CN106820720A - 一种多传感器坐姿检测座椅及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多传感器坐姿检测座椅及其检测方法，本发明多传感器坐姿检测座椅通过压力传感器采集数据检测判断当前状态是否有人坐下，如果有提示保持正确坐姿，读入当前相关参数，并且开始系统计时；将采集得到的数据送入的控制器进行分析判断，进行坐姿不对判决，多动判决，久坐判决；当控制器判断当前状态处于久坐、坐姿不正以及多动时，振动器开始工作发出不同的警告信号，并发送当前状态到远程监控设备比如监护人的手机APP上；儿童通过不同的警告信号，及时地调整状态，监护人通过远程设备了解孩子当前信息状态。

Description

一种多传感器坐姿检测座椅及其检测方法

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域，特别是一种多传感器坐姿检测座椅及其检测方法。

背景技术

如今，教育是一种必然，孩子们大多时间是坐在椅子上学习。由于学业过重，监护人无法时刻看护孩子，由于坐姿不对以及久坐等问题，影响着孩子，长期以往，形成恶习因而诱发各种疾病。此外，有些儿童患有多动症，其注意力不集中，注意短暂，活动过多，情绪易冲动，学习成绩普遍较差，在家庭及学校均难与人相处。而基于单传感器检测坐姿，其一般检测误差大，条件约束严格，而存在各种坐姿状况检测不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多传感器坐姿检测座椅及其检测方法，提醒学生是否久坐、坐姿不对以及多动症等问题，便于学生养成一种好习惯，避免坐姿不正而导致身体不适。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种多传感器坐姿检测座椅，其特征在于，包括座椅本体、压力传感器、系统控制器、第一组红外传感器和第二组红外传感器；所述座椅本体的每个椅腿底部对应设置有压力传感器，座椅本体的两个前椅腿之间设置有第一组红外传感器，座椅本体的椅背上设置有第二组红外传感器，座椅本体的座板下方设置有系统控制器；所述系统控制器包括处理器、扬声器、振动器、无线模块和电源模块；所述处理器分别与扬声器、振动器、无线模块、电源模块、压力传感器、第一组红外传感器、第二组红外传感器相电性连接。

优选地，所述第一组红外传感器包括若干个红外传感器，红外传感器水平均匀的排列在座椅本体的两个前椅腿之间。

优选地，所述第二组红外传感器包括若干个红外传感器，红外传感器水平均匀的排列在座椅本体的靠背上。

一种根据权利要求1所述的多传感器坐姿检测座椅的检测方法，其特征在于，所述检测方法的步骤如下：

(1)坐姿检测座椅通过压力传感器采集数据检测判断当前状态是否有人坐下，如果有人坐，处理器控制扬声器提示保持正确坐姿，并且开始系统计时；

(2)坐姿检测座椅的具体参数：座椅的长为L，座椅的宽为W；

(3)通过第二组红外传感器检测出人背部距离椅子背部的距离为L_i，其中i为各个红外传感器编号，处理器计算人身体与椅背距离的均值L_G，计算公式如下：

(4)通过第一组红外传感器检测出人两腿之间的距离为X₁，以及人的右腿与右椅腿之间的距离为X₂，处理器计算出人两腿之间的中点与右腿椅之间的距离为X_G，其计算公式如下：

(5)通过压力传感器检测出椅腿的压力值[a₁,a₂,a₃,a₄]，并以此建立起平面坐标系；

若G为人当前重心所在位置G(x₀,y₀)，且

化简得

(6)处理器进行判决，公式如下：

其中，δ₁,δ₂为人正确坐姿时与系统计算所得的人体误差参数；

(7)通过计量t秒内的脉冲次数c计算出腿的抖动频率F_t，判决公式如下：

其中，F为设定频率；

(8)通过对比当前系统计时T与预设定的久坐定时提示时间T_c，判决公式如下：

T＜T_c

(9)通过步骤(6)、步骤(7)，步骤(8)可判决当前坐姿状态，即通过步骤(6)检测坐姿问题，通过步骤(7)检测多动问题，通过步骤(8)检测久坐问题。

本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明多传感器坐姿检测座椅及其检测方法通过椅腿底部的压力传感器采集到的数据建立起平面坐标，可检测出人体重心位置落在平面坐标上的位置，并将采集的数据进行傅里叶变换得到当前人体晃动程度；通过第二组红外传感器测得的数据判断人与椅背的距离；通过第一组红外传感器测得的数据判断人腿当前的摆放位置；将人体重心落在平面坐标上的位置对比人上半部分位置以及人的两腿间距的中心点位置，用两个中心点的差值进行判定人的当前坐姿状况；本发明解决了现有的基于单传感器检测坐姿检测方法的不足，便于实时提醒保持正确的坐姿，养成好习惯。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明多传感器坐姿检测座椅的结构示意图。

