CN107894273A - 一种重心测量人体电子秤及测量方法 - Google Patents

一种重心测量人体电子秤及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种重心测量人体电子秤及测量方法,该电子秤包括秤面,秤面设置有站立位A和站立位B;秤面底部的左上角、左下角、右下角、右上角依次分别设置有传感器S1、传感器S2、传感器S3和传感器S4,这四只传感器依次串联形成的具有电源接点和六个信号测点的电桥,不需要额外增加重心测量传感器,电路结构简单,生产成本低,不仅对四只传感器构成的电桥进行测量,还分别测量四只传感器之间的输出关系,得到四只传感器的各自输出,通过设定算法,不但能够计算人体的体重,还能计算人体重心系数和人体重心位置,对人们关注健康及预防疾病有非常大的帮助,特别是对预防脊髓弯曲和矫正有非常重要的意义。

Description

一种重心测量人体电子秤及测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种衡器,特别是一种四点式重心测量人体电子秤及测量方法。
背景技术
[0002] 从力学上讲,人类双足站立的姿势很不正常,但是人类又能轻易地维持站姿,这是 因为有一些所谓的姿势肌在持续收缩紧张,姿势肌可以认为是身体背面及腰腹部的所有肌 肉,正是这些肌肉把人从爬行姿势拉起到了直立姿势,即使没有地基或者基座面积很小也 能维持稳定。实际上身体的各部分肌肉或器官都因为重力的作用下趋于萎缩,但是这一现 象也被姿势肌所避免。很多人现在身体出现了问题,例如腰痛,肩颈痛,膝盖疼痛,高血压, 内脏功能问题,甚至心理问题,都是因为最初的站立姿势出现了问题,或者说脊椎不在中立 位,维持不了像婴幼儿一样的正确站姿,同时姿势肌出现了功能不良,整体肌肉失衡也使得 姿势问题被加重,更深远或直接的影响是当维持一个不良基本站姿去运动的时候,做任何 动作受伤的风险都会很高,运动损伤看起来是绝对不可避免,而且,正确姿势对于孕期的女 性而言尤为重要,重心测量人体电子秤正是在这种背景下应运而生。现有技术中的重心测 量人体电子秤需要额外加装四个以上独立的传感器,对应的,控制芯片也需要有额外的四 路模拟信号输入端口,这导致重心测量人体电子秤的电路结构较为复杂,而且生产成本高。
发明内容
[0003] 为了克服现有技术的不足,本发明提供一种电路结构简单,生产成本低的重心测 量人体电子秤及测量方法。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005] —种重心测量人体电子秤,包括秤面,所述秤面设置有站立位A和站立位B;所述 秤面底部的左上角、左下角、右下角、右上角依次分别设置有传感器S1、传感器S2、传感器S3 和传感器S4;所述传感器Sl、传感器S2、传感器S3和传感器S4的中心点的连线形成一个长 为2L,宽为2H的长方形LH;以长方形LH的左下角为平面坐标原点,所述站立位A中心点的坐 标为(0.5L,H),站立位B中心点的坐标为(I .5L,H);所述传感器S1、传感器S2、传感器S3和传 感器S4均包括两个串联的电阻R,所述传感器S1、传感器S4、传感器S3和传感器S2依次串联 形成具有电源接点和六个信号测点的电桥,所述电源接点包括与所述传感器Sl中两只电阻 R的结点连接的电源正极VDD和与所述传感器S3中两只电阻R的结点连接的电源负极GND,所 述六个信号测点分别为:与所述传感器S4中两只电阻R的结点连接的信号端ΑΙ0、与所述传 感器S2中两只电阻R的结点连接的信号端AI1、与所述传感器Sl和传感器S2的结点连接的 信号端AI2、与所述传感器Sl和传感器S4的结点连接的信号端AI3、与所述传感器S2和传感 器S3的结点连接的信号端AI4、与所述传感器S3和传感器S4的结点连接的信号端AI5。
[0006] —种基于上述重心测量人体电子秤测量人体重心的方法,该方法如下:
[0007] (1)、计算左、右、上、下的参量
[0008] Wi边=W祉+W右下;
[0009] ff*a=ffMi+ff£f;
[0010] ff±a=ffMi+ffii;
[0011] w下边=fef+W右下;
[0012] 根据杠杆原理:
Figure CN107894273AD00051
[0017] Wm:、WiTf、W右下、Wfih为分别通过测量信号端AI2、信号端AI4、
[0018] 信号端AI5和信号端AI3的值计算得到。
[0019] (2)、计算左、右参量的差值
[0020] AWx=H
[0021] A Wy=W上-W下。
[0022] (3)、计算人体重心系数C
Figure CN107894273AD00052
[0024] W为通过测量信号端ΑΙ0、信号端AIl的值计算得到。
[0025] ⑷、计算人体重心在长方形LH中的位置坐标(Lx,HY);
Figure CN107894273AD00053
