CN107048732A - 智能学生椅及其坐姿矫正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了智能学生椅及其坐姿矫正方法，智能学生椅，包括座椅和靠背，其特征在于：所述座椅上设置有用于监测学生重心位置的压力传感器，所述靠背上设置有用于监测学生颈部和背部相对靠背距离的超声波传感器，所述压力传感器和所述超声波传感器连接有用于接收所述压力传感器和所述超声波传感器的信息并计算，及给出坐姿判断信号的计算器。本发明通过压力监测和超声波测距，通过数据监控计算来实时监控儿童的坐姿，提醒学生保持正确的坐姿，并给出合理的作息建议，防止眼睛疲劳使用。通过APP的数据智能统计，指导家长给出恰当的表扬，使得学生的学习充满与家长的互动，更加爱上学习。

Description

智能学生椅及其坐姿矫正方法
技术领域
本发明涉及矫正坐姿的学生座椅技术领域，具体涉及智能学生椅及其坐姿矫正方法。
背景技术
中国约有45000万近视人口，其中1000万已发展为病理性近视。而且，儿童近视眼的发生率随年龄增长不断上升，6到15岁为关键年龄段，一年级的近视发病率约为3.9％，初中生则高达67.3％。
中国近视人群总数已超4.5亿，预计到2020年，我国5岁以上人口的近视患病率将增长到50.86％-51.36％，患病人口接近7.04-7.11亿，患有高度近视的总人口将达到4000-5155万人。
而大部分的近视都是从坐姿不当开始引发的，从儿童上学开始培养良好的学习姿势将极大的帮助到视力保护。
此外，儿童时期为脊柱发育的重要阶段，坐姿不当容易造成脊柱侧弯，变形等，可能造成严重的后果。
目前虽然市面上也有一些学生矫正坐姿的学生椅，但是多为通过外力强迫学生改变姿势，一般功能比较单一，矫正效果差。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明在提供了智能学生椅的同时，还提供了智能学生椅的矫正方法，通过在学生椅上设置压力传感器和超声波传感器，进行压力监测和超声波测距，并通过数据监控计算来实时监控儿童的坐姿，提醒学生保持正确的坐姿，并给出合理的作息建议，防止眼睛疲劳使用。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
智能学生椅，包括座椅和靠背，所述座椅上设置有用于监测学生重心位置的压力传感器，所述靠背上设置有用于监测学生颈部和背部相对靠背距离的超声波传感器，所述压力传感器和所述超声波传感器连接有用于接收所述压力传感器和所述超声波传感器的信息并计算，及给出坐姿判断信号的计算器。
进一步的，所述压力传感器的个数为3个，所述3个压力传感器分别间隔设置在座椅，且所述3个压力传感器两两之间的连线组成三角形。
进一步的，所述靠背包括背部和颈部，所述超声波传感器为2个，分别设置在所述背部和颈部上。
进一步的，所述计算器包括相互连接的计算模块和存储模块，所述存储模块依次连接有无线信号发射模块、语音模块和控制开关。
进一步的，所述靠背上还设置有用于监测学生衣物温度的温度传感器，所述温度传感器连接所述计算模块。
进一步的，所述座椅或所述靠背上还设置有音箱，所述音箱连接所述语音模块。
进一步的，所述无限信号发射模块连接有APP系统。
智能学生椅的坐姿矫正方法，所述方法包括步骤：
(1)、在学生椅的座椅上设置压力传感器，在学生椅的靠背上设置超声波传感器，所述压力传感器连接和超声波传感器连接有计算器；
(2)、在所述计算器内分别预设学生标准坐姿的重心数据(OSx，OSy)和学生标准坐姿背部和颈部相对靠背的距离数据(DSd，ESd)；
(3)、所述计算器获取当前所述压力传感器的数据，并计算出学生的当前重心(Ox，Oy)，所述计算器获取超声波传感器当前的距离数据(Dd，Ed)；
(4)、所述计算器判断重心及相对标准坐姿的偏差，并给出提醒信号，所述计算器判断背部和颈部位置及相对标准坐姿的偏差，并给出提醒信号，判断方法为：
