CN104484984A - 可调节的人体姿势检测提醒装置 - Google Patents

Abstract

本发明是提供一种可以通过蓝牙来用手机设置的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置。包含检测模块、蓝牙模块、控制模块、振动模块和电源模块五部分。检测模块主要为三轴加速度传感器，负责将测量的佩戴者背部角度数据传给控制模块；控制模块接收来自检测模块的数据，并进行计算分析佩戴者是否姿势正确，并通过振动模块的振动来提醒用户改正姿势；蓝牙模块与手机连接，通过APP对装置进行调整，以适应不同的人群和要求。检测模块检测垂直方向的加速度值来判断坐立和行走模式。如果佩戴者在坐姿情况下超时也会振动提醒佩戴者进行活动。该装置可适应多种情况且便携灵活，可帮助佩戴者形成良好的习惯。

Description

可调节的人体姿势检测提醒装置

技术领域：

本发明涉及一种基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置，该发明可以实现对佩戴者在行走时或坐下时是否驼背以及是否长时间久坐，通过振动方式来提醒用户更改姿势，以达到保护脊椎的目的。

背景技术：

随着社会的发展，越来越多的工作需要人们坐下来办公，尤其是IT类和文案类的公司，员工大量时间都坐在电脑前。还有中小学生，随着学业压力增加，白天和晚上都在伏案学习。根据世界卫生组织的报告：每年约有200多万人因长时间坐着不动而死亡；预计到2020年，全球将有70％的疾病是由坐得太久、缺乏运动而导致的。随着长时间的久坐低头，也会容易导致脊椎变形导致驼背现象改变形体，影响形体外观，更严重者会压迫到人体某些神经，造成神经障碍；长时间近距离学习和使用电脑也会影响眼睛，导致近视。所以人们需要在日常生活中需要时刻提醒自己保持正确的姿势，避免久坐，从而形成良好习惯。

市场上已经有一些相关的人体姿势矫正的设备，大多是通过被动方式，比如矫姿带等，但是这类产品佩戴相对不方便而且会影响部分人体肌肉，被动方式也不会使佩戴者主种形成良好的站姿和坐姿；另一种设备是多为学生使用的坐姿矫正器，通过安装在书桌上，与桌面形成一定距离，进而避免形成驼背和近视，但是这类产品使用条件有限，多为固定，并不便携，也不利于成人的使用。上述产品都不能做到随时随地主动提醒用户的不良姿势，具有很多局限性。另外一些相关的电子类检测提醒装置，只能实现简单的坐姿状态检测和提醒，功能相对简单，无法适应多种情况，用户体验较差。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能实时随地检测佩戴者的行走或久坐的姿势状态，并提醒佩戴者，使佩戴者主动形成良好的习惯。

本发明的基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒设备包含检测模块、控制模块、蓝牙模块、振动模块、电源模块。检测模块主要为三轴加速度传感器，将采集到的人体背部角度和加速度变化值传给控制模块；控制模块主要由MCU构成，负责整个装置的正常运行，判断检测模块传来的数值，以分析佩戴者是否背部弯曲或者长时间久坐，并通过振动模块对佩戴者进行提示；蓝牙模块负责与手机连接，通过APP来设置矫正，并可将该装置记录上传给手机进行显示；振动模块为由微型电机构成的振动马达，来对佩戴者进行提醒；电源模块负责将给各模块进行稳定供电。

上述的检测模块的三轴加速度传感器采用ADXL345，支持通过I²C或SPI通信，可输出16位数据格式。

上述的控制模块的MCU采用TI的MSP430F2121，是16位的超低功耗微控制器，具有4KBROM和256B的RAM，支持I²C和SP1通信。

上述蓝牙模块采用支持蓝牙4.0协议的低功耗模块，可与多种蓝牙设备连接通讯。

上述电源模块采用可充电锂电池供电，可实现更长时间的续航，减轻整体设备的重量和体积。

根据资料显示，人体脊椎倾斜角度偏离正常角度大于15度时，时间达到40～50秒，就可能开始形成不良习惯。将人体脊椎正常生理曲度设置到控制器中，再设置一个倾斜变化门限值，通过差值来判断是否坐姿或者行走时背部角度不正确。

