CN106054198A - 一种预防与矫正青少年脊椎轻度弯曲的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预防与矫正青少年脊椎轻度弯曲的装置与方法，其中所述装置包括：检测单元主要包括安装在椅背上的多个超声波测距仪，对用户的后背进行测距，并将测量数据传给控制单元；控制单元接收测量数据后，与预设值进行比较，判断用户脊椎是否处于竖直状态，并将竖直状态与非竖直状态以及各自对应的时间分类存储，若连续处于非竖直状态的时间大于设定时间δ，则提醒单元提醒用户强制纠正坐姿；终端单元与通信单元连接，通信单元将控制单元存储的数据发送给终端单元；终端单元处理接收的数据，显示用户每天脊椎的情况。本发明能够准确测量脊椎的状态，及时提醒用户纠正坐姿，可帮助用户预防及矫正脊椎弯曲。

Description

一种预防与矫正青少年脊椎轻度弯曲的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种预防与矫正青少年脊椎轻度弯曲的装置与方法，属于预防医学领域。
背景技术
当前的青少年或因学业繁重、或因长期玩电脑、手机，坐姿不正确导致脊椎弯曲，严重损伤脊椎。有统计表明，青少年的脊柱弯曲发病率已高达3％，按这一数据估算，全国每年将产生大概100万的脊柱侧弯患者，与近视眼、心理疾病一起被专家称为妨碍青少年健康成长的三大问题。
目前医治和矫正青少年脊椎弯曲的方法很多，大多通过被动方式，如推拿复位、热药磁疗、手术治疗等，这些方法存在风险且治疗成本高；轻微时使用矫姿带等，这类产品佩戴相对不方便且会影响人体部分肌肉。所以青少年需要在日常生活中时刻提酲自己保持正确的姿势，避免久坐，这样能够预防脊椎弯曲，且在轻微弯曲时还能得到矫正。
目前已有一些检测坐姿及久坐提酲装置，如专利号201410775635.9“可调节的人体姿势检测提醒装置”专利，该装置使用三轴加速度传感器，通过测量垂直方向的加速度值来判断佩戴者是否落座，若为坐姿模式时，则根据此时的加速度来判断坐姿是否正常，不正常或超时则发出振动提示。该装置不能直接检测人体的脊椎状态，只能通过测得的重力加速度值进行推算，准确性不高，且该装置无法置入座具。专利号201410019465.1“基于智能移动设备的久坐提醒及坐姿检测装置”专利，通过在主要受力点的平面布置压力传感器来检测坐姿情况及时间，通过移动设备提酲用户。该装置只能在椅座平面内检测坐姿，无法检测脊椎的状态，且提醒功能必须通过智能移动设备进行。
发明内容
本发明解决的技术问题是：现有技术中还未有能够准确检测脊椎状态并在脊椎处于非竖直状态时本地发出提醒的装置和方法。
本发明提供了一种预防与矫正青少年脊椎轻度弯曲的装置，所述装置包括启停单元、检测单元、控制单元、提酲单元、通信单元和终端单元；所述启停单元用于启动和关闭检测单元、控制单元、提醒单元和通信单元；所述检测单元包括多个超声波测距仪，用于对用户的后背进行测距，并将测量数据传给控制单元；控制单元接收所述检测单元发送的测量数据，存储并处理测量数据，控制提醒单元做出提醒，并控制通信单元与终端单元通信；所述终端单元处理来自通信单元的数据，显示用户每天脊椎的情况。
作为本发明装置的进一步改进，所述启停单元为压力传感器，通过检测是否有人落座来启动或停止各单元。
利用压力传感器检测是否有人落座，从而自动启动或关闭装置中除了终端单元外的其它单元，与设置启动按钮相比控制方便，可防止用户遗忘。
作为本发明装置的进一步改进，所述提醒单元为振动器或语音提示电路。
振动器和语音提示电路均为常用的提酲装置，电路连接简单，提酲效果明显。
作为本发明装置的进一步改进，所述终端单元为手机或电脑。
只要安装有图表软件的设备均可以作为终端单元，使用手机或电脑作为监督终端，使用方便，随时随地可以查看脊椎状态。
作为本发明装置的进一步改进，所述通信单元与终端单元为蓝牙连接或WIFI连接。
不管终端设备为电脑还是手机，均支持蓝牙连接或WIFI连接，相应的通信单元为蓝牙模块或无线网卡模块。
本发明还提供了一种预防与矫正青少年脊椎轻度弯曲的方法，包括如下步骤：
步骤一：在座椅上安装权利要求1-5任一项所述装置的检测单元、控制单元、提醒单元、通信单元，将检测单元中多个超声波测距仪分布在椅背的不同位置；
步骤二：启停单元开启检测单元、控制单元、提醒单元和通信单元；
步骤三：参数初始化，设定检测单元的检测周期T1、设定每个超声波测距仪对应的距离预设值及非竖直状态时间预设值，设置非竖直状态计数n＝0；
