一种智能坐姿检测纠正装置的制作方法

本实用新型涉及一种学生坐姿矫正装置，尤其是涉及一种智能坐姿检测纠正装置。

背景技术：

日常的学习生活中，养成良好的学习习惯十分重要。良好的学习习惯不但是指每天学习时间的保证，同时还包含了学习时的正确坐姿。对于我们广大的中小学生来说，随着学习任务的不断加重，在学习时需要保持正确的坐姿，从而预防近视的发生；另外一个方面，尤其是对于刚刚入学的小学生来说，需要保证每天固定的学习时间，并需要对保持正确坐姿的时间进行监管。

目前，国内外已经出现了一些视力保护器或者是写字保护器的设计在纠正儿童的坐姿。有些是通过纯机械支架，保证学生们学习时头部和身体能够和书本保持一定的距离，从而预防近视。有些是结合了电子设计，比如防近视智能正姿笔，笔内有红外监测眼，书写过程中，如果坐姿不正，眼睛与桌面距离太近，笔尖就会自动缩回，只有姿势正确，笔尖才会自动伸出，可以继续书写；但是这些方法存在以下问题：1、纯机械结构具有占地方、磕碰身体、挡视线、不自由等缺点；2、电子式的装置大都是采用惩罚性的反馈，只针对坐姿不正确进行提醒和纠正，对小学生们的体验不够友好。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能坐姿检测纠正装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种智能坐姿检测纠正装置，包括坐姿检测模块和显示与奖励模块；

所述的坐姿检测模块包括四个超声波传感器、工字型支架、第一控制单元、第一射频通讯单元和第一电源单元，所述四个超声波传感器分别两两成组安装在工字型支架的上下两端横杆处，所述的第一控制单元、第一射频通讯单元和第一电源单元均安装在工字型支架的腰部竖杆上，所述第一射频通讯单元、第一电源单元和超声波传感器分别连接第一控制模块；

所述的显示与奖励模块包括时间显示机构、控制机构和奖励发放机构，其中：

所述的控制机构包括安装在壳体内的第二控制单元、第二射频通讯单元、警报器和第二电源单元，所述的第二控制单元分别连接警报器、第二射频通讯单元和第二电源单元，所述的第二控制单元和第一控制单元通过第一射频通讯单元和第二射频通讯单元互相连接；

所述的时间显示机构包括风车和第一电机，所述的风车安装于壳体的顶端，并且通过第一电机连接第二控制单元；

所述的奖励发放机构安装于壳体的底部，并且连接第二控制单元。

进一步地，所述的奖励发放机构包括底座、转轴、桶状箱体、多块分隔板和第二电机，所述的转轴竖直安装在底座上，并且穿过桶状箱体，所述的多块分隔板安装在转轴上，将桶状箱体分割为多个区间，所述桶状箱体的底部一侧设有出口，所述的转轴通过第二电机连接第二控制单元。

进一步地，所述的第一控制单元和第二控制单元均为单片机。

进一步地，所述的超声波传感器采用US-015超声波测距传感器。

进一步地，所述的第一射频通讯单元和第二射频通讯单元采用LCX24A单片机。

进一步地，所述的警报器为声光警报器。

进一步地，所述的风车上的一片叶轮上设有特殊标识。

进一步地，所述的坐姿检测模块高度小于20cm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型通过坐姿检测模块的超声波传感器采集的距离来判断学生的坐姿状态，可放置于较远处，相比于现有的一些物理强制纠正姿势的产品，不会对学生造成遮挡、磕碰等不必要的干扰；并且坐姿检测模块通过无线通信连接显示与奖励模块，当学生持续保持正确的坐姿一段时间后，奖励发放机构会发放预先设置于机构内的奖励物品；当学生坐姿不正确时，警报器会发出警报进行提醒，通过这种“赏罚并重”的方式，激发学生的主动性和积极性，有趣并且友好地帮助学生培养良好的坐姿习惯。

