CN108937946A - 一种人体脊柱实时监测系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体脊柱实时监测系统及其控制方法，系统包含包含背心、弯曲度传感模块、拉力传感模块、数据处理模块、无线数据传输模块、震动模块、手机终端及电源模块；弯曲度传感模块包含若干设置在背心后背上的弯曲度传感器；拉力传感模块包含第一至第四拉力传感器；数据处理模块分别和各个弯曲度传感器、第一至第四拉力传感器、无线数据传输模块、震动模块、电源模块相连。本发明能够实时检测使用者的脊柱多段脊柱的弯曲度和双肩所受拉力的状况；具有精度高、功耗低、便携性强、数据查看分析方便等特点，针对处于生长发育期的青少年儿童和老年人脊柱状态具有监测保护作用，同时也能够为脊柱类疾病的预防和治疗提供相应的参考数据。

Description

一种人体脊柱实时监测系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子监控领域，尤其涉及一种人体脊柱实时监测系统及其控制方法，适用于处于生长发育期的青少年儿童和身体脊柱疾病易发的老年人。

背景技术

脊柱是人体的中轴骨骼，是身体的支柱，有负重、减震、保护和运动等功能。脊柱的负荷为某段以上的体重、肌肉张力和外在负重的总和。不同的部位的脊柱节段承担着不同的负荷。脊柱的负荷有静态和动态两种。静态是指站立、坐位或卧位时脊柱所承受的负荷及内在平衡，动态则指身体在活动状态下所施于脊柱的力。这些负荷需要相应的关节、韧带和肌肉来维持。

正常人脊柱有一定的活动度，但各部位活动度不同，颈、腰段活动度较大，胸段活动度极小，骶段几乎无活动性。一般情况下颈段可前屈、后伸各35°～45°，左右侧弯各45°，旋转60°～80°。腰段在臀部固定的条件下可前屈75°～90°，后伸30°，左右侧弯各30°～35°，旋转30°～35°。

处于生长发育期的青少年儿童，由于先天性因素或后期某种不正确的姿势所引起的脊柱侧弯等疾病，长期以往会产生畸形，影响生理健康，严重的会出现胸廓变形，甚至影响肺脏和心脏，具有生命危险。

老年人由于颈椎的退行性变、慢性劳损等引起的脊柱弯曲变形，对老年人的生活质量产生极大影响。

因此需要一种人体脊柱实时监测系统，将人体脊柱弯曲度的实时数据记录存储分析，帮助青少年儿童。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的问题，提出一种人体脊柱实时监测系统及其控制方法，对处于生长发育期的青少年儿童和老年人的身体姿态进行实时监测，对监测数据进行分析，提醒改变姿势，保护身体脊柱。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种人体脊柱实时监测系统，包含背心、弯曲度传感模块、拉力传感模块、数据处理模块、无线数据传输模块、震动模块、手机终端及电源模块；

所述背心穿戴在人体上，用于固定所述弯曲度传感模块、拉力传感模块、数据处理模块、无线数据传输模块、震动模块和电源模块；

所述弯曲度传感模块包含若干设置在所述背心后背上的弯曲度传感器，用于均匀分布贴合在人体脊柱上，监测其所在处脊柱的弯曲度后传递给所述数据处理模块；

所述拉力传感模块包含第一至第四拉力传感器，所述第一至第四拉力传感器设置在所述背心后背对应于人体肩胛骨的下方、位于同一条直线，该直线垂直于人体脊柱所在直线；所述第一、第二拉力传感器和第三、第四拉力传感器关于人体脊柱所在直线对称；第一至第四拉力传感器的拉力杆均朝上，且第一、第四拉力传感器和人体脊柱所在直线之间的夹角为60°，第二、第三拉力传感器和人体脊柱所在直线之间的夹角为30°；

所述背心前胸对应于背心后背在第一至第四拉力传感器所在直线、人体脊柱所在直线之间的焦点处设有固定点；所述第一至第四拉力传感器的拉力杆均通过无弹性拉绳和所述固定点相连；