纵向重心偏差△Ox＝Ox-OSx，横向重心偏差△Oy＝Oy-OSy，重心偏差距离
背部偏差为：△Dd＝|Dd-DSd-△Ox|；
背部偏差为：△Ed＝|Ed-ESd-△Ox|；
当△Ox>3cm，则坐的位置太靠后；
当△Ox<-3cm，则坐的位置太靠前；
当△Oy>4cm，则坐的位置太靠右；
当△Oy<-4cm，则坐的位置太靠左；
当△Dd>4cm或△Ed>4cm时，则坐姿不正确；
当△Ed-△Dd>4cm时为过度低头，则坐姿不正确。
进一步的，所述步骤(3)中学生的实际重心(Ox，Oy)的计算方法为：
(A)获取每一个压力传感器的平面坐标(Ax，Ay)、(Bx，By)、(Cx，Cy)….，其中，A、B和C表示压力传感器的编号，x表示横坐标，y表示纵坐标；
(B)每一个压力传感器获取当前所受的压力数据(Af，Bf，Cf…)；
(C)计算器计算重心坐标(Ox，Oy)，计算方法为：
Ox＝(Af*Ax+Bf*Bx+Cf*Cx……)/(Af+Bf+Cf…….)；
Oy＝(Af*Ay+Bf*By+Cf*Cy…….)/(Af+Bf+Cf……..)。
优选的，所述压力传感器的个数为3个，所述3个压力传感器分别间隔设置在座椅，且所述3个压力传感器两两之间的连线组成三角形。
进一步的，所述靠背包括背部和颈部，所述超声波传感器为2个，分别设置在所述背部和颈部上。
进一步的，所述计算器包括相互连接的计算模块和存储模块，所述存储模块依次连接有无线信号发射模块、语音模块和控制开关。
进一步的，所述无限信号发射模块连接有APP系统。
进一步的，所述靠背上还设置有用于监测学生衣物温度的温度传感器，所述温度传感器连接所述计算器，通过温度传感器获取学生衣物的初始温度值TS和当前温度值T，通过计算器计算衣物的修正值。
进一步的，所述座椅或所述靠背上还设置有音箱，所述音箱连接所述语音模块。
所述计算器计算衣物修正值的方法为(T-TS)*0.2cm。
本发明的有益效果为：通过压力监测和超声波测距，通过数据监控计算来实时监控儿童的坐姿，提醒学生保持正确的坐姿，并给出合理的作息建议，防止眼睛疲劳使用；
通过APP的数据智能统计，指导家长给出恰当的表扬，使得学生的学习充满与家长的互动，更加爱上学习。
附图说明
图1为本发明具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
如图1所示，智能学生椅，包括座椅和靠背，座椅上设置有若干个用于监测学生重心位置的压力传感器1，靠背上设置有2个用于监测学生颈部和背部相对靠背距离的超声波传感器2，压力传感器1和超声波传感器2连接有用于接收压力传感器和超声波传感器的信息并计算，及给出坐姿判断信号的计算器。
本实施例压力传感器的个数为3个，3个压力传感器分别间隔设置在座椅的前面两端和后面中间，且3个压力传感器两两之间的连线组成三角形。
靠背包括背部和颈部，2个超声波传感器分别设置在背部和颈部上。
计算器包括相互连接的计算模块和存储模块，存储模块依次连接有无线信号发射模块、语音模块和控制开关，计算模块、存储模块无线信号发射模块、语音模块和控制开关由控制箱5封装在一起，控制箱设置在靠背的支架上。
靠背上还设置有用于监测学生衣物温度的温度传感器3，温度传感器3连接计算模块。
座椅或靠背上还设置有音箱4，本实施例的音箱设置在颈部的两边，音箱连接语音模块。
无限信号发射模块连接有APP系统。
智能学生椅的坐姿矫正方法，包括步骤：
(1)、在学生椅的座椅上设置3个压力传感器，在学生椅的靠背的背部和颈部上分别设置一个超声波传感器，压力传感器和超声波传感器连接有计算器；
(2)、在计算器内分别预设学生标准坐姿的重心数据(OSx，OSy)和学生标准坐姿背部和颈部相对靠背的距离数据(DSd，ESd)；
(3)、计算器获取当前压力传感器的数据，并计算出学生的当前重心(Ox，Oy)，计算器获取超声波传感器当前的距离数据(Dd，Ed)；
