CN108280977A - 一种触发式智能书写坐姿矫正器 - Google Patents
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Abstract
一种触发式智能书写坐姿矫正器，外壳中设有矫正控件，矫正控件包括压电触发组件、控制开关、电压管理芯片、MEMS传感器模块、微处理器模块及振动警报模块；压电触发组件包括压电陶瓷环及插设于压电陶瓷环中心的中心轴；中心轴以悬臂梁形式于一端垂直固定于外壳的内顶面上；压电陶瓷环通过柔性绳与中心轴顶端固定连接，压电陶瓷环沿半径方向设有弹簧，与中心轴下部固定连接；压电陶瓷环表面设有保护层和金属电极；MEMS传感器模块包括集成于一体的三轴MEMS陀螺仪以及AD转换器；所述压电触发组件、控制开关、电压管理芯片、MEMS传感器模块、微处理器模块及振动警报模块依次串联。本发明结构简单、使用方便、环保节能、数据分析量小且警报客观准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能穿戴，尤其是一种触发式智能书写坐姿矫正器。
背景技术
中小学生，长期在书桌前进行书写工作，正确的姿势应保证：身体平直、眼离书本一尺、胸离桌边一拳。然而，对于骨骼未实、骨质偏软的中小学生而言，通常很难做到，错误的书写坐姿可能造成高低肩、弯腰驼背、脊柱侧弯甚至躯体畸形等严重问题，良好坐姿的逐渐养成不但是提高学习效率和保证学习质量的关键，而且对中小学生的精神面貌和未来发展也起着至关重要的推动作用。
目前，市面上出现的矫正产品，通常包括：①安装在书桌上的支架装置，当学生身体与支架接触时，可起到提醒作用，但是，该类产品只能在固定地点使用，且存在灵活性差、占据空间大、易造成不必要的磕碰等局限性；②背带类装置，可通过调节松紧的方式对坐姿进行强制性矫正，但是，该类产品穿戴的舒适度较差，携带不便；③电子振动警报装置，通过加速度传感器采集使用者身体沿任意方向变化的加速度，当身体倾斜角度超过预设值时，便出现振动警报，但是，该类产品通常在使用时进行实时数据采集，数据分析和计算量较大，耗电量较高，容易产生不必要的警报提醒，不能客观地反映真实情况。
综上所述，目前在书写坐姿矫正方面的装置还存在诸多问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便、环保节能、数据分析量小且警报客观准确的触发式智能书写坐姿矫正器。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案：一种触发式智能书写坐姿矫正器，包括外壳，外壳中设有矫正控件，所述矫正控件包括压电触发组件、控制开关、电压管理芯片、MEMS传感器模块、微处理器模块及振动警报模块；所述压电触发组件包括压电陶瓷环及插设于压电陶瓷环中心的中心轴；中心轴以悬臂梁形式于一端垂直固定于外壳的内顶面上；压电陶瓷环通过柔性绳与中心轴的顶端固定连接，并使压电陶瓷环平行于外壳的底面并在外壳中悬空设置；压电陶瓷环与中心轴之间连接有弹簧；压电陶瓷环的上、下表面设有金属电极；所述MEMS传感器模块包括集成于一体的三轴 MEMS陀螺仪以及AD转换器；三轴MEMS陀螺仪的信号输出端与AD转换器相连；所述压电触发组件通过金属电极依次与控制开关、电压管理芯片、MEMS传感器模块、微处理器模块及振动警报模块串联。
所述弹簧沿压电陶瓷环的半径方向设置。
本发明的有益效果在于：本发明结构简单，通过压电触发组件、控制开关、电压管理芯片、MEMS传感器模块、微处理器模块及振动警报模块组成矫正控件，其中，压电触发组件可在使用者身体出现倾斜时使连接压电陶瓷环与中心轴的弹簧产生振动，在此作用下压电陶瓷环将机械振动能转换为电能，产生电位差，从而使开关、电压管理芯片、MEMS传感器模块、微处理器模块及振动警报构成的串联电路工作，即可在使用者的坐姿出现问题时进行振动提醒。本发明基于能量回收思想，无电源模块，环保节能；当使用者保持正确坐姿稳定不动时，无振动产生，系统自动进入休眠状态。本发明所需数据处理量较小，集成度高，方便穿戴。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明压电触发组件的结构示意图。
图3是本发明MEMS传感器模块的模块连接示意图。
图中：1-外壳、2-压电触发组件、3-控制开关、4-电压管理芯片、5-MEMS传感器模块、6-微处理器模块、7-振动警报模块、8-压电陶瓷环、9-中心轴、10-柔性绳、11-弹簧、12-保护层、13-金属电极、14-三轴 MEMS陀螺仪、15-AD转换器。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本发明进行说明：