本发明的装置中的三轴加速度传感器以脊椎正常曲度值为正确角度基准值，并测量脊椎相对正确角度基准值的变化值，固定一个门限值，当变化值超过该门限值时，MCU做出判断并通过控制振动模块来提醒佩戴者。

本装置可以检测佩戴者是在站立姿态还是坐姿，当佩戴者站立起来时，三轴加速度传感器会检测到在垂直方向的一个向上的加速度值，在一定时间内没有其它大的加速度值变化，由此判断佩戴者站立，MCU进入站立模式，再通过该模式下的角度变化值，来判断佩戴者是否在走路时属于弯腰驼背，通过振动模块来提醒佩戴者；当佩戴者坐下时，三轴加速度传感器会检测到在垂直方向的一个向下的加速度值，在一定时间内没有其它大的加速度值变化，由此判断佩戴者坐下，MCU进入坐姿模式，再通过该模式下的角度变化值，来判断佩戴者在坐姿时是否背部弯曲过度，如果超过门限值则通过振动提醒佩戴者。

本装置也可检测佩戴者是否长时间久坐，MCU设置一个坐姿模式计时时间值，当佩戴者在坐姿模式下时，时间达到该值时，例如45分钟，说明佩戴者长时间久坐不动，则通过振动提醒佩戴者进行适当活动。

本装置的蓝牙模块可连接手机等设备，实现对该装置的配置。装置默认的检测角度参数适合大多数人群，但部分人群以及佩戴位置的差异，并不一定适配每个人，所以可以通过手机APP来进行配置校正。进入手机APP设置模式可以分别设置行走模式和坐姿模式下的正常角度值，当用户在坐姿背部角度正确情况下按下“坐姿正确角度”，则此时用户的坐姿角度被设置为坐姿正确角度基准值；站立模式设置同上；坐姿模式下的“久坐提醒”值，可以输入相应的提醒分钟数来更改。提醒用的振动也可以设置相应的振动强度和振动时间，以便满足佩戴者的舒适度。

附图说明

图1是整个装置的结构示意图。

图2是整个装置主程序流程图。

具体实施方法

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，是基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置，左侧部分是本装置的核心部分，包含检测模块1，控制模块2，蓝牙模块3，振动模块4，电源模块5。控制模块2为核心控制检测模块1、蓝牙模块3和振动模块4，完成主要功能。当装置佩戴在使用者身上工作时，检测模块1实时检测佩戴者背部的角度变化数据，将检测数据传给控制模块2，控制模块2接收数据后通过算法计算出佩戴者的背部角度值，与存储的正常角度值求差，之后判断是否超过警告角度值，如果超过预设警告值则通过振动模块4提醒佩戴者；蓝牙模块3主要连接手机，实现发送本机的数据给手机端，接受来自手机端的设置参数，完成对本装置的调整工作。右侧部分是手机部分的结构图，APP安装在以Android为系统的手机上，通过手机蓝牙功能实现连接该模块，将设置数据传给本装置。

检测模块1的三轴加速度传感器传感器因为地心引力的影响，在水平情况下会有一个固定的重力加速度值g，当传感器倾斜时，X轴、Y轴、Z轴三个方向会有重力加速度值的分量变化产生，传感器将三轴的分量变化采集到传给控制模块2，控制模块2通过反三角函数的计算，得出此时装置的倾斜角度。

本装置启动后默认进入站立模式，启动后通过检测一定时间内的垂直加速度值的变化情况，如果有较长时间内垂直加速度值稳定则认为佩戴者处于坐姿状态，装置自动切换到坐姿模式工作，后续的工作模式切换，通过检测垂直加速度值得变化来判断，若有垂直方向上产生一个较大的加速度值变化，则工作模式发生改变，原理是稳定时只有一个向下的重力加速度值g，加速度值变化增大则进入坐姿模式，加速度值变化减小则进入站立模式。