图2为本发明多传感器坐姿检测座椅中系统控制器的结构示意图。

图3为本发明多传感器坐姿检测座椅的左视图。

图4为本发明多传感器坐姿检测座椅的主视图。

图5为本发明多传感器坐姿检测座椅的压力平面坐标图。

图6为本发明多传感器坐姿检测座椅的检测方法流程图。

具体实施方式

实施例1：

如图1和图2所示，一种多传感器坐姿检测座椅，包括座椅本体、压力传感器1，2，3，4、系统控制器5、第一组红外传感器6和第二组红外传感器7；所述座椅本体的每个椅腿底部对应设置有压力传感器1，2，3，4，座椅本体的两个前椅腿之间设置有第一组红外传感器6，所述第一组红外传感器6包括若干个红外传感器，红外传感器水平均匀的排列在座椅本体的两个前椅腿之间；座椅本体的椅背上设置有第二组红外传感器7，所述第二组红外传感器7包括若干个红外传感器，红外传感器水平均匀的排列在座椅本体的靠背上；座椅本体的座板下方设置有系统控制器5；所述系统控制器5包括处理器、扬声器、振动器、无线模块和电源模块；所述处理器分别与扬声器、振动器、无线模块、电源模块、压力传感器1，2，3，4、第一组红外传感器6、第二组红外传感器7相电性连接。

本发明多传感器坐姿检测座椅的工作原理：

本发明多传感器坐姿检测座椅通过压力传感器采集数据检测判断当前状态是否有人坐下，如果有提示保持正确坐姿，读入当前相关参数，并且开始系统计时；将采集得到的数据送入的控制器进行分析判断，进行坐姿不对判决，多动判决，久坐判决；当控制器判断当前状态处于久坐、坐姿不正以及多动时，振动器开始工作发出不同的警告信号，并发送当前状态到远程监控设备比如监护人的手机APP上；儿童通过不同的警告信号，及时地调整状态，监护人通过远程设备了解孩子当前信息状态。

一种多传感器坐姿检测座椅的检测方法，所述检测方法的步骤如下：

(1)坐姿检测座椅通过压力传感器采集数据检测判断当前状态是否有人坐下，如果有人坐，处理器控制扬声器提示保持正确坐姿，并设定久坐定时提示时间T_c＝45min；

(2)坐姿检测座椅的具体参数：座椅的长为L，L＝440座椅的宽为W，W＝520；

(3)通过第二组红外传感器检测出人背部距离椅子背部的距离为L_i，其中i为各个红外传感器编号，处理器计算人身体与椅背距离的均值L_G，计算公式如下：

读入数据L_i，单位为mm:

编号1	编号2	编号3	编号4	编号5	编号6	编号7	编号8
								224	199	188	188	186	188	201	227

舍去编号1与编号8取编号2—7，其均值为

(4)通过第一组红外传感器检测出人两腿之间的距离为X₁＝375，以及人的右腿与右椅腿之间的距离为X₂＝60，处理器计算出人两腿之间的中点与右腿椅之间的距离为X_G，其计算公式如下：

(5)通过压力传感器检测出椅腿的压力值，读入一组压力值[28.7 22.8 5.8 10]分别与椅子4条腿压力值[a₁,a₂,a₃,a₄]对应，建立平面坐标系如图5所示；

若G为人当前重心所在位置G(x₀,y₀)，且

化简得

(6)处理器进行判决，公式如下：

其中，δ₁,δ₂为人正确坐姿时与系统计算所得的人体误差参数；

(7)通过计量t＝10秒内的压力传感器脉冲次数c＝37，计算出腿的抖动频率F_t，判决公式如下：

其中，F为设定频率；

(8)通过对比当前系统计时T与预设定的久坐定时提示时间T_c，判决公式如下：

T＜T_c

(9)通过步骤(6)、步骤(7)，步骤(8)可判决当前坐姿状态，即通过步骤(6)检测坐姿问题，通过步骤(7)检测多动问题，通过步骤(8)检测久坐问题。

综上所述，本发明多传感器坐姿检测座椅及其检测方法通过椅腿底部的压力传感器采集到的数据建立起平面坐标，可检测出人体重心位置落在平面坐标上的位置，并将采集的数据进行傅里叶变换得到当前人体晃动程度；通过第二组红外传感器测得的数据判断人与椅背的距离；通过第一组红外传感器测得的数据判断人腿当前的摆放位置；将人体重心落在平面坐标上的位置对比人上半部分位置以及人的两腿间距的中心点位置，用两个中心点的差值进行判定人的当前坐姿状况；本发明解决了现有的基于单传感器检测坐姿检测方法的不足，便于实时提醒保持正确的坐姿，养成好习惯。

