CN107274641B - 一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测系统和方法，该系统包括衣服本体和座椅背板；衣服本体的口袋内装有交流电产生模块，交流电产生模块的输出端和GND端通过一根闭合导线连接，座椅背板从上至下设有至少一组平行的电磁感应模块组，每组包括两个关于中轴对称的电磁感应模块；本发明通过电磁感应模块感应固定在衣服本体的导线的电流产生的电磁场；通过显示器向用户展示训练坐姿，并将采集的多个电磁感应模块的数字电压信号进行聚类分析，得到包括标准坐姿、驼背坐姿、左肩偏高坐姿、右肩偏高坐姿的检测模型；在坐姿监测过程中，将采集的多个电磁感应模块的数字电压信号输入检测模型，获得实时坐姿类型。
Description
技术领域
本发明涉及可穿戴设备，尤其涉及一种实现人体姿势监测，特别是坐姿监测的智能检测系统和方法。
背景技术
随着现代人们生活方式的改变和伴随而来的长期久坐导致的脊椎问题日益突出，其中长期不正确的坐姿是导致脊椎问题产生的重要原因。坐姿监测的重要性日渐突出。现有的坐姿监测方案，大多基于图像处理的方法来实现，需要有摄像头的支持，易受他人干扰，且难以解决便携性问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测系统和方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测系统，该系统包括衣服本体和座椅背板；
所述衣服本体的正面设有口袋，口袋内装有交流电产生模块，交流电产生模块的输出端和GND端通过一根闭合导线连接，所述闭合导线依次固定在衣服本体正面的竖向中轴线、衣服本体领口边缘、衣服本体背面的竖向中轴线和衣服本体下边缘，形成闭环回路；所述交流电产生模块向导线输出1-30kHz的振荡电流；
所述座椅背板从上至下设有至少一组平行的电磁感应模块组，每组包括两个关于中轴对称的电磁感应模块；所述电磁感应模块包括依次连接的磁场感应和选频模块、放大模块、检波模块；所有电磁感应模块的检波模块的输出端连接A/D转换模块，A/D转换模块连接微处理器；所述磁场感应和选频模块的线圈感应固定在衣服本体的导线的电流，并通过电容和线圈的谐振实现选频；经过放大和检波得到模拟电压信号，经A/D转换模块向微处理器输出数字电压信号。
进一步地，所述座椅背板从上至下设有三组平行的电磁感应模块组，第一组电磁感应模块组的位置与衣服本体的领口处相对应，第二组电磁感应模块组的位置与衣服本体的胸口处相对应，第三组电磁感应模块组的位置与衣服本体的腰处相对应。
进一步地，所述交流电产生模块向导线输出20kHz，100mA的振荡电流；所述磁场感应和选频模块的线圈为10mH的线圈，电容为6.8nF电容。
进一步地，所述微处理器连接蜂鸣器模块和显示模块；所述显示模块用于向用户展示训练坐姿和该用户的坐姿类型；所述蜂鸣器模块用于在用户坐姿不准确时报警。
进一步地，所述座椅背板为可收纳便携式背板，与座椅靠背分离，具备数据接口和蓝牙模块；所述数据接口用于电池充电和数字电压信号数据输出；所述蓝牙模块用于连接手机实现蓝牙寻物功能。
进一步地，所述微处理器包括训练模块和检测模块；所述训练模块用于根据用户的不同坐姿类型和其对应的电磁感应模块采集的数字电压信号进行聚类分析，获得检测模型；所述检测模块用于在实时监测过程中采集用户实时数字电压信号，输入检测模型中，获得实时坐姿类型。
一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测方法，该方法包括以下步骤：
(1)用户穿戴衣服本体，显示模块的显示屏上展示多组待训练的坐姿类型，所述坐姿类型包括标准坐姿、驼背坐姿、左肩偏高坐姿、右肩偏高坐姿；
(2)用户按照显示屏显示的图像训练动作，每组类型训练多次，每次采集多个电磁感应模块的数字电压信号；