所述第一至第四拉力传感器用于感应其所在处的拉力，并将其传递给所述数据处理模块；

所述数据处理模块分别和各个弯曲度传感器、第一至第四拉力传感器、无线数据传输模块、震动模块、电源模块相连，用于对弯曲度传感器模块和拉力传感模块监测的数据进行实时处理，计算出当前人体脊柱的弯曲度和双肩承受的拉力偏差值后发送至手机终端，并在当前人体脊柱的弯曲度大于预设的弯曲度阈值或双肩承受的拉力偏差值大于预设的拉力偏差阈值时，控制震动模块进行震动；

所述无线数据传输模块用于将数据处理模块的判断结果传递给所述手机终端；

所述震动模块用于产生震动以提示用户注意姿势；

所述手机终端用于显示数据处理模块的判断结果。

所述电源模块用于供电。

作为本发明一种人体脊柱实时监测系统进一步的优化方案，所述弯曲度传感器采用Flex Sensor 4.5，数量为5个。

作为本发明一种人体脊柱实时监测系统进一步的优化方案，所述第一至第四拉力传感器均采用DF-036高精度传感器。

作为本发明一种人体脊柱实时监测系统进一步的优化方案，所述数据处理模块采用STM32L4+处理器。

作为本发明一种人体脊柱实时监测系统进一步的优化方案，所述无线数据传输模块采用基于蓝牙4.0的BLE TLSR8266低功耗模块。

作为本发明一种人体脊柱实时监测系统进一步的优化方案，所述电源模块采用锂电池。

本发明还公开了一种基于该人体脊柱实时监测系统的监测方法，包含以下步骤：

步骤1），电源模块供电，各个弯曲度传感器测量其所在处的弯曲度，并将其传递给所述数据处理模块；

步骤2），第一至第四拉力传感器感应其所在处的拉力，并将其传递给所述数据处理模块；

步骤3），数据处理模块根据各个弯曲度传感器感应到的弯曲度，计算出当前人体脊柱的弯曲度；

步骤4），数据处理模块将第一拉力传感器感应到的拉力加上第二拉力传感器感应到的拉力后，依次减去第三拉力传感器感应到的拉力、第四拉力传感器感应到的拉力，计算出当前人体双肩承受的拉力偏差值；

步骤5），数据处理模块将当前人体脊柱的弯曲度、当前人体双肩承受的拉力偏差值通过无线数据传输模块发送至手机终端；

步骤6），数据处理模块分别将当前人体脊柱的弯曲度、当前人体双肩承受的拉力偏差值和预设的弯曲度阈值、预设的拉力偏差阈值进行比较；如果当前人体脊柱的弯曲度大于预设的弯曲度阈值或当前人体双肩承受的拉力偏差值大于预设的拉力偏差阈值时，控制震动模块进行震动；

步骤7），手机终端显示接收到的当前人体脊柱的弯曲度、当前人体双肩承受的拉力偏差值。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 能够实时检测使用者的脊柱多段脊柱的弯曲度和双肩所受拉力的状况；

2. 具有精度高、功耗低、便携性强、数据查看分析方便等特点，针对处于生长发育期的青少年儿童和老年人脊柱状态具有监测保护作用，同时也能够为脊柱类疾病的预防和治疗提供相应的参考数据。

附图说明

图1是本发明的模块示意图；

图2是本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明提出并设计了一种人体脊柱实时监测系统，包含背心、弯曲度传感模块、拉力传感模块、数据处理模块、无线数据传输模块、震动模块、手机终端及电源模块。

所述背心穿戴在人体上，用于固定所述弯曲度传感模块、拉力传感模块、数据处理模块、无线数据传输模块、震动模块和电源模块。

所述弯曲度传感模块包含若干设置在所述背心后背上的弯曲度传感器，用于均匀分布贴合在人体脊柱上，监测其所在处脊柱的弯曲度后传递给所述数据处理模块。

弯曲度传感器采用Flex Sensor 4.5，本发明中采用5根弯曲度传感器，由腰部沿脊柱向颈部依次排列，构成长约30cm的弯曲度传感器模块。从腰部至颈部将脊柱分为5段，传输5路弯曲度数据至数据处理模块。采用紧身背心直接贴合背部脊柱进行数据监测。