在坐姿模式下，控制模块2将得到的角度值与默认坐姿正常值求差，该差值再与默认坐姿角度警告值对比，当所测实时角度值超过该值时，振动模块4通过振动来提醒佩戴者进行姿势恢复，同时在进入坐姿模式时启动一个计时器，当超过预设时间时也产生一个振动提醒，达到久坐提醒功能。

在站立模式下，检测方法与坐姿模式相同，只是默认站立角度正常值与默认坐姿角度正常值不同，也没有计时器的启动。

佩戴者通过蓝牙模块3配对手机后，可对装置的默认角度值进行设置。佩戴者可以以正确的姿态坐下或者站立，通过APP将此时正确的角度值设置为正确角度值，在工作时，通过检测到的角度值与该正确角度值求差，进而判断是否超过警告门限值；同时APP也可调整振动模块4的振动强度和每次振动时间，从而满足佩戴者的舒适度。

图2所示为控制模块2的程序流程图。装置启动后首先检查是否进行蓝牙配对，如果配对则进入配对流程，否则直接进入工作模式，默认先进入站立模式。

本装置佩戴方法：可以将其夹在后衣领口，或者夹在衣服前面上衣扣处，方便小巧，可随时摘取佩戴。

Claims (9)

1.基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置，包含检测模块(1)、蓝牙模块(2)、控制模块(3)、振动模块(4)和电源模块(5)五部分；检测模块(1)主要为三轴加速度传感器(6)，完成佩戴者的模式检测和角度测量，将测量的数据传给控制模块(3)；控制模块(3)接收来自检测模块(1)的数据，并进行计算分析是否超过预设值，如果超过预设值，说明此时佩戴者的背部弯曲超过健康值，之后通过振动模块(4)的振动来提醒用户；蓝牙模块(2)可以与手机(7)连接，通过APP对该装置的各项检测值进行设置以及对振动时间和强度进行调整；三轴加速度传感器(6)可以通过垂直方向的加速度值来判断佩戴者是在坐姿情况下还是站立情况下，之后进入对应的检测模式；如果佩戴者在坐姿情况下，超过一定的坐姿时间通过振动模块(4)提醒佩戴者进行活动，避免久坐劳累。

2.根据权利1要求所述的基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置，其特征是检测模块采用的三轴加速度传感器(6)为ADXL345，采集数据以16位数据格式输出给控制模块(3)，采用SPI通讯方式与控制模块(3)进行数据传输。

3.根据权利1要求所述的基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置，其特征是控制模块(3)采用TI的MSP430F2121，16位超低功耗控制器，具有4KBROM和256B的RAM。

4.根据权利1要求所述的基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置，其特征是蓝牙模块(2)采用支持蓝牙4.0协议的芯片，负责与手机(7)通讯。

5.根据权利1要求所述的基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置，其特征是电源模块采用可充电锂电池供电，提供稳定3.3V电压，以提高装置使用时间。

6.根据权利1要求所述的基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置，其特征是振动模块(4)采用微型振动马达，满足提醒功能且符合佩戴者的舒适度，并且可以通过APP进行调整。

7.根据权利1要求所述的基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置，对其进行设置的APP需要安装在以Android为操作系统的手机(7)上，同时手机(7)需要具备蓝牙4.0功能。

8.根据权利1要求所述的基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置，其工作模式选择的功能是通过三轴加速度传感器(6)对垂直方向的加速度值进行检测，人体坐下或站立会在垂直方向产生一个较大的向上或向下加速度值。

9.根据权利1要求所述的基于蓝牙的行走和坐姿检测及久坐提醒的装置，其特征是通过在进入坐姿模式下加入一个计时器，到达时间后控制产生振动，达到久坐提醒功能。