以上所叙述仅为发明创造提供的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡是本发明创造的精神和原则之内所作任何修改、等同替换等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多传感器坐姿检测座椅，其特征在于，包括座椅本体、压力传感器(1，2，3，4)、系统控制器(5)、第一组红外传感器(6)和第二组红外传感器(7)；所述座椅本体的每个椅腿底部对应设置有压力传感器(1，2，3，4)，座椅本体的两个前椅腿之间设置有第一组红外传感器(6)，座椅本体的椅背上设置有第二组红外传感器(7)，座椅本体的座板下方设置有系统控制器(5)；所述系统控制器(5)包括处理器、扬声器、振动器、无线模块和电源模块；所述处理器分别与扬声器、振动器、无线模块、电源模块、压力传感器(1，2，3，4)、第一组红外传感器(6)、第二组红外传感器(7)相电性连接。

2.根据权利要求1所述的多传感器坐姿检测座椅，其特征在于，所述第一组红外传感器(6)包括若干个红外传感器，红外传感器水平均匀的排列在座椅本体的两个前椅腿之间。

3.根据权利要求1所述的多传感器坐姿检测座椅，其特征在于，所述第二组红外传感器(7)包括若干个红外传感器，红外传感器水平均匀的排列在座椅本体的靠背上。

4.一种根据权利要求1所述的多传感器坐姿检测座椅的检测方法，其特征在于，所述检测方法的步骤如下：

(1)坐姿检测座椅通过压力传感器采集数据检测判断当前状态是否有人坐下，如果有人坐，处理器控制扬声器提示保持正确坐姿，并且开始系统计时；

(2)坐姿检测座椅的具体参数：座椅的长为L，座椅的宽为W；

(3)通过第二组红外传感器检测出人背部距离椅子背部的距离为L_i，其中i为各个红外传感器编号，处理器计算人身体与椅背距离的均值L_G，计算公式如下：

$L_G=\frac{1}{i}\ΣL_i$

(4)通过第一组红外传感器检测出人两腿之间的距离为X₁，以及人的右腿与右椅腿之间的距离为X₂，处理器计算出人两腿之间的中点与右腿椅之间的距离为X_G，其计算公式如下：

$X_G=X_1+\frac{X_2}{2}$

(5)通过压力传感器检测出椅腿的压力值[a₁,a₂,a₃,a₄]，并以此建立起平面坐标系；

若G为人当前重心所在位置G(x₀,y₀)，且

$\left\{\begin{array}{c}\frac{a_1+a_2}{a_3+a_4}=\frac{y_4-y_0}{y_0}\\ \frac{a_1+a_4}{a_2+a_3}=\frac{x_2-x_0}{x_0}\end{array}\right.$

化简得

$\left\{\begin{array}{c}{x}_0=\frac{a_2+a_3}{\Σa_i}{x}_2=\frac{a_2+a_3}{\Σa_i}W\\ y_0=\frac{a_3+a_4}{\Σa_i}{y}_4=\frac{a_2+a_3}{\Σa_i}L\end{array}\right.$

(6)处理器进行判决，公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}\left|X_G-x_0\right|<{\mathrm{\&delta;}}_1\\ |(L-y_0)-L_G|<{\mathrm{\&delta;}}_2\end{array}\right.$

其中，δ₁,δ₂为人正确坐姿时与系统计算所得的人体误差参数；

(7)通过计量t秒内的脉冲次数c计算出腿的抖动频率F_t，判决公式如下：

$F_t=\frac{c}{t}<F$

其中，F为设定频率；

(8)通过对比当前系统计时T与预设定的久坐定时提示时间T_c，判决公式如下：

T＜T_c

(9)通过步骤(6)、步骤(7)，步骤(8)可判决当前坐姿状态，即通过步骤(6)检测坐姿问题，通过步骤(7)检测多动问题，通过步骤(8)检测久坐问题。