图1是本发明一种触发式智能书写坐姿矫正器的结构示意图。一种触发式智能书写坐姿矫正器，包括外壳1，外壳1上可设置纽扣、别针等工具用于佩戴在衣服上，外壳1中设有矫正控件，矫正控件具体包括：压电触发组件2、控制开关3、电压管理芯片4、MEMS传感器模块5、微处理器模块6及振动警报模块7。其中，压电触发组件2包括压电陶瓷环8及插设于压电陶瓷环8中心的中心轴9；中心轴9以悬臂梁形式于一端垂直固定于外壳1的内顶面上，另一端自由下垂，压电陶瓷环8通过柔性绳10与中心轴9顶端固定连接，并使压电陶瓷环8平行于外壳1的底面并在外壳1中悬空设置；压电陶瓷环8与中心轴9之间连接有弹簧11，优选将弹簧11沿压电陶瓷环8的半径方向设置；可在压电陶瓷环8的表面设有保护层12；压电陶瓷环8的上、下表面处设有金属电极13。MEMS传感器模块5包括集成于一体的三轴 MEMS陀螺仪14以及AD转换器15；三轴 MEMS陀螺仪14用于采集使用者身体的倾斜角度；三轴 MEMS陀螺仪14的信号输出端与AD转换器15相连。压电触发组件2通过金属电极13依次与控制开关3、电压管理芯片4、MEMS传感器模块5、微处理器模块6及振动警报模块7串联在一起，形成串联电路。
在本发明的设计中，压电触发组件2的作用是当使用者身体倾斜时，压电触发组件2中连接压电陶瓷环8与中心轴9的弹簧11产生振动，由于正压电效应，压电陶瓷环8产生电位差，将机械振动能转换为电能，以提供触发功能。控制开关3的作用是实现对整个电路导通和断开的控制。电压管理芯片4主要用来控制压电触发组件2所产生的电压输出。MEMS传感器模块5的作用是在被触发后采集身体倾斜角度的数据。微处理器模块6的作用是对MEMS传感器模块5的监测数据进行计算、分析以及判断。振动警报模块7的作用是在确定使用者出现不良坐姿后，及时发出警报。
本发明的设计思路如下：
正确的书写坐姿应保持身体平直，使用者身体的瞬间运动容易造成身体倾角的快速改变，此行为并非属于不良坐姿，因此，只有当使用者身体倾斜角度超过预设值并持续一段时间，才可真正定义为不良坐姿，本发明预先设定了标准化坐姿的倾斜角度阈值为20°、时间阈值为5s，即身体在5s内由三轴 MEMS陀螺仪14采集到的倾斜角度始终超过20°时为不良坐姿。压电触发组件2基于能量回收思想，当使用者身体产生倾斜时，由于正压电效应，产生电位差，实现机械能到电能的转换，此时，当控制开关3打开时，系统进入激活状态，电压管理芯片4将压电触发组件2产生的电位差转换为稳定的输出电压，触发MEMS陀螺仪14采集身体倾斜的数据，当微处理器模块6的计算分析结果达到预先设定的倾斜阈值与时间阈值时，启动振动警报模块7进行振动报警提醒使用者注意坐姿。当使用者保持正确坐姿稳定不动时，压电触发组件2内无振动产生，不产生电位差，MEMS陀螺仪14不工作，系统自动进入休眠状态。
本发明在使用过程中的工作过程如下：
当使用者工作或者学习时，将该矫正器佩戴在衣物上，并启动控制开关3。若使用者突然出现身体倾斜，压电触发组件2中的弹簧11产生振动，由于正压电效应，压电陶瓷环8会产生电位差，电压管理芯片4将压电触发组件2产生的电位差转换为稳定的输出电压，触发MEMS传感器模块5中的三轴 MEMS陀螺仪14开始采集身体倾斜程度的监测数据，将经AD转换后的信号发送给微处理器模块6，微处理器模块6对其进行分析、计算：通过获取三轴MEMS陀螺仪14的转动角速度，通过积分计算得到使用者的倾斜角度，若在5s内的计算结果始终超过20°，则微处理器模块6将发送控制信号至振动警报模块7，以振动的形式提醒使用者坐姿出现问题。若使用者由于普通的瞬间运动后立刻恢复标准化坐姿，尽管压电触发组件2会产生电位差，进而触发MEMS传感器模块5，但是微处理器模块6的计算结果在5s内已恢复至20°以内，此时不会发出警报，避免了干扰警报过多的问题。当使用者保持正确坐姿稳定不动时，压电触发组件2内的弹簧11无振动产生，压电陶瓷环8不产生电位差，三轴MEMS陀螺仪14不工作，本发明将自动进入休眠状态。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种触发式智能书写坐姿矫正器，包括外壳，其特征在于，外壳中设有矫正控件，所述矫正控件包括压电触发组件、控制开关、电压管理芯片、MEMS传感器模块、微处理器模块及振动警报模块；所述压电触发组件包括压电陶瓷环及插设于压电陶瓷环中心的中心轴；中心轴以悬臂梁形式于一端垂直固定于外壳的内顶面上；压电陶瓷环通过柔性绳与中心轴的顶端固定连接，并使压电陶瓷环平行于外壳的底面并在外壳中悬空设置；压电陶瓷环与中心轴之间连接有弹簧；压电陶瓷环的上、下表面设有金属电极；所述MEMS传感器模块包括集成于一体的三轴 MEMS陀螺仪以及AD转换器；三轴 MEMS陀螺仪的信号输出端与AD转换器相连；所述压电触发组件通过金属电极依次与控制开关、电压管理芯片、MEMS传感器模块、微处理器模块及振动警报模块串联。
2.根据权利要求1所述的一种触发式智能书写坐姿矫正器，其特征在于，所述弹簧沿压电陶瓷环的半径方向设置。
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