2、本实用新型通过显示与奖励模块的风车，作为一个时间提醒，在检测到学生坐姿正确时进行慢速的旋转，每旋转一圈即为一个奖励的计时周期，能够给学生足够的计时反馈，利于学生对自己的自我督促和管理，培养良好的时间观念，同时，家长也可以更好的直观了解学生在学习过程中保持正确姿态的时间。

3、本实用新型使用上下两组超声波传感器同时监测学生身体距离桌子的距离d1，和学生的头部距离桌面的距离d2。每组两个传感器能够更加精确判断，降低发生误报的可能。

综上，本实用新型能够使用生动、有趣、互动的方式逐步让学生们培养起良好的坐姿习惯。此外，家长可以通过往装置中放置奖励的数目和频次，知道学生们学习时间、以及坐姿正确情况的统计情况。

附图说明

图1为坐姿检测模块的结构示意图；

图2为显示与奖励模块的结构示意图；

图3为奖励发放机构的结构示意图；

图4为本实用新型运行程序的流程示意图；

附图标记：1、坐姿检测模块，11、超声波传感器，12、工字型支架，13、第一控制单元，14、第一射频通讯单元，15、第一电源单元，2、显示与奖励模块，21、时间显示机构，211、风车，212、第一电机，22、控制机构，221、第二控制单元，222、第二射频通讯单元，223、警报器，224、第二电源单元，225、壳体，23、奖励发放机构，231、底座，232、转轴，233、桶状箱体，234、分隔板，235、第二电机，236、出口，3、奖励物品。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种智能坐姿检测纠正装置，主要包括坐姿检测模块1和显示与奖励模块2。

坐姿检测模块1包括四个超声波传感器11、工字型支架12、第一控制单元13、第一射频通讯单元14和第一电源单元15，所述四个超声波传感器11分别两两成组安装在工字型支架12的上下两端横杆处，所述的第一控制单元13、第一射频通讯单元14和第一电源单元15均安装在工字型支架12的腰部竖杆上，所述第一射频通讯单元14、第一电源单元15和超声波传感器11分别连接第一控制模块。坐姿检测模块1利用超声波传感器11对坐姿的正确性进行检测，同时为了保证在检测过程中不影响学生的正常学习，尽量缩小了该模块的体积，体积应控制在20cm(高)×12cm(长)×6cm(宽)以内。

显示与奖励模块2包括时间显示机构21、控制机构22和奖励发放机构23，其中：

控制机构22包括安装在壳体内的第二控制单元221、第二射频通讯单元222、警报器223和第二电源单元224，所述的第二控制单元221分别连接警报器223、第二射频通讯单元222和第二电源单元224，所述的第二控制单元221和第一控制单元13通过第一射频通讯单元14和第二射频通讯单元222互相连接；时间显示机构21包括风车211和第一电机212，所述的风车211安装于壳体的顶端，并且通过第一电机212连接第二控制单元221。警报器223采用声光警报器223，对检测出的错误坐姿进行报警。

第一控制单元13和第二控制单元221均为ATmega32u4单片机。该单片机同时具有20路数字输入/输出口，其中7路可作为PWM输出，12路模拟型号输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB接口，可以通过USB接口直接供电，工作电压为5V。该单片机能够较好地完成接收超声波传感器11信号、与射频通信接口、以及驱动电机等功能。

坐姿检测模块1使用上下两组超声波传感器11同时监测学生身体距离桌子的距离d1，和学生的头部距离桌面的距离d2，传输至第一控制单元13判断学生坐姿是否正确。超声波传感器11主要有超声波发射装置和超声波接收器组成。超声波测距原理是在超声波发射装置发出超声波，由接收器接到超声波，记录发射超声波和接受超声波的时间差，从而得到距离信息。本实施例选择目前市场上分辨率最高、重复测量一致性最好的超声波测距传感器US-015。US-015的分辨率高于1mm，可达0.5mm,测距精度高；重复测量一致性好，测距稳定可靠。