[0028] 本发明的有益效果是:本发明在秤面上设置了对应左右脚的站立位A和站立位B, 不需要额外增加重心测量传感器,电路结构简单,生产成本低,不仅对四只传感器构成的电 桥进行测量,还分别测量四只传感器之间的输出关系,得到四只传感器的各自输出,通过设 定算法,不但能够计算人体的体重,还能计算人体重心系数和人体重心位置,体重、人体重 心系数和人体重心位置可以在秤面的显示器上显示出来,还可以通过蓝牙连接手机后,在 手机APP上显示,对人们关注健康及预防疾病有非常大的帮助,特别是对预防脊髓弯曲和矫 正有非常重要的意义。
附图说明
[0029]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0030] 图1是本发明的电子秤结构示意图;
[0031] 图2是本发明的电路图。
具体实施方式
[0032] 参照图1、图2,一种重心测量人体电子秤,包括秤面,所述秤面设置有站立位A和站 立位B (称重时左右脚分别位于站立位A和站立位B的中央);所述秤面底部的左上角、左下 角、右下角、右上角依次分别设置有传感器Sl、传感器S2、传感器S3和传感器S4;所述传感器 Sl、传感器S2、传感器S3和传感器S4的中心点的连线形成一个长为2L,宽为2H的长方形LH; 以长方形LH的左下角为平面坐标原点,所述站立位A中心点的坐标为(0.5L,H),站立位B中 心点的坐标为(1.5L,H);所述传感器S1、传感器S2、传感器S3和传感器S4均包括两个串联的 电阻R,所述传感器S1、传感器S4、传感器S3和传感器S2依次串联形成具有电源接点和六个 信号测点的电桥,所述电源接点包括与所述传感器Sl中两只电阻R的结点连接的电源正极 VDD和与所述传感器S3中两只电阻R的结点连接的电源负极GND,所述六个信号测点分别为: 与所述传感器S4中两只电阻R的结点连接的信号端ΑΙ0、与所述传感器S2中两只电阻R的结 点连接的信号端AI1、与所述传感器Sl和传感器S2的结点连接的信号端AI2、与所述传感器 Sl和传感器S4的结点连接的信号端AI3、与所述传感器S2和传感器S3的结点连接的信号端 AI4、与所述传感器S3和传感器S4的结点连接的信号端AI5。
[0033] 1、测量人体重量的原理
[0034] 信号端ΑΙ0、信号端AIl为整个惠斯通电桥(Wheatstone bridge)的测量值(传统 的电子秤只测量信号端ΑΙ0、信号端AIl的值计算人体重量),信号端AI2、信号端AI3、信号端 AI4、信号端AI5测量值四只传感器之间的输出关系,计算得到四只传感器的各自输出,通过 增加四脚传感器的测量和软件修正,使四角偏载性能和精度大大提高。
[0035] 软件修正原理如下:
[0036] W^,= (ffMi*ff®f/ffi) + (ff£f*ff»t/ff2) + (WiT*W®t/ff3) + (fffih*ff»f/ff4);
[0037] 其中,
[0038] 胃£1:、1奸、¥右下、¥祉分别通过测量信号端412、信号端414、信号端415和信号端413的 值(电压)计算得到。
[0039] 隹为标准值;
[0040] ¥1、¥2、¥3、胃4分别为传感器31、传感器32、传感器33和传感器34的标准值;
[0041] !^/^、!《!^、!《!^、!《隹/^为四只传感器的比例关系。
[0042] 通过加同一重量校正得到,?1 = 1左1:、12 = 1左下、13=1右下、14=1右上,称重时,通过计算 W总就能修正偏载带来的误差,通过四角标定,降低了传感器挑选配对的要求,提高了生产直 通率,将四点式电子秤四角偏载性能大大提高,并把精度提高了十倍以上。
[0043] 2、测量人体重心原理
[0044] (1)、计算左、右、上、下的参量
[0045] W勘=W祉+W右下;
[0046] Wsi=Wfch+W^f;
[0047] Wha=WMi+Wfih;
[0048] w下边=W£f+W右下;
[0049]根据杠杆原理:
Figure CN107894273AD00061
Figure CN107894273AD00071
[0054] W£h、W£f、W右下、W祉为分别通过测量信号端Al 2、信号端AI4、
[0055] 信号端AI5和信号端AI3的值计算得到。
[0056] (2)、计算左、右参量的差值
[0057] A Wx=%-W左;
[0058] a Wy=Wj:-W下。
[0059] (3)、计算人体重心系数C
Figure CN107894273AD00072
[0061] W为通过测量信号端ΑΙ0、信号端AIl的值计算得到。
[0062] ⑷、计算人体重心在长方形LH中的位置坐标(Lx,HY);
Figure CN107894273AD00073
[0065] 本发明不但能够计算人体的体重,还能计算人体重心系数和人体重心位置,体重、 人体重心系数和人体重心位置可以在秤面的显示器上显示出来(电子秤的显示器覆盖长方 形LH,以点的形式在显示器上显示计算得到的坐标位置),还可以通过蓝牙连接手机后(电 子秤自带蓝牙功能),在手机APP上显示(需要在手机上安装对应的APP软件),对人们关注健 康及预防疾病有非常大的帮助,特别是对预防脊髓弯曲和矫正有非常重要的意义。

