CN102178535B - 颈椎趣味保健系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种颈椎趣味保健系统及其实现方法，尤其涉及一种基于微型传感器和计算机平台的颈椎趣味保健系统，属于颈椎趣味保健领域。它集成在一顶特制的帽子上，用加速度传感器和微型陀螺仪全面、实时地检测颈部运动情况，通过微控制器实现判断并将结果发送至互动平台。互动平台根据有关保健资料，合理设定颈部的科学运动方法，根据检测到的用户颈部真实运动情况进行反馈，并将结果以声音和画面的方式提示，便于用户纠正不正确的颈部运动方法。整个系统只需要感知帽这一外在实物，适合于在办公和家庭等场所使用，具有成本低、智能化、科学性和娱乐性强的优点。

Description

颈椎趣味保健系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及颈椎趣味保健系统及其实现方法，尤其涉及一种基于微型传感器和计算机平台的颈椎趣味保健系统，属于颈椎趣味保健领域。
背景技术
随着计算机使用频率的提高，人群中出现颈椎不适现象的比例逐年上升，这一现象在白领和学生人群中尤为突出，因此，需要一款适于在办公场所使用的集科学性、保健性和娱乐性于一体的颈椎保健产品。现有的颈椎保健类产品或者功能比较单一，或者不适于在办公场所使用。有的产品采用座椅形式，体积庞大，费用高昂，不适合快节奏的白领人群使用。有的产品利用显示器基座引导用户进行颈部运动，但无法对用户的颈部运动作出反馈，缺乏互动性和科学性。
发明内容
本发明的目的是：为了克服现有的颈椎保健产品不适合在办公场所使用和缺乏互动性和娱乐性的问题，本发明提供了一种基于微型传感器和计算机平台的颈椎趣味保健系统。它集成在一顶特制的帽子上，通过与安装在计算机上的互动平台连接，可以实现对用户颈部运动姿态的引导和检测，通过合理的设计互动平台实现颈部运动的科学性、保健性和娱乐性。
本发明的技术方案是：参阅图1和图2，本发明公开的一种颈椎趣味保健系统，包括微型加速度传感器102、微型陀螺仪104、微控制器106、音频功放电路108、扬声器110、编码转换电路112、人体输入输出设备模块114、电源116、互动平台118，所述的互动平台118安装在计算机120上，其余部分均安装在感知帽100上；所述微型加速度传感器102为美新公司加速度计传感器，型号为MXC6202XG/H/M/N；
微控制器106接收来自微型加速度传感器102和微型陀螺仪104的信号，判断出人体颈部运动的实时姿态，通过编码转换电路112发送控制信号到人体输入输出设备模块114，将相应信息发送至计算机120；计算机120将收到的信息发送至互动平台118；互动平台118根据程序设定判断用户是否正确执行了规定的颈部运动，并将信息通过人体输入输出模块114和音频功放电路108以声音的形式在扬声器110上播放进行提示，同时互动平台118将相应结果在计算机120上以画面方式显示；所述电源116给微型加速度传感器102、微型陀螺仪104、微控制器106、音频功放电路108、扬声器110、编码转换电路112、人体输入输出设备模块114供电。
本发明提出的颈椎趣味保健系统的实现包括感知帽的实现方法和互动平台的实现方法两部分，其感知帽的实现方法包括如下步骤：
步骤一：微型加速度传感器102和微型陀螺仪104实时检测用户颈部运动过程中的x向加速度信号Ax、y向加速度信号Ay、z向角速度信号Wz；所述x向、y向、z向的定义为：用户人体的右方、正前方和正上方分别为X轴、Y轴和Z轴的正向，
步骤二：对步骤一中产生的x向加速度信号Ax、y向加速度信号Ay和角速度信号W进行处理，判断出用户颈部运动的实时运动姿态；其处理判断依据是：
当满足：Ax≤0.8g，Ay≥1.2g，W≤-35°/s，实时运动姿态为左转；
当满足：Ax≥1.2g，Ay≥1.2g，W≥35°/s，实时运动姿态为右转；
当满足：Ax＝0g，Ay≥1.2g，W＝0°/s，实时运动姿态为前倾；
当满足：Ax＝0g，Ay≤0.8g，W＝0°/s，实时运动姿态为后仰；
当满足：Ax≤0.8g，Ay＝0g，W＝0°/s，实时运动姿态为左斜；
当满足：Ax≥1.2g，Ay＝0g，W＝0°/s，实时运动姿态为右斜；
步骤三：微控制器106根据颈部运动姿态通过编码转换电路112发送控制信号到人体输入输出设备模块114；