(3)微处理器根据采集到的训练完成后的所有数字电压信号及且对应的坐姿类型，通过聚类分析得到监测模型，训练结束；
(4)在监测过程中，通过电磁感应模块实时采集用户的数字电压信号，将得到的数字电压信号输入监测模型中，得到实时坐姿类型。
进一步地，在步骤4得到实时坐姿类型后，若坐姿类型为错误坐姿，通过蜂鸣器模块进声音报警，并通过显示模块的显示屏提示错误坐姿类型。
本发明的有益效果是：本发明通过安装在可收纳便携式背板上的至少一组平行的电磁感应模块组，感应固定在衣服本体的导线的电流产生的电磁场。通过显示器向用户展示训练坐姿，并将采集的多个电磁感应模块的数字电压信号进行聚类分析。得到包括标准坐姿、驼背坐姿、左肩偏高坐姿、右肩偏高坐姿的检测模型。在坐姿监测过程中，将采集的多个电磁感应模块的数字电压信号输入检测模型，获得实时坐姿类型，在错误坐姿类型时进行报警，并通过显示屏提示错误坐姿类型。
附图说明
图1是本发明的可穿戴坐姿监测系统的衣服本体正面示意图。
图2是本发明的可穿戴坐姿监测系统的衣服本体背面示意图。
图3是座椅背板结构示意图。
图4是衣服本体部分产生振荡的电路示意图。
图5是座椅背板部分的电源模块工作电路。
图6是感应磁场信号采集、选频、放大、检波的电路。
图7一路感应信号经过ADC0809到微处理器，以及系统的后向通道示意图。
图8是微处理器的程序框图。
图中：1、导线，2、口袋，3、电磁感应模块，4、座椅背板。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-3所示，本发明提供的一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测系统，该系统包括衣服本体和座椅背板4。
所述衣服本体的正面设有口袋2，口袋2内装有交流电产生模块，交流电产生模块的输出端和GND端通过一根闭合导线1连接，所述闭合导1线依次固定在衣服本体正面的竖向中轴线、衣服本体领口边缘、衣服本体背面的竖向中轴线和衣服本体下边缘，形成闭环回路；所述交流电产生模块向导线输出1-30kHz的振荡电流。
如图4所示，所述交流电产生模块可以采用NE555芯片组成的电路产生。
所述座椅背板4从上至下设有至少一组平行的电磁感应模块组，每组包括两个关于中轴对称的电磁感应模块3；所述电磁感应模块3包括依次连接的磁场感应和选频模块、放大模块、检波模块；所有电磁感应模块3的检波模块的输出端连接A/D转换模块，A/D转换模块连接微处理器；所述磁场感应和选频模块的线圈感应固定在衣服本体的导线的电流，并通过电容和线圈的谐振实现选频；经过放大和检波得到模拟电压信号，经A/D转换模块向微处理器输出数字电压信号。所述平行的电磁感应模块组固定在座椅背板的位置为对应用户坐姿发生变化时，衣服本体背部发生形变的高度。
进一步地，所述座椅背板从上至下设有三组平行的电磁感应模块组，第一组电磁感应模块组的位置与衣服本体的领口处相对应，第二组电磁感应模块组的位置与衣服本体的胸口处相对应，第三组电磁感应模块组的位置与衣服本体的腰处相对应。
进一步地，所述交流电产生模块向导线输出20kHz，100mA的振荡电流；所述磁场感应和选频模块的线圈为10mH的线圈、电容为6.8nF电容。
进一步地，所述微处理器连接蜂鸣器模块和显示模块；所述显示模块用于向用户展示训练坐姿和该用户的坐姿类型；所述蜂鸣器模块用于在用户坐姿不准确时报警。
进一步地，所述座椅背板为可收纳便携式背板，与座椅靠背分离，具备数据接口和蓝牙模块；所述数据接口用于电池充电和数字电压信号数据输出；所述蓝牙模块用于连接手机实现蓝牙寻物功能。
进一步地，所述微处理器包括训练模块和检测模块；所述训练模块用于根据用户的不同坐姿类型和其对应的电磁感应模块采集的数字电压信号进行聚类分析，获得检测模型；所述检测模块用于在实时监测过程中采集用户实时数字电压信号，输入检测模型中，获得实时坐姿类型。