步骤四：多个超声波测距仪每隔T1时间逐个测量用户背部与椅背之间的距离，并将测得的距离数据传输给控制单元；
步骤五：控制单元接收检测单元发送的测距数据后，将测距数据与距离预设值进行比较，判断用户脊椎是否处于竖直状态，若处于非竖直状态，将非竖直状态计数n加1，计算连续处于非竖直状态的时间t＝n×T1，若t超过预设值δ，则通过提酲单元提酲用户纠正坐姿，并将非竖直状态时间通过通信单元发送给终端单元；若处于竖直状态，则将非竖直状态计数n清零；
步骤六：终端单元接收通信单元发送的数据后，利用图表软件将数据做成可视化图表显示给用户。
作为本发明方法的进一步改进，步骤五中将测距数据与距离预设值进行比较，判断用户脊椎是否处于竖直状态，具体包括：先将每个超声波测距仪测得的数据与各自对应的距离预设值求差值，再将两两超声波测距仪求得的差值相比，若有一对差值的差超过预定范围，则确定脊椎处于非竖直状态。
通常判断脊椎是否竖直的方法是通过比较每个超声波测距仪的测量值与其对应的预设值是否匹配，但这种比较方法存在很大误差，因为用户每次就坐后背与椅背的距离均不固定，即使脊椎竖直，测得值与预设值部不匹配。本发明使用的判断方法是先将每个超声波测距仪的测量值与预设值求差，再将两两相邻超声波测距仪的差值做比较，其中只要有一对差值不等或差值相比超过一定范围，则可确定脊椎不竖直。
作为本发明方法的进一步改进，步骤二具体为：启停单元检测是否有人落座，若没有检测到，则一直检测；若检测到，则开启检测单元、控制单元、提醒单元和通信单元。
本发明的有益效果：通过分布在椅背不同位置的多个超声波测距仪对用户的背部进行测距，得到准确的脊椎状态，超声波测距仪每隔一段时间就会重新扫描测距，周而复始地监测用户脊椎的状态，及时提醒用户纠正坐姿，达到预防脊椎弯曲及治疗脊椎轻度弯曲的效果。使用终端单元处理记录的数据，用图表显示用户每天脊椎的情况，更形象生动，方便家长监督子女的脊椎状况。
附图说明
图1为本发明整个装置的结构示意图。
图2为本发明整个装置的主程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示是一种预防与矫正青少年脊椎轻度弯曲的装置，包括启停单元、检测单元、控制单元、提醒单元、通信单元和终端单元。
启停单元可以是机械开关，需要手动启动或关闭整个装置。本实施例优选压力传感器，将其安装在椅座上，用于检测是否有人落座，若检测到有人落座，就开启整个装置(终端单元除外)。
检测单元包括多个超声波测距仪，将这些超声波测距仪安装在椅背不同的位置，周期性地测量背部到椅背各个部位的距离，并将这些数据发送给控制单元。超声波测距仪的个数根据椅背的大小调节，每次测量数据，多个超声波测距仪不同时工作，而是依次测量，避免相互干扰。
控制单元接收到测距数据后，将测距数据与预设距离值进行比较，判断脊椎是否处于竖直状态，并统计处于非竖直状态的时间，若统计时间大于设定时间δ，则发送提醒信号给提醒单元，并将非竖直状态时间通过通信单元发送给终端单元；若统计时间不大于设定时间δ，则继续等待接收检测单元发送的测距数据；若处于竖直状态，则将非竖直状态统计时间清零，继续等待接收检测单元发送的测距数据。
提醒单元优选振动器或语音提示电路，收到相应的提醒信号后做出提醒，振动一段时间或播放一段提示语音后自动停止。
终端单元可为电脑或手机，与通信单元通过蓝牙连接或WIFI连接，通信单元将控制单元存储的信息发送给终端单元。终端单元安装有图表软件，该软件将接收的数据进行处理，用图表形式显示用户每天矫正脊椎的情况。
结合图1和图2，一种预防与矫正青少年脊椎轻度弯曲的方法，包括以下步骤：
步骤一：在座椅上安装预防与矫正青少年脊椎轻度弯曲装置的检测单元、控制单元、提醒单元、通信单元，将启停单元安置在椅座上，将检测单元中多个超声波测距仪分布在椅背的不同位置；
步骤二：启停单元检测是否有人落座，若没有检测到，则一直检测，直到检测到有人落座，开启检测单元、控制单元、提醒单元和通信单元；
步骤三：参数初始化，设定检测单元的检测周期T1、设定每个超产波测距仪对应的距离预设值(椅背的斜度不同预设值不同)及非竖直状态时间预设值δ，设置非竖直状态计数n＝0；
步骤四：多个超声波测距仪每隔T1时间就逐个测量用户背部与椅背之间的距离，并将测得的距离数据传输给控制单元；
步骤五：控制单元接收检测单元发送的测距数据后，将测距数据处理后与距离预设值进行比较，判断用户脊椎是否处于竖直状态，若处于非竖直状态，将非竖直状态计数n加1，计算连续处于非竖直状态的时间t＝n×T1，若t超过预设值δ，则通过提醒单元提醒用户纠正坐姿，并将非竖直状态时间t通过通信单元发送给终端单元；若处于竖直状态，则将非竖直状态计数n清零；