Claims (2)

1. 一种重心测量人体电子秤,包括秤面,其特征在于所述秤面设置有站立位A和站立位 B;所述秤面底部的左上角、左下角、右下角、右上角依次分别设置有传感器S1、传感器S2、传 感器S3和传感器S4;所述传感器S1、传感器S2、传感器S3和传感器S4的中心点的连线形成一 个长为2L,宽为2H的长方形LH;以长方形LH的左下角为平面坐标原点,所述站立位A中心点 的坐标为(〇.5L,H),站立位B中心点的坐标为(1.5L,H);所述传感器S1、传感器S2、传感器S3 和传感器S4均包括两个串联的电阻R,所述传感器S1、传感器S4、传感器S3和传感器S2依次 串联形成具有电源接点和六个信号测点的电桥,所述电源接点包括与所述传感器Sl中两只 电阻R的结点连接的电源正极VDD和与所述传感器S3中两只电阻R的结点连接的电源负极 GND,所述六个信号测点分别为:与所述传感器S4中两只电阻R的结点连接的信号端AIO、与 所述传感器S2中两只电阻R的结点连接的信号端AI1、与所述传感器Sl和传感器S2的结点连 接的信号端AI2、与所述传感器Sl和传感器S4的结点连接的信号端AI3、与所述传感器S2和 传感器S3的结点连接的信号端AI4、与所述传感器S3和传感器S4的结点连接的信号端AI5。
2. —种基于如权利要求1所述重心测量人体电子秤测量人体重心的方法,其特征在于 该方法如下: (1) 、计算左、右、上、下的参量 W抛=Wiih+W右下; ffS4=ffMi+ff£f; w±a=fei+w祉; Wr边+w右下; 根据杠杆原理:
Figure CN107894273AC00021
W£h、WiTf、W右T、W*h为分别通过测量信号端AI2、信号端AI4、信号端AI5和信号端AI3的值 计算得到; (2) 、计算左、右参量的差值 Affx=Wi-W^ ; A Wy=W上-W下; (3) 、计算人体重心系数C
Figure CN107894273AC00022
W为通过测量信号端AIO、信号端AIl的值计算得到; ⑷、计算人体重心在长方形LH中的位置坐标(Lx,HY);
Figure CN107894273AC00023
Figure CN107894273AC00031
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