所述拉力传感模块包含第一至第四拉力传感器，所述第一至第四拉力传感器设置在所述背心后背对应于人体肩胛骨的下方、位于同一条直线，该直线垂直于人体脊柱所在直线；所述第一、第二拉力传感器和第三、第四拉力传感器关于人体脊柱所在直线对称；第一至第四拉力传感器的拉力杆均朝上，且第一、第四拉力传感器和人体脊柱所在直线之间的夹角为60°，第二、第三拉力传感器和人体脊柱所在直线之间的夹角为30°。

所述背心前胸对应于背心后背在第一至第四拉力传感器所在直线、人体脊柱所在直线之间的焦点处设有固定点；所述第一至第四拉力传感器的拉力杆均通过无弹性拉绳和所述固定点相连。

所述第一至第四拉力传感器均采用DF-036高精度传感器，用于感应其所在处的拉力，并将其传递给所述数据处理模块。

所述数据处理模块采用超低功耗的STM32L4+处理器，分别和各个弯曲度传感器、第一至第四拉力传感器、无线数据传输模块、震动模块、电源模块相连，用于对弯曲度传感器模块和拉力传感模块监测的数据进行实时处理，计算出当前人体脊柱的弯曲度和双肩承受的拉力偏差值后发送至手机终端，并在当前人体脊柱的弯曲度大于预设的弯曲度阈值或双肩承受的拉力偏差值大于预设的拉力偏差阈值时，控制震动模块进行震动。

所述无线数据传输模块采用基于蓝牙4.0的BLE TLSR8266低功耗模块，最多可以同时连接7路蓝牙模块，用于将数据处理模块的判断结果传递给所述手机终端。

所述震动模块：用于产生震动以提示用户注意姿势。

所述手机终端用于显示数据处理模块的判断结果。

电源模块：采用锂电池，体积小便于携带，用于供电。

如图2所示，该系统的实时监测过程如下：

步骤1），电源模块供电，各个弯曲度传感器测量其所在处的弯曲度，并将其传递给所述数据处理模块；

步骤2），第一至第四拉力传感器感应其所在处的拉力，并将其传递给所述数据处理模块；

步骤3），数据处理模块根据各个弯曲度传感器感应到的弯曲度，计算出当前人体脊柱的弯曲度；

步骤4），数据处理模块将第一拉力传感器感应到的拉力加上第二拉力传感器感应到的拉力后，依次减去第三拉力传感器感应到的拉力、第四拉力传感器感应到的拉力，计算出当前人体双肩承受的拉力偏差值；

步骤5），数据处理模块将当前人体脊柱的弯曲度、当前人体双肩承受的拉力偏差值通过无线数据传输模块发送至手机终端；

步骤6），数据处理模块分别将当前人体脊柱的弯曲度、当前人体双肩承受的拉力偏差值和预设的弯曲度阈值、预设的拉力偏差阈值进行比较；如果当前人体脊柱的弯曲度大于预设的弯曲度阈值或当前人体双肩承受的拉力偏差值大于预设的拉力偏差阈值时，控制震动模块进行震动；

步骤7），手机终端显示接收到的当前人体脊柱的弯曲度、当前人体双肩承受的拉力偏差值。

本发明在内部连线必须的防潮，防水，防止使用者流汗或是淋雨时电路短路；电源采用锂电池，体积小便于携带；适用于生长发育期的青少年儿童、老年人及经常呆在办公室的室内人员。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种人体脊柱实时监测系统，其特征在于，包含背心、弯曲度传感模块、拉力传感模块、数据处理模块、无线数据传输模块、震动模块、手机终端及电源模块；