步骤四：人体输入输出设备模块114将收到的信息发送至计算机120；
步骤五：重复步骤一-步骤五，连续检测、发送颈部的实时运动姿态；
其互动平台的实现方法包括如下步骤：
步骤一：计算机120将收到的信息发送至互动平台118；
步骤二：互动平台118根据程序设定判断用户是否正确执行了规定的颈部运动，并将信息分别通过音频功放电路108以声音的形式在扬声器110上播放进行提示和计算机120上以画面方式显示；
步骤三：重复步骤一-步骤三，连续对用户颈部运动进行判断和反馈。
本发明的有益效果是：采用加速度传感器和微型陀螺仪可以全面、实时地检测颈部运动情况，通过微控制器实现判断并将结果发送至互动平台。互动平台根据有关保健资料，合理设定颈部的科学运动方法，根据检测到的用户颈部真实运动情况进行反馈，并将结果以声音和画面的方式提示，便于用户纠正不正确的颈部运动方法。感知帽可以实时高精度的检测用户颈部的运动状态，互动平台是一款安装在电脑上的符合颈椎保健运动要求的互动小游戏，可以在一定程度上根据颈椎运动的要求设计游戏场景，并可根据用户个人喜好进行更换。互动平台具有两大优点：一是控制方式由传统的键盘和鼠标改为头部运动控制，二是游戏的场景设置符合颈椎运动的科学规律，可以达到放松和保健的效果。整个系统只需要感知帽这一外在实物，适合于在办公和家庭等场所使用，具有成本低、智能化、科学性和娱乐性强的优点。
附图说明
图1：本发明提出的颈椎趣味保健系统组成示意图
图中，100-感知帽，102-微型加速度传感器，104-微型陀螺仪，106-微控制器，108-音频功放电路，110-扬声器，112-编码转换电路，114-人体输入输出设备模块，116-电源，118-互动平台，120-计算机
具体实施方式
参阅图1和图2，本实施例公开的一种颈椎趣味保健系统，包括微型加速度传感器102、微型陀螺仪104、微控制器106、音频功放电路108、扬声器110、编码转换电路112、人体输入输出设备模块114、电源116、互动平台118，所述的互动平台118安装在计算机120上，其余部分均安装在感知帽100上；
本实施例中电源120为计算机USB总线中的供电线路，用于给微型加速度传感器102、微型陀螺仪104、微控制器106、音频功放电路108、扬声器110、编码转换电路112、人体输入输出设备模块114供电；微型加速度传感器102为美新公司加速度计传感器，型号为MXC6202XG/H/M/N；微型陀螺仪104为中星测控公司的单轴陀螺仪，型号为CS-ARS-01A；微控制器106为爱特梅尔公司的单片机，型号为AT89S52；微控制器106接收来自微型加速度传感器102和微型陀螺仪104的信号，判断出人体颈部运动的实时姿态，通过编码转换电路112发送控制信号到人体输入输出设备模块114，将相应信息发送至计算机120；计算机120将收到的信息发送至互动平台118；互动平台118根据程序设定判断用户是否正确执行了规定的颈部运动，并将信息通过人体输入输出模块114和音频功放电路108以声音的形式在扬声器110上播放进行提示，同时互动平台118将相应结果在计算机120上以画面方式显示。
本实施例的颈椎趣味保健系统的具体操作步骤如下：
(1)戴上感知帽，并将其与计算机相连；
(2)运行安装在计算机上的互动平台；
(3)运动根据互动平台中给出的提示进行颈部运动；
(4)互动平台对用户颈部运动情况给予反馈，如果运动方式不正确，感知帽将发出提示音；
(5)取下感知帽，关闭互动平台。
本实施例的颈椎趣味保健系统的实现包括感知帽的实现方法和互动平台的实现方法两部分，其感知帽的实现方法包括如下步骤：
步骤一：微型加速度传感器102和微型陀螺仪104实时检测用户颈部运动过程中的x向加速度信号Ax、y向加速度信号Ay、z向角速度信号Wz；所述x向、y向、z向的定义为：用户人体的右方、正前方和正上方分别为X轴、Y轴和Z轴的正向，
步骤二：对步骤一中产生的x向加速度信号Ax、y向加速度信号Ay和角速度信号W进行处理，判断出用户颈部运动的实时运动姿态；其处理判断依据是：
当满足：Ax≤0.8g，Ay≥1.2g，W≤-35°/s，实时运动姿态为左转；
当满足：Ax≥1.2g，Ay≥1.2g，W≥35°/s，实时运动姿态为右转；
当满足：Ax＝0g，Ay≥1.2g，W＝0°/s，实时运动姿态为前倾；
