改善坐姿的可穿戴传感器装置及方法与流程

本发明属于可穿戴装置技术领域，具体地涉及一种改善坐姿的可穿戴传感器装置及方法。

背景技术：

据儿童和青少年卫生组织表明，身体姿势是指儿童在站着、坐着或躺着时，其头部、颈部、背部与脊椎、手臂及腿部的保持方式和位置。不良的姿势通常来源于错误的坐姿与站姿，但也有可能是由于腰部力量与背部肌肉使用不足导致力量薄弱的结果。姿势不当对儿童健康的影响常见于颈部和背部紧张或者腕管综合症。不正确的姿势也会导致长期的问题，例如骨发育异常，久而久之难以纠正。

目前，针对儿童由于不正确的姿势所来带的危害，可以通过佩戴以生物反馈机制为基础的姿势训练装置进行矫正。

所述生物反馈是运用仪器来增加对许多生理活动的感知程度，按仪器提供的信息来达到任意控制上述生理活动的目的之过程，其目的在于给用户提供关于他们身体及行为的反馈，以便监控、解决或改变有问题的行为。例如，在美国专利号5749838描述了一个以腰带或服装形式穿戴的姿势训练装置，由一个振动信号来提醒用户其不正确的姿势。尽管这是一个有用的装置，但是需要穿戴腰带或服装。一个更近期的发明在一定程度上解决了这个问题，美国专利号2016/0155313 A1中描述了另一个姿势训练装置，它由一个主传感器装置和一个可扣在短袖或外套上的磁扣组成。但是此产品尺寸过大而无法舒适地穿戴，而且其有限的电池工作时长令用户无法长时间不间断地佩戴。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种改善坐姿的可穿戴传感器装置及方法。

本发明的技术方案如下：一种改善坐姿的可穿戴传感器装置，包括用于检测穿戴者姿势信息的主体装置，所述主体装置包括：多轴加速计，用于感应并采集穿戴者在任意方向的加速度数据；微处理器，用于接收并分析来自所述多轴加速计的数据；及振动电机，用于接收所述微处理器发送的控制信号用于向所述穿戴者传达生物反馈。

优选地，所述微处理器根据所述多轴加速计发送的数据计算所述穿戴者相对于预设轴的转动角度，并判断所述穿戴者转动的角度相对于所述预设轴是否超出预设值；如果所述微处理器判断所述穿戴者转动的角度相对于所述预设轴超出预设值，则所述微处理器发送控制信号至所述振动电机以通过振动方式传达实时的生物反馈。

优选地，所述多轴加速计还用于感应所述穿戴者在预定时段之后的静止状态，并将所述穿戴者的静止状态信息发送至所述微处理器，所述微处理器根据所述静止状态信息判断所述穿戴者的静止状态是否超出预定时间；如果所述微处理器根据所述静止状态信息判断所述穿戴者的静止状态超出预定时间，则所述微处理器发送控制信号至所述振动电机以通过振动方式传达实时的生物反馈。

优选地，还包括可充电电源和指示灯，所述可充电电电源分别与所述振动电机和所述微处理器电连接；所述可充电电源集成于所述主体装置内，通过USB接口进行充电；所述指示灯与所述微处理器电连接，用于传达所述主体装置的工作状态。

优选地，还包括用于磁性固定的磁扣，所述主体装置还包括与所述磁扣对应设置的磁性件，所述磁性件固定于所述主体装置，所述磁扣与所述磁性件磁性相吸从而将所述主体装置固定于所述穿戴者的衣服。

优选地，所述磁性件由磁铁加工而成。

一种根据上述善儿童坐姿的可穿戴传感器装置的方法包括如下步骤：

多轴加速计感应穿戴者在任意角度的加速度值；

微处理器接收并分析来自所述多轴加速计的数据；

振动电机接收所述微处理器发送的控制信号用于向所述穿戴者传达生物反馈。

优选地，在所述微处理器接收并分析来自所述多轴加速计的数据的步骤中，所述微处理器根据所述多轴加速计发送的数据判断所述穿戴者转动的角度相对于所述预设轴是否超出预设值，如果是，则向所述振动电机发送所述控制信号，如果否，则所述多轴加速计继续感应穿戴者在任意角度的加速度值，并采集到的加速度信息发送至所述微处理器进行分析。

优选地，所述多轴加速计还用于感应所述穿戴者在预定时段之后的静止状态，并将所述穿戴者的静止状态信息发送至所述微处理器，所述微处理器根据所述静止状态信息判断所述穿戴者的静止状态是否超出预定时间，如果是，则向所述振动电机发送所述控制信号，如果否，则所述多轴加速计继续感应所述穿戴者的静止状态，并将所述穿戴者的静止状态信息发送至所述微处理器进行分析。