(4)、计算器判断重心及相对标准坐姿的偏差，并给出提醒信号，计算器判断背部和颈部位置及相对标准坐姿的偏差，并给出提醒信号，判断方法为：
纵向重心偏差△Ox＝Ox-OSx，横向重心偏差△Oy＝Oy-OSy，重心偏差距离
背部偏差为：△Dd＝|Dd-DSd-△Ox|；
背部偏差为：△Ed＝|Ed-ESd-△Ox|；
当△Ox>3cm，则坐的位置太靠后；
当△Ox<-3cm，则坐的位置太靠前；
当△Oy>4cm，则坐的位置太靠右；
当△Oy<-4cm，则坐的位置太靠左；
当△Dd>4cm或△Ed>4cm时，则坐姿不正确；
当△Ed-△Dd>4cm时为过度低头，则坐姿不正确。
以此计算合理的身体晃动范围，判断头、颈和重心是否在一条直线上。
本实施例方法的压力传感器为3个，3个压力传感器分别间隔设置在座椅靠近边缘的位置上。
学生的实际重心(Ox，Oy)的计算方法为：
(A)获取每一个压力传感器的平面坐标(Ax，Ay)、(Bx，By)、(Cx，Cy)，其中，A、B和C表示压力传感器的编号，x表示横坐标，y表示纵坐标；
(B)每一个压力传感器获取当前所受的压力数据(Af，Bf，Cf)；
(C)第一控制器计算重心坐标(Ox，Oy)，计算方法为：
Ox＝(Af*Ax+Bf*Bx+Cf*Cx)/(Af+Bf+Cf)；
Oy＝(Af*Ay+Bf*By+Cf*Cy)/(Af+Bf+Cf)。
靠背包括背部和颈部，超声波传感器为2个，分别设置在背部和颈部上。
计算器包括相互连接的计算模块和存储模块，存储模块依次连接有无线信号发射模块、语音模块和控制开关。
无限信号发射模块连接有APP系统。
靠背上还设置有用于监测学生衣物温度的温度传感器，温度传感器连接计算器，通过温度传感器获取学生衣物的初始温度值TS和当前温度值T，通过计算器计算衣物的修正值。
座椅或靠背上还设置有音箱，音箱连接语音模块。
温度控制器计算衣物修正值为(T-TS)*0.2cm。因个体差异及衣物穿戴习惯，此修正值可能造成误判，如果发现误判，可以按简单一键重设初始值来消除温度修正误差。
本实施例通过APP实现语音提醒功能和数据统计功能，也可通过APP调整提醒内容，可设置按钮或通过app选择性打开/关闭部分提醒功能，提醒功能包括：
a)坐姿提醒：通过5s一次的循环坐姿判断，如果连续3次出现坐姿不正确或重心过度偏移，发出语音提醒，告诉儿童调整正确的坐姿。
b)休息提醒：当学生连续学习45分钟时提醒休息10-15分钟。
c)在APP中设定每天学习的时间，如果在此期间内长时间未开始学习或暂离长时间未返回，启动语音呼叫。
d)定点提醒功能：多种设定每天(可选)开始学习时间，呼叫学生学习。
e)附属装置亮度检测传感器，可安装在座椅靠背，或独立安放在桌面，当亮度过高或过低时给出光线调整提醒。(如使用台灯照明，可关闭此功能。)
f)记录每次使用的时间/时长，坐姿不正确的次数。
g)给出学习时间曲线，当学习时间超过APP设定数值时提醒家长表扬或奖励学生。
h)当坐姿正确率提升时给出表扬，培养学生兴趣。
本发明通过压力监测和超声波测距，通过数据监控计算来实时监控儿童的坐姿，提醒学生保持正确的坐姿，并给出合理的作息建议，防止眼睛疲劳使用；通过APP的数据智能统计，指导家长给出恰当的表扬，使得学生的学习充满与家长的互动，更加爱上学习。
需要说明的是，以上所述只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.智能学生椅，包括座椅和靠背，其特征在于：所述座椅上设置有用于监测学生重心位置的压力传感器，所述靠背上设置有用于监测学生颈部和背部相对靠背距离的超声波传感器，所述压力传感器和所述超声波传感器连接有用于接收所述压力传感器和所述超声波传感器的信息并计算，及给出坐姿判断信号的计算器。
2.如权利要求1所述的智能学生椅，其特征在于：所述压力传感器的个数为3个，所述3个压力传感器分别间隔设置在座椅，且所述3个压力传感器两两之间的连线组成三角形。