当满足：Ax＝0g，Ay≤0.8g，W＝0°/s，实时运动姿态为后仰；
当满足：Ax≤0.8g，Ay＝0g，W＝0°/s，实时运动姿态为左斜；
当满足：Ax≥1.2g，Ay＝0g，W＝0°/s，实时运动姿态为右斜；
步骤三：微控制器106根据颈部运动姿态通过编码转换电路112发送控制信号到人体输入输出设备模块114；
步骤四：人体输入输出设备模块114将收到的信息发送至计算机120；
步骤五：重复步骤一-步骤五，连续检测、发送颈部的实时运动姿态；
其互动平台的实现方法包括如下步骤：
步骤一：计算机120将收到的信息发送至互动平台118；
步骤二：互动平台118根据程序设定判断用户是否正确执行了规定的颈部运动，并将信息分别通过音频功放电路108以声音的形式在扬声器110上播放进行提示和计算机120上以画面方式显示；
步骤三：重复步骤一-步骤三，连续对用户颈部运动进行判断和反馈。

Claims (2)

1.一种颈椎趣味保健系统，包括微型加速度传感器(102)、微型陀螺仪(104)、微控制器(106)、音频功放电路(108)、扬声器(110)、编码转换电路(112)、人体输入输出设备模块(114)、电源(116)、互动平台(118)，所述的互动平台(118)安装在计算机(120)上，其余部件均安装在感知帽(100)上；所述微型加速度传感器(102)为美新公司加速度计传感器，型号为MXC6202XG/H/M/N；
微控制器(106)接收来自微型加速度传感器(102)和微型陀螺仪(104)的信号，判断出人体颈部运动的实时姿态，通过编码转换电路(112)发送控制信号到人体输入输出设备模块(114)，将相应信息发送至计算机(120)；计算机(120)将收到的信息发送至互动平台(118)；互动平台(118)根据程序设定判断用户是否正确执行了规定的颈部运动，并将信息通过人体输入输出模块(114)和音频功放电路(108)以声音的形式在扬声器(110)上播放进行提示，同时互动平台(118)将相应结果在计算机(120)上以画面方式显示；所述电源(116)给微型加速度传感器(102)、微型陀螺仪(104)、微控制器(106)、音频功放电路(108)、扬声器(110)、编码转换电路(112)、人体输入输出设备模块(114)供电。
2.一种如权利要求1所述的颈椎趣味保健系统的实现方法，包括感知帽的实现方法和互动平台的实现方法两部分，其感知帽的实现方法包括如下步骤：
步骤一：微型加速度传感器(102)和微型陀螺仪(104)实时检测用户颈部运动过程中的x向加速度信号Ax、y向加速度信号Ay、z向角速度信号Wz；所述x向、y向、z向的定义为：用户人体的右方、正前方和正上方分别为X轴、Y轴和Z轴的正向，
步骤二：对步骤一中产生的x向加速度信号Ax、y向加速度信号Ay和角速度信号W进行处理，判断出用户颈部运动的实时运动姿态；其处理判断依据是：
当满足：Ax≤0.8g，Ay≥1.2g，W≤-35°/s，实时运动姿态为左转；
当满足：Ax≥1.2g，Ay≥1.2g，W≥35°/s，实时运动姿态为右转；
当满足：Ax＝0g，Ay≥1.2g，W＝0°/s，实时运动姿态为前倾；
当满足：Ax＝0g，Ay≤0.8g，W＝0°/s，实时运动姿态为后仰；
当满足：Ax≤0.8g，Ay＝0g，W＝0°/s，实时运动姿态为左斜；
当满足：Ax≥1.2g，Ay＝0g，W＝0°/s，实时运动姿态为右斜；
上述的g均表示重力加速度，g＝9.8m/s2；
步骤三：微控制器(106)根据颈部运动姿态通过编码转换电路(112)发送控制信号到人体输入输出设备模块(114)；
步骤四：人体输入输出设备模块(114)将收到的信息发送至计算机(120)；
步骤五：重复步骤一-步骤五，连续检测、发送颈部的实时运动姿态；
其互动平台的实现方法包括如下步骤：
步骤一：计算机(120)将收到的信息发送至互动平台(118)；
步骤二：互动平台(118)根据程序设定判断用户是否正确执行了规定的颈部运动，并将信息分别通过音频功放电路(108)以声音的形式在扬声器(110)上播放进行提示和计算机(120)上以画面方式显示；
步骤三：重复步骤一-步骤三，连续对用户颈部运动进行判断。
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