优选地，在多轴加速计感应穿戴者在任意角度的加速度值步骤之前还包括如下步骤：对所述可穿戴传感器装置进行校准，判断所述可穿戴传感器装置的电量是否充足，如果是，则所述主体装置的多轴加速计感对穿戴者姿势进行感应；如果否，则对所述可穿戴传感器装置进行充电操作。

相较于现有技术，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

所述可穿戴传感器装置使用低功率组件来优化其持续使用时间，提高其续航能力，且使用多轴加速计和微处理器进行数据的感应和处理，从而可以减小所述可穿戴传感器装置的尺寸；

而且，在所述可穿戴传感器装置中，所述多轴加速计实时采集数据并直接发送至所述微处理器进行分析处理，免去复杂信息传输方式，从而简化用户体验；

此外，所述方法可以实时采集穿戴者的姿势信息，并及时作出反馈，从而有利于穿戴者及时进行姿势的矫正。

附图说明

图1是本发明实施例提供的改善坐姿的可穿戴传感器装置的立体结构示意图；

图2是图1所示改善坐姿的可穿戴传感器装置中主体装置的结构框图；

图3是图1所示改善坐姿的可穿戴传感器装置的使用状态示意图；

图4是图1所示改善坐姿的可穿戴传感器装置的工作流程示意图；

图5是基于图1所示改善坐姿的可穿戴传感器装置的改善坐姿方法的流程框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

除非上下文另有特定清楚的描述，本发明中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本发明并不对此进行限定。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。

请同时参阅图1、图2和图3，本发明实施例提供的改善坐姿的可穿戴传感器装置100包括用于检测穿戴者姿势信息的主体装置10和用于磁性固定的磁扣20。所述磁扣20与所述主体装置10相互配合从而固定于所述穿戴者的衣服。其中，所述穿戴者可以是儿童或成年人。

所述主体装置10包括用于感应并采集穿戴者在任意方向的加速度数据的多轴加速计11、用于接收并分析来自所述多轴加速计11的数据的微处理器12、用于接收所述微处理器12发送的控制信号用于向所述穿戴者传达生物反馈的振动电机13、用于提供电能的可充电电源14、用于传达所述主体装置10的工作状态的指示灯15和与所述磁扣20对应设置的磁性件（图未示）。应当理解，所述生物反馈指的是所述振动电机13针对所述多轴加速度计11所采集的所述穿戴者的姿势信息而提供的震动提示。

具体地，所述可充电电源14分别与所述多轴加速计11、所述微处理器12、所述振动电机13和所述指示灯15电连接；所述磁性件固定于所述主体装置10，且可以固定于所述主体装置10的外表面、内部或嵌设于所述主体装置10的外壳，本发明对此不做限定。

在本实施例中，所述多轴加速计11可以是两轴加速计或三轴加速计，所述微处理器12可以是MCU单元，所述可充电电源14可以是锂离子电池、可充电铅酸电池或超级电容器电池，所述指示灯15可以是LED指示灯，所述磁性件可以由磁铁加工而成。而且，需要说明的是，所述指示灯15可以包括至少一个显示不同颜色的LED灯，例如显示红色的LED灯或显示蓝色的LED灯。

其中，所述可充电电源14集成于所述主体装置10内，通过USB接口进行充电。

所述振动电机13和所述指示灯15分别与所述微处理器12电连接，且所述振动电机13接收所述微处理器12发送的控制信号，从而向所述穿戴者传达生物反馈；所述指示灯15接收所述微处理器12发送的控制信号，从而传达所述主体装置10的工作状态。可选择的，所述指示灯15可以通过显示红色或蓝色光线指示不同的工作状态。

在使用所述可穿戴传感器装置100时，所述磁扣20与所述磁性件磁性相吸从而将所述主体装置10固定于所述穿戴者的衣服。而且，在穿戴时，可以将所述磁扣20设在所述衣服的外侧，也可以设在所述衣服内侧。

而且，所述可穿戴传感器装置100可以设置在所述衣服的前胸侧、衣袖部或后背侧，这可以根据实际使用的需要进行选择。

当所述穿戴者处于活动状态时，如果所述穿戴者穿戴所述可穿戴传感器装置100时，所述多轴加速计11感应穿戴者在某一方向的加速度值，并将所述加速度值信息发送至所述微处理器12；

所述微处理器12根据所述多轴加速计11发送的数据计算所述穿戴者相对于预设轴的转动角度，并判断所述穿戴者转动的角度相对于所述预设轴是否超出预设值；如果所述微处理器12判断所述穿戴者转动的角度相对于所述预设轴超出预设值，则所述微处理器12发送控制信号至所述振动电机13以通过振动方式传达实时的生物反馈，使得所述穿戴者获悉身体姿势处于不正确状态。