所述背心穿戴在人体上，用于固定所述弯曲度传感模块、拉力传感模块、数据处理模块、无线数据传输模块、震动模块和电源模块；

所述弯曲度传感模块包含若干设置在所述背心后背上的弯曲度传感器，用于均匀分布贴合在人体脊柱上，监测其所在处脊柱的弯曲度后传递给所述数据处理模块；

所述拉力传感模块包含第一至第四拉力传感器，所述第一至第四拉力传感器设置在所述背心后背对应于人体肩胛骨的下方、位于同一条直线，该直线垂直于人体脊柱所在直线；所述第一、第二拉力传感器和第三、第四拉力传感器关于人体脊柱所在直线对称；第一至第四拉力传感器的拉力杆均朝上，且第一、第四拉力传感器和人体脊柱所在直线之间的夹角为60°，第二、第三拉力传感器和人体脊柱所在直线之间的夹角为30°；

所述背心前胸对应于背心后背在第一至第四拉力传感器所在直线、人体脊柱所在直线之间的焦点处设有固定点；所述第一至第四拉力传感器的拉力杆均通过无弹性拉绳和所述固定点相连；

所述第一至第四拉力传感器用于感应其所在处的拉力，并将其传递给所述数据处理模块；

所述数据处理模块分别和各个弯曲度传感器、第一至第四拉力传感器、无线数据传输模块、震动模块、电源模块相连，用于对弯曲度传感器模块和拉力传感模块监测的数据进行实时处理，计算出当前人体脊柱的弯曲度和双肩承受的拉力偏差值后发送至手机终端，并在当前人体脊柱的弯曲度大于预设的弯曲度阈值或双肩承受的拉力偏差值大于预设的拉力偏差阈值时，控制震动模块进行震动；

所述无线数据传输模块用于将数据处理模块的判断结果传递给所述手机终端；

所述震动模块用于产生震动以提示用户注意姿势；

所述手机终端用于显示数据处理模块的判断结果。

所述电源模块用于供电。

2. 根据权利要求1所述的人体脊柱实时监测系统，其特征在于，所述弯曲度传感器采用Flex Sensor 4.5，数量为5个。

3.根据权利要求1所述的人体脊柱实时监测系统，其特征在于，所述第一至第四拉力传感器均采用DF-036高精度传感器。

4.根据权利要求1所述的人体脊柱实时监测系统，其特征在于，所述数据处理模块采用STM32L4+处理器。

5. 根据权利要求1所述的人体脊柱实时监测系统，其特征在于，所述无线数据传输模块采用基于蓝牙4.0的BLE TLSR8266低功耗模块。

6.根据权利要求1所述的人体脊柱实时监测系统，其特征在于，所述电源模块采用锂电池。

7.基于权利要求1所述的人体脊柱实时监测系统的监测方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），电源模块供电，各个弯曲度传感器测量其所在处的弯曲度，并将其传递给所述数据处理模块；

步骤2），第一至第四拉力传感器感应其所在处的拉力，并将其传递给所述数据处理模块；

步骤3），数据处理模块根据各个弯曲度传感器感应到的弯曲度，计算出当前人体脊柱的弯曲度；

步骤4），数据处理模块将第一拉力传感器感应到的拉力加上第二拉力传感器感应到的拉力后，依次减去第三拉力传感器感应到的拉力、第四拉力传感器感应到的拉力，计算出当前人体双肩承受的拉力偏差值；

步骤5），数据处理模块将当前人体脊柱的弯曲度、当前人体双肩承受的拉力偏差值通过无线数据传输模块发送至手机终端；

步骤6），数据处理模块分别将当前人体脊柱的弯曲度、当前人体双肩承受的拉力偏差值和预设的弯曲度阈值、预设的拉力偏差阈值进行比较；如果当前人体脊柱的弯曲度大于预设的弯曲度阈值或当前人体双肩承受的拉力偏差值大于预设的拉力偏差阈值时，控制震动模块进行震动；

步骤7），手机终端显示接收到的当前人体脊柱的弯曲度、当前人体双肩承受的拉力偏差值。