一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测方法，该方法包括以下步骤：
(1)用户穿戴衣服本体，显示模块的显示屏上展示多组待训练的坐姿类型，所述坐姿类型包括标准坐姿、驼背坐姿、左肩偏高坐姿、右肩偏高坐姿；
(2)用户按照显示屏显示的图像训练动作，每组类型训练多次，每次采集多个电磁感应模块的数字电压信号；
(3)微处理器根据采集到的训练完成后的所有数字电压信号及且对应的坐姿类型，通过聚类分析得到监测模型，训练结束；
(4)在监测过程中，通过电磁感应模块实时采集用户的数字电压信号，将得到的数字电压信号输入监测模型中，得到实时坐姿类型。
进一步地，在步骤(4)得到实时坐姿类型后，若坐姿类型为错误坐姿，通过蜂鸣器模块进声音报警，并通过显示模块的显示屏提示错误坐姿类型。其中显示“T”表示驼背坐姿；显示“L”表示左肩偏高坐姿；显示“R”表示右肩偏高坐姿。
实施例1
如图1、图2所示，闭合导线依次固定在衣服本体正面的竖向中轴线、衣服本体领口边缘、衣服本体背面的竖向中轴线和衣服本体下边缘。产生振荡电流的NE555模块和电池盒放在衣服前方的2号口袋，电池盒内置3节5号电池对振荡产生模块供电。
图3为可收纳便携式背板的示意图，从上至下设有三组平行的电磁感应模块组，每组包括两个关于中轴对称的电磁感应模块，第一组电磁感应模块组的位置与衣服本体的领口处相对应，第二组电磁感应模块组的位置与衣服本体的胸口处相对应，第三组电磁感应模块组的位置与衣服本体的腰处相对应。
图4为NE555振荡产生的电路。
图5为可收纳便携式背板的供电模块的示意图，由12V的电池经过78L05稳压模块后输出5V电压，为可收纳便携式背板整个系统供电。
图6为单个感应电磁场模块的电路图，由依次连接的磁场感应和选频模块、放大模块、检波模块组成。所有电磁感应模块的检波模块out口输出的模拟信号连接到图7电路图ADC。
图7为微处理器系统。所述的微处理器系统带有一个按钮。ADC将转化后的信号输入到微处理器，通过蜂鸣器和数码管实现对用户的反馈。
其中，衣服本体部分，电池组正极通过一个电源开关后NE555芯片的4、8号引脚，同时通过电阻R1后接到7号引脚。7号引脚通过电阻R2后接到1号和6号引脚。2号引脚通过电容和C2后接到1号引脚，1号引脚接地，5号引脚通过电容C1后接地。在NE555的3号引脚和电池负极组之间串一电阻，并连接闭合导线。
可收纳便携式背板部分，6路检波模块的输出分别依次接到ADC09809模块的26、27、28、1、2、3号引脚。ADC0809模块的12号引脚接电源模块VCC，16引脚接GND，22、23、24、25号引脚分别连接到微处理器的3、7、6、5号引脚，8号引脚到微处理器的3号脚，7号引脚连接到微处理器的2号脚，9号脚连接到微处理器的1号脚，10号脚连接到微处理器的4号脚。21、20、19、18、8、15、14、17号脚分别连接到微处理器的17、16、15、14、13、12、11、10号脚。开关S2为电源开关按钮，接在微处理器40号引脚和电池盒正极之间；微处理器的18、19号引脚分别连接晶振X1的两端；微处理器U1的引脚18和引脚19分别通过电容C3和电容C4接地；微处理器U1的引脚9通过电容C5接开关S2靠近微处理器侧，又通过电阻R4接地；微处理器的39号引脚，通过一个按键K1后接地。38号引脚接到蜂鸣器驱动模块作开关信号，37号连接到数码管驱动作开关信号。21-28号引脚，分别连接到数码管的8位信号位。
Claims (8)
1.一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测系统，其特征在于，该系统包括衣服本体和座椅背板；
所述衣服本体的正面设有口袋，口袋内装有交流电产生模块，交流电产生模块的输出端和GND端通过一根闭合导线连接，所述闭合导线依次固定在衣服本体正面的竖向中轴线、衣服本体领口边缘、衣服本体背面的竖向中轴线和衣服本体下边缘，形成闭环回路；所述交流电产生模块向导线输出1-30kHz的振荡电流；