当所述穿戴者处于设定时间段内的姿势矫正训练时，所述多轴加速计11还用于感应所述穿戴者在预定时段之后的静止状态，并将所述穿戴者的静止状态信息发送至所述微处理器12；

所述微处理器12根据所述静止状态信息判断所述穿戴者的静止状态是否超出预定时间；如果所述微处理器12根据所述静止状态信息判断所述穿戴者的静止状态超出预定时间，则所述微处理器12发送控制信号至所述振动电机11以通过振动方式传达实时的生物反馈，使得所述穿戴者获悉结束姿势矫正训练进入活动状态。

请参阅图4，在使用所述可穿戴传感器装置100时，所述可穿戴传感器装置100的工作流程包括依次进行的：充电阶段、启动阶段、校准阶段、电量判断阶段、姿势分析阶段和关闭阶段。

在所述充电阶段中，如果所述主体装置10在充电过程中，则所述指示灯15显示红色表示正在充电，如果所述主体装置10在充电完成，则所述指示灯15显示蓝色表示充电完成；

在所述启动阶段中，当启动所述主体装置10时，所述指示灯15闪烁红色和蓝色，所述振动电机13启动短振动；

在所述校准阶段中，如果校准不成功，则继续校准，如果校准成功，则所述振动电机13启动至少两次振动提示；

在所述电量判断阶段中，判断所述可充电电源14内的电量是否充足，如果充足则执行所述姿势分析阶段，如果不充足则返回充电阶段进行充电；

在所述姿势分析阶段中，所述主体装置10判断姿势是否正确，如果不正确，则启动所述振动电机13进行振动提示，并等待10s后返回所述电量判断阶段，如果正确，则返回所述电量判断阶段；

而且，在所述姿势分析阶段中，还对所述穿戴者进行静止状态分析，如果所述穿戴者处于静止状态没有超出预设时间，则返回所述电量判断阶段，如果所述穿戴者处于静止状态超出预设时间，则会进行N次所述穿戴者是否处于活动状态的判断，设定N的初始数值等于0，N为整数：

在所述活动状态的判断过程中，当判断所述穿戴者处于静止状态超出预设时间时，设定N的数值等于0，并启动所述振动电机13进行三次振动提示；

然后，将N的数值加1，并开始判断所述穿戴者是否处于活动状态，如果是，在返回继续对所述穿戴者进行静止状态分析，如果不是，则判断N的数值是否等于4，如果N的数值不等于4，则返回启动所述振动电机13进行三次振动提示，并重复进行判断所述穿戴者是否处于活动状态的过程，如果N的数值等于4，则重新设定N的数值等于0，并返回所述电量判断阶段；

在所述关闭阶段中，当关闭所述主体装置10时，所述指示灯15显示蓝色，所述振动电机13启动短振动。

请参阅图5，一种根据图1所示改善坐姿的可穿戴传感器装置100的方法，具体包括如下步骤：

S1、对可穿戴传感器装置100进行校准，

S2、判断所述可穿戴传感器装置100的电量是否充足，如果是，则执行步骤S3；如果否，则对所述可穿戴传感器装置100进行充电操作；

S3、多轴加速计11感应穿戴者在任意角度的加速度值；

S4、微处理器12接收并分析来自所述多轴加速计11的数据；

S5、振动电机13接收所述微处理器12发送的控制信号用于向所述穿戴者传达生物反馈。

在所述步骤S3中，所述微处理器11根据所述多轴加速计发送的数据判断所述穿戴者转动的角度相对于所述预设轴是否超出预设值，

如果是，则向所述振动电机13发送所述控制信号，如果否，则所述多轴加速计11继续感应穿戴者在任意角度的加速度值，并采集到的加速度信息发送至所述微处理器进行分析。

所述多轴加速计11还用于感应所述穿戴者在预定时段之后的静止状态，并将所述穿戴者的静止状态信息发送至所述微处理器12，所述微处理器12根据所述静止状态信息判断所述穿戴者的静止状态是否超出预定时间，

如果是，则向所述振动电机13发送所述控制信号，如果否，则所述多轴加速计11继续感应所述穿戴者的静止状态，并将所述穿戴者的静止状态信息发送至所述微处理器12进行分析。

相较于现有技术，本发明提供的改善坐姿的可穿戴传感器装置和方法具有如下有益效果：

所述可穿戴传感器装置使用低功率组件例如，LED灯等来优化其持续使用时间，提高其续航能力，且使用多轴加速计和微处理器进行数据的感应和处理，从而可以减小所述可穿戴传感器装置的尺寸；

而且，在所述可穿戴传感器装置中，所述多轴加速计实时采集数据并直接发送至所述微处理器进行分析处理，免去复杂信息传输方式，从而简化用户体验；

此外，所述方法可以实时采集穿戴者的姿势信息，并及时作出反馈，从而有利于穿戴者及时进行姿势的矫正。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。