由用户自身进行设定，其设定过程如下：(1)估算所述智能笔100的质量m；(2)为了确保所述智能笔100在握笔过程中不会往下掉，因此握笔总力度的最小值f最小值＝智能笔100质量m*重力加速度g(g为9.8n/kg)，从而计算出f最小值；(3)由于正确握笔姿势为拇指、食指、中指三指均匀用力，因此第一至第三预设监测点握笔力度的最小值均为f最小值/3；(4)为了防止握笔过程中因握笔力度过大导致手指发痛的现象出现，可将所述第一至第三预设监测点的握笔力度最大值设置为2f最小值/3、3f最小值/4、4f最小值/5、或f最小值，较佳设置为3f最小值/4；(5)由于第四预设监测点仅作为智能笔100的依靠点，因此第四预设监测点的食指根部的抵压力度只需设置为大于0。
上述实施例中，所述控制系统120，用于将所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像进行比较、将所述压力与所述预设的握笔力度范围进行比较。
若所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像不一致，且所述压力不在所述预设的握笔力度范围内，则所述控制系统120发送握笔姿势与力度不正确的提示指令至所述提示器150。
若所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像不一致，但所述压力在所述预设的握笔力度范围内，则所述控制系统120发送握笔姿势不正确的提示指令至所述提示器150。
若所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像一致，但所述压力不在所述预设的握笔力度范围内，则所述控制系统120发送握笔力度不正确的提示指令至所述提示器150。
上述实施例中，当所述提示器150接收到具体的提示指令后，通过不同的亮灯方式对用户进行提醒。所述亮灯方式由用户自行设置，如具体可设置为：通过不同的亮灯颜色来进行提示，亮灯颜色一代表握笔姿势与力度不正确；亮灯颜色二代表握笔姿势不正确；亮灯颜色三代表握笔力度不正确。亮灯颜色可选择为：红、黄、绿、蓝、紫、橙；较佳地选择为颜色容易分辨的红、黄、蓝。
用户通过观看指示灯的不同亮灯颜色，分别对应地调整预设监测点的握笔姿势与力度，直至握笔姿势与力度均正确为止。
本发明提出智能笔100的第二实施例。参见图1，第二实施例在上述第一实施例的基础上进行了改进，改进之处在于，所述智能笔100还包括设置于笔体110外表面与所述控制系统120电连接的开关按钮160。所述开关按钮160用于接收到来自自身区域的按压压力，根据所述按压压力向所述控制系统120发送开关切换指令。
所述控制系统120还用于接收所述开关切换指令，根据所述开关切换指令判断所述图像采集器130和压力传感器140当前的状态；若当前为非监测状态，则控制所述图像采集器130、压力传感器140分别启动相应的监测功能；若当前为监测状态，则控制所述图像采集器130、压力传感器140分别停止相应的监测功能。
所述按压压力为：用户对所述开关按钮160施加的按压动作所产生的压力。当用户需要使用所述智能笔100监测握笔姿势与力度，但所述智能笔100处于关闭状态时；或者当用户不需要使用所述智能笔100，但所述智能笔100处于开启状态时，则用户对所述开关按钮160施加所述按压压力；否则，不施加所述按压压力。
所述控制系统120对所述图像采集器130和压力传感器140当前的状态进行判断，其判断过程如下：若所述所述图像采集器130和压力传感器140当前没有监测数据传输至所述控制系统120，则所述图像采集器130和压力传感器140处于非监测状态；反之，则处于监测状态。
参见图2，上述第一、第二实施例所提供的智能笔100还包括无线通讯模块170。所述无线通讯模块170用于为所述智能笔100各模块之间的数据交换提供数据传输通道。所述各模块之间的数据交换包括：所述开关按钮160将所述开关切换指令传输至所述控制系统120；所述图像采集器130将所述手指纹路图像传输至所述控制系统120；所述压力传感器140将所述压力数据传输至所述控制系统120；所述控制系统120将所述提示指令传输至所述提示器150。
参见图2，上述第一、第二实施例所提供的智能笔100还包括电源模块180。所述电源模块180与所述智能笔100中各功能模块电连接，用于给所述各功能模块供电。所述个功能模块包括：控制系统120、图像采集器130、压力传感器140、提示器150、开关按钮160、无线通讯模块170。
本发明另提出一种智能笔监测握笔姿势与力度的方法。参见图1和图2，所述智能笔100包括：笔体110、设置在笔体110内腔的控制系统120、与所述控制系统120电连接的图像采集器130、压力传感器140、提示器150、开关按钮160。参见图3，图3为本发明的智能笔监测握笔姿势与力度的方法一实施例的流程示意图。在该实施例中，所述智能笔监测握笔姿势与力度的方法，包括以下步骤：
s10：所述开关按钮接收到来自自身区域的按压压力，根据所述按压压力向所述控制系统发送开关切换指令。
所述按压压力为：用户对所述开关按钮施加的按压动作所产生的压力。用户此时需要使用所述智能笔监测用户握笔姿势与力度，但所述智能笔当前处于关闭状态，则用户对所述开关按钮施加所述按压压力。
s20：所述控制系统接收所述开关切换指令，判断所述图像采集器和压力传感器当前的状态；当所述图像采集器和压力传感器为非监测状态，则发送监测指令至所述图像采集器、压力传感器。
s30：所述图像采集器接收所述监测指令，根据所述监测指令实时采集预设监测点的手指纹路图像，将所述手指纹路图像传输至所述控制系统。
s40：所述压力传感器接收所述监测指令，根据所述监测指令实时感应预设监测点的压力，将所述压力传输至所述控制系统。
s50：所述控制系统根据预设的基准手指纹路图像、预设的握笔力度范围、所述手指纹路图像、所述压力，判断用户的握笔姿势与力度是否正确；若不正确，则发送相应的提示指令至所述提示器。
s60：所述提示器接收所述提示指令，根据提示指令执行相应的提示操作。
所述控制系统判断用户握笔姿势和力度的具体过程如下：所述控制系统将所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像进行比较、将所述压力与所述预设的握笔力度范围进行比较。
若所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像不一致，且所述压力不在所述预设的握笔力度范围内，则所述控制系统发送握笔姿势与力度不正确的提示指令至所述提示器。
若所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像不一致，但所述压力在所述预设的握笔力度范围内，则所述控制系统发送握笔姿势不正确的提示指令至所述提示器。
若所述手指纹路图像与所述预设的基准手指纹路图像一致，但所述压力不在所述预设的握笔力度范围内，则所述控制系统发送握笔力度不正确的提示指令至所述提示器。
上述实施例中，当所述提示器接收到具体的提示指令后，通过不同的亮灯方式对用户进行提醒。所述亮灯方式由用户自行设置，如具体可设置为：通过不同的亮灯颜色来进行提示，亮灯颜色一代表握笔姿势与力度不正确；亮灯颜色二代表握笔姿势不正确；亮灯颜色三代表握笔力度不正确。亮灯颜色可选择为：红、黄、绿、蓝、紫、橙；较佳地选择为颜色容易分辨的红、黄、蓝。
用户通过观看不同指示灯的不同亮灯方式，分别对应地调整预设监测点的握笔姿势与力度，直至握笔姿势与力度均正确为止。
通过上述的方法，能够有效地改善用户的写字握笔姿势，培养良好的写字习惯，并能预防手部和眼部的疲劳。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。