3.如权利要求2所述的智能学生椅，其特征在于：所述靠背包括背部和颈部，所述超声波传感器为2个，分别设置在所述背部和颈部上。
4.如权利要求3所述的智能学生椅，其特征在于：所述计算器包括相互连接的计算模块和存储模块，所述存储模块依次连接有无线信号发射模块、语音模块和控制开关。
5.如权利要求4所述的智能学生椅，其特征在于：所述靠背上还设置有用于监测学生衣物温度的温度传感器，所述温度传感器连接所述计算模块。
6.如权利要求4或5所述的智能学生椅，其特征在于：所述座椅或所述靠背上还设置有音箱，所述音箱连接所述语音模块。
7.如权利要求4所述的智能学生椅，其特征在于：所述无限信号发射模块连接有APP系统。
8.智能学生椅的坐姿矫正方法，其特征在于所述方法包括步骤：
（1）、在学生椅的座椅上设置压力传感器，在学生椅的靠背上设置超声波传感器，所述压力传感器连接和超声波传感器连接有计算器；
（2）、在所述计算器内分别预设学生标准坐姿的重心数据（OSx，OSy）和学生标准坐姿背部和颈部相对靠背的距离数据（DSd，ESd）；
（3）、所述计算器获取当前所述压力传感器的数据，并计算出学生的当前重心（Ox，Oy），所述计算器获取超声波传感器当前的距离数据（Dd，Ed）；
（4）、所述计算器判断重心及相对标准坐姿的偏差，并给出提醒信号，所述计算器判断背部和颈部位置及相对标准坐姿的偏差，并给出提醒信号，判断方法为：
纵向重心偏差△Ox=Ox-OSx，横向重心偏差△Oy=Oy-OSy，重心偏差距离△O=；
背部偏差为：△Dd=|Dd-DSd-△Ox|；
背部偏差为：△Ed=|Ed-ESd-△Ox|；
当△Ox>3cm，则坐的位置太靠后；
当△Ox<-3cm，则坐的位置太靠前；
当△Oy>4cm，则坐的位置太靠右；
当△Oy<-4cm，则坐的位置太靠左；
当△Dd>4cm或△Ed>4cm时，则坐姿不正确；
当△Ed-△Dd>4cm时为过度低头，则坐姿不正确。
9.如权利要求8所述的智能学生椅的坐姿矫正方法，其特征在于：所述压力传感器的个数为3个，所述3个压力传感器分别间隔设置在座椅，且所述3个压力传感器两两之间的连线组成三角形。
10.如权利要求8所述的智能学生椅的坐姿矫正方法，其特征在于：
所述步骤（3）中学生的实际重心（Ox，Oy）的计算方法为：
（A）获取每一个压力传感器的平面坐标（Ax，Ay）、（Bx，By）、（Cx，Cy）….，其中，A、B和C表示压力传感器的编号， x表示横坐标，y表示纵坐标；
（B）每一个压力传感器获取当前所受的压力数据（Af，Bf，Cf…）；
（C）计算器计算重心坐标（Ox，Oy），计算方法为：
Ox=（Af*Ax+Bf*Bx+Cf*Cx……）/(Af+Bf+Cf…….)；
Oy=（Af*Ay+Bf*By+Cf*Cy…….）/(Af+Bf+Cf……..)。
11.如权利要求8所述的智能学生椅的坐姿矫正方法，其特征在于：所述靠背包括背部和颈部，所述超声波传感器为2个，分别设置在所述背部和颈部上。
12.如权利要求8所述的智能学生椅的坐姿矫正方法，其特征在于：所述计算器包括相互连接的计算模块和存储模块，所述存储模块依次连接有无线信号发射模块、语音模块和控制开关。
13.如权利要求12所述的智能学生椅的坐姿矫正方法，其特征在于：所述无限信号发射模块连接有APP系统。
14.如权利要求12所述的智能学生椅的坐姿矫正方法，其特征在于：所述靠背上还设置有用于监测学生衣物温度的温度传感器，所述温度传感器连接所述计算器，通过温度传感器获取学生衣物的初始温度值TS和当前温度值T，通过计算器计算衣物的修正值。
15.如权利要求8所述的智能学生椅的坐姿矫正方法，其特征在于：所述座椅或所述靠背上还设置有音箱，所述音箱连接所述语音模块。
16.如权利要求13所述的智能学生椅的坐姿矫正方法，其特征在于：所述计算器计算衣物修正值的方法为（T-TS）*0.2cm。
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