步骤六：终端单元接收通信单元发送的数据后，利用图表软件将数据做成可视化图表显示给用户。
本实施例的步骤一中使用5个超声波测距仪，编号为m1～m5，将5个超声波测距仪沿椅背从上到下排列，且位于椅背中部的一条直线上；步骤三中设定的每个超声波测距仪对应的距离预设值为：L1～L5；步骤四中5个超声波测距仪测得的数据为l1～l5；步骤五中控制单元接收数据l1～l5后，依次计算每个超声波测距仪测得的距离值与预设值的差：Δd1＝|L1-l1|，Δd2＝|L2-l2|，Δd3＝|L3-l3|，Δd4＝|L4-l4|，Δd5＝|L5-l5|，再将两两相邻超声波测距仪求的差比较得到Δc1～Δc4：Δc1＝|Δd1-Δd2|，Δc2＝|Δd2-Δd3|，Δc3＝|Δd3-Δd4|，Δc4＝|Δd4-Δd5|，若Δc1～Δc4其中有一个超过预定范围，则脊椎为非竖直状态，若Δc1～Δc4均不超过预定范围，则脊椎为竖直状态。
本发明能够准确测量脊椎的状态，及时提醒用户纠正坐姿，可帮助用户预防及矫正脊椎弯曲。通过装有脊椎监督软件的终端设备，统计并显示用户的脊椎状况，加强用户对坐姿的重视程度，方便家长监督。

Claims (8)

1.一种预防与矫正青少年脊椎轻度弯曲的装置，其特征在于，所述装置包括启停单元、检测单元、控制单元、提醒单元、通信单元和终端单元；所述启停单元用于启动和关闭检测单元、控制单元、提醒单元和通信单元；所述检测单元包括多个超声波测距仪，用于对用户的后背进行测距，并将距离数据传给控制单元；控制单元接收所述检测单元发送的距离数据，存储并处理距离数据，控制提醒单元做出提醒，并控制通信单元与终端单元通信；所述终端单元处理来自通信单元的数据，显示用户每天脊椎的情况。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述启停单元为压力传感器，通过检测是否有人落座来启动或停止各单元。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述提醒单元为振动器或语音提示电路。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述终端单元为手机或电脑。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通信单元与终端单元为蓝牙连接或WIFI连接。
6.一种预防与矫正青少年脊椎轻度弯曲的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：在座椅上安装权利要求1-5任一项所述装置的检测单元、控制单元、提醒单元、通信单元，将检测单元中多个超声波测距仪分布在椅背上；
步骤二：启停单元开启检测单元、控制单元、提酲单元和通信单元；
步骤三：参数初始化，设定检测单元的检测周期T1、设定每个超声波测距仪对应的距离预设值及非竖直状态时间预设值δ，设置非竖直状态计数n＝0；
步骤四：多个超声波测距仪每隔T1时间逐个测量用户背部与椅背之间的距离，并将测得的距离数据传输给控制单元；
步骤五：控制单元接收检测单元发送的测距数据后，将测距数据与距离预设值进行比较，判断用户脊椎是否处于竖直状态，若处于非竖直状态，将非竖直状态计数n加1，计算连续处于非竖直状态的时间t＝n×T1，若t超过预设值δ，则通过提酲单元提酲用户纠正坐姿，并将非竖直状态时间通过通信单元发送给终端单元；若处于竖直状态，则将非竖直状态计数n清零；
步骤六：终端单元接收通信单元发送的数据后，利用图表软件将数据做成可视化图表显示给用户。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤五中将测距数据与距离预设值进行比较，判断用户脊椎是否处于竖直状态，具体包括：先将每个超声波测距仪测得的数据与各自对应的距离预设值求差值，再将两两相邻超声波测距仪求得的差值相比，若有一对差值的差超过预定范围，则确定脊椎处于非竖直状态。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤二具体为：启停单元检测是否有人落座，若没有检测到，则一直检测；若检测到，则开启检测单元、控制单元、提醒单元和通信单元。
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