所述座椅背板从上至下设有至少一组平行的电磁感应模块组，每组包括两个关于中轴对称的电磁感应模块；所述电磁感应模块包括依次连接的磁场感应和选频模块、放大模块、检波模块；所有电磁感应模块的检波模块的输出端连接A/D转换模块，A/D转换模块连接微处理器；所述磁场感应和选频模块的线圈感应固定在衣服本体的导线的电流，并通过电容和线圈的谐振实现选频；经过放大和检波得到模拟电压信号，经A/D转换模块向微处理器输出数字电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测系统，其特征在于，所述座椅背板从上至下设有三组平行的电磁感应模块组，第一组电磁感应模块组的位置与衣服本体的领口处相对应，第二组电磁感应模块组的位置与衣服本体的胸口处相对应，第三组电磁感应模块组的位置与衣服本体的腰处相对应。
3.根据权利要求1所述的一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测系统，其特征在于，所述交流电产生模块向导线输出20kHz，100mA的振荡电流；所述磁场感应和选频模块的线圈为10mH的线圈，电容为6.8nF电容。
4.根据权利要求1所述的一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测系统，其特征在于，所述微处理器连接蜂鸣器模块和显示模块；所述显示模块用于向用户展示训练坐姿和该用户的坐姿类型；所述蜂鸣器模块用于在用户坐姿不准确时报警。
5.根据权利要求1所述的一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测系统，其特征在于，所述座椅背板为可收纳便携式背板，与座椅靠背分离，具备数据接口和蓝牙模块；所述数据接口用于电池充电和数字电压信号数据输出；所述蓝牙模块用于连接手机实现蓝牙寻物功能。
6.根据权利要求1所述的一种基于电磁场感应的可穿戴坐姿监测系统，其特征在于，所述微处理器包括训练模块和检测模块；所述训练模块用于根据用户的不同坐姿类型和其对应的电磁感应模块采集的数字电压信号进行聚类分析，获得检测模型；所述检测模块用于在实时监测过程中采集用户实时数字电压信号，输入检测模型中，获得实时坐姿类型。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述系统进行坐姿监测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)用户穿戴衣服本体，显示模块的显示屏上展示多组待训练的坐姿类型，所述坐姿类型包括标准坐姿、驼背坐姿、左肩偏高坐姿、右肩偏高坐姿；
(2)用户按照显示屏显示的图像训练动作，每组类型训练多次，每次采集多个电磁感应模块的数字电压信号；
(3)微处理器根据采集到的训练完成后的所有数字电压信号及且对应的坐姿类型，通过聚类分析得到监测模型，训练结束；
(4)在监测过程中，通过电磁感应模块实时采集用户的数字电压信号，将得到的数字电压信号输入监测模型中，得到实时坐姿类型。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤（ 4） 得到实时坐姿类型后，若坐姿类型为错误坐姿，通过蜂鸣器模块进声音报警，并通过显示模块的显示屏提示错误坐姿类型。
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| 基于电涡流传感原理的电感式乘员检测系统研究;金红宾;《万方数据库》;20130929;第7-10页 |
| 基于电磁感应的遥测式三维定位系统;郭旭东 等;《上海交通大学学报》;20071130;第1-4节 |
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