使用第一射频通讯单元14和第二射频通讯单元222完成坐姿检测模块1和显示与奖励模块2之间的无线通信。本实施例中使用收发一体的LCX24A无线通信模块，即LCX24A单片机。其原理是通过无线电波的频率变化来代表传播的数字信息，并通过编程设置模块频段，来连接其他的射频模块，达到远程控制的目的。

坐姿检测模块1通过超声波传感器11检测学生距离桌子的距离后，由第一控制单元13进行处理，判断坐姿是否正确，并且记录时长，然后处理后的结果数据传输至显示与奖励模块2的第二控制单元222。显示与奖励模块2通过无线通讯接收从坐姿检测模块1传输过来的数据，得到学生保持正确坐姿的学习时间长短，并通过风车211的叶轮转动角度来形象地表示经过的时间(在风车211上的一片叶轮上设有特殊标识，本实施例为箭头图案)；另一方面，显示与奖励模块2还在底部安装了奖励发放机构23，当小朋友们保持正确坐姿的学习时间达到设定的时间时，第二控制单元221将发送对应的控制信号给奖励发放机构23，从而控制奖励物品的自动发放。

如图3所示，奖励发放机构23包括底座231、转轴232、桶状箱体233，多块分隔板234和第二电机235，所述的转轴232竖直安装在底座231上，并且穿过桶状箱体233，所述的多块分隔板234安装在转轴232上，将桶状箱体233分割为多个区间，所述桶状箱体233的底部一侧设有出口236，所述的转轴232通过第二电机235连接第二控制单元。

奖励发放机构23位于整体装置的最低部，其原理为：通过第二控制单元中的发过来的控制信号，控制第二电机235的转动，直流电机的转动会通过转轴232带动分隔板234的转动。而每一次的奖励物品3通过分隔板234进行分隔，在正常工作模式时，当分隔板234推动奖励物品3到出口236时，奖励物品3会自动掉出；而在家长模式时(仅当奖励物品3全部发放完毕时使用)，家长可将每一次的奖励物品3依次放入奖励置入口，出口236同时为奖励置入口。随着分隔板234的不停自动转动，每个区间内将逐步填满奖励物品3。

本实施例的第二控制单元分别通过两个驱动模块控制第一电机和第二电机。第二电机是用于执行自动奖励发放；第一电机是为了控制风车叶轮的转动角度，进而形象地表示小朋友保持正确坐姿的学习时间长短。

电机在本实施例中控制着机械开关的运动速度和运动方向，是本装置的重要执行机构，选择一款合适的电机尤为重要。本装置可采用直流减速电机，在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。齿轮减速箱的作用是，提供较低的转速，较大的力矩。同时，齿轮箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩。符合系统中对速度和精度控制的要求。

所述的驱动模块主要以TB6612电机驱动芯片为主要芯片。TB6612是一款直流电机驱动芯片，每个通道最多输出1A的连续驱动电流，启动峰值电流可以达到2A，有四种电机控制模式，包括正转、反转、制动、停止。这款芯片最高支持高达100KHz。本实施例的电机驱动模块使用的是直流电机驱动器TB6612FNG，功率符合我们设计的机械结构的要求，相对于其他电机驱动模块，体积小，性能高。

如图4所示，本实施例的工作模式可以分成两种：

正常工作模式：当装置工作在正常工作模式时，会完成自动坐姿检测、自动学习时间计时及显示和自动奖励发放等功能；正常模式下，坐姿检测模块首先测试学生和桌子间的距离信息，判断坐姿是否规范，若坐姿错误，则触发警报器，进行声光警报；若坐姿正确，则通过第一电机控制风车旋转，同时进行计时，当时间超过设定阈值后先奖励发放机构发出控制信号，进行奖励物品的发放。

家长模式：当该装置工作在家长模式时，主要是为了完成奖励补充的功能，家长可按照系统的指示，依次对发放完毕的奖励进行填补；在家长模式下，第二电机反向旋转，家中从奖励发放机构的出口塞入奖励物品，奖励物品可以使糖果、小礼物等，分隔板自动转动，每个区间内将逐步填满奖励物品。

正常工作模式和家长模式通过预设的动作进行触发和转换。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。