CN109215302A - 一种智能姿态矫正帽及其控制方法 - Google Patents

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CN201811187403.6A
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李恒
尹佳来
王光阳
李旭
朱明山
王永刚
赵正平
宋有才
李怀敏
管飚
刘飞彪
张炎炎
张晨晨
徐小东
史恒
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Fuyang Normal University
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Abstract

本发明涉及一种智能姿态矫正帽及其控制方法。智能姿态矫正帽包括帽子本体、设置在帽子本体内的姿态矫正装置和手机客户端。姿态矫正装置包括主控芯片、陀螺仪、加速度传感器、蓝牙模块、报警器和电源模块。陀螺仪的输出端接主控芯片的输入端。加速度传感器的输出端接主控芯片的输入端。主控芯片的输出端通过蓝牙模块与手机客户端的输入端相连。报警器的输入端接主控芯片的输出端。电源模块用于为主控芯片、陀螺仪、加速度传感器、蓝牙模块和报警器供电。本发明能够实时监测用户姿态，在用户姿态错误时进行报警提示，并通过手机客户端对用户姿态信息数据进行分析处理，给出最佳的姿态建议，具有体积小、使用方便、智能化、科学性高等特点。

Description

一种智能姿态矫正帽及其控制方法
技术领域
本发明涉及姿态校正技术领域，具体涉及一种智能姿态矫正帽及其控制方法。
背景技术
随着手机功能的不断增多使用范围不断扩大智能化产品的不断增多，对于青少年来说，低头族越来越多；而对于一些稍微远离智能化产品的中学生来说，越来越多的作业也造成了越来越多的驼背人群，驼背不仅影响美观而且对于身体还有一定的伤害，所以随着生活水平的不断提升，人们对于驼背这一健康问题越来越重视。现有的姿态矫正类产品或者功能比较单一，或者不适于在办公场所使用，且有的产品采用座椅形式，体积庞大，费用高昂，不适合快节奏的白领人群使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能姿态矫正帽及其控制方法，该智能姿态矫正帽及其控制方法能够解决现有技术中存在的不足，实时监测用户姿态，在用户姿态错误时进行报警提示，并通过手机客户端对用户姿态信息数据进行分析处理，给出最佳的姿态建议，具有体积小、使用方便、智能化、科学性高等特点。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种智能姿态矫正帽，包括帽子本体、设置在帽子本体内的姿态矫正装置和手机客户端；所述姿态矫正装置包括主控芯片、陀螺仪、加速度传感器、蓝牙模块、报警器和电源模块；所述陀螺仪的输出端接主控芯片的输入端；所述加速度传感器的输出端接主控芯片的输入端；所述主控芯片的输出端通过蓝牙模块与手机客户端的输入端相连；所述报警器的输入端接主控芯片的输出端；所述电源模块用于为主控芯片、陀螺仪、加速度传感器、蓝牙模块和报警器供电。
进一步的，所述姿态矫正装置通过固定支架安装在帽子本体内。
进一步的，所述主控芯片采用恩智浦MK60N512芯片。
进一步的，所述陀螺仪采用恩智浦FXAS21002C陀螺仪传感器。
进一步的，所述加速度传感器采用ENDEVCO恩德福克加速度传感器。
进一步的，所述蓝牙模块采用海信HS2800模块。
进一步的，所述电源模块采用AMS1117系列稳压器。
进一步的，所述报警器采用声光报警器；所述声光报警器包括蜂鸣器和LED灯。
本发明还涉及一种上述智能姿态矫正帽的控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)陀螺仪和加速度传感器实时采集用户的姿态信息。
(2)对陀螺仪和加速度传感器采集的姿态信息进行Kalman滤波处理，并将处理完的姿态信息数据发送给主控芯片。
(3)主控芯片接收到的姿态信息数据进行判断，在超过设定的阈值时通过报警器进行报警，同时通过蓝牙模块将接收到姿态信息数据发送给手机客户端。
(4)手机客户端对接收到的姿态信息数据进行分析处理，并将分析处理结果在手机客户端上进行显示。
由以上技术方案可知，本发明能够解决现有技术中存在的不足，实时监测用户姿态，在用户姿态错误时进行报警提示，并通过手机客户端对用户姿态信息数据进行分析处理，给出最佳的姿态建议，具有体积小、使用方便、智能化、科学性高等特点。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
其中：
1、主控芯片，2、加速度传感器，3、陀螺仪，4、报警器，5、蓝牙模块，6、手机客户端，7、电源模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示的一种智能姿态矫正帽，包括帽子本体、设置在帽子本体内的姿态矫正装置和手机客户端6。所述姿态矫正装置包括主控芯片1、陀螺仪3、加速度传感器2、蓝牙模块5、报警器4和电源模块7。所述陀螺仪3的输出端接主控芯片1的输入端；所述加速度传感器2的输出端接主控芯片1的输入端；所述主控芯片1的输出端通过蓝牙模块5与手机客户端6的输入端相连；所述报警器4的输入端接主控芯片1的输出端；所述电源模块7用于为主控芯片1、陀螺仪3、加速度传感器2、蓝牙模块5和报警器4供电。
本发明采用陀螺仪和加速度传感器作为用户姿态的记录和监测工具，陀螺仪能够更为准确的计算出帽子本体每一个时刻的角度，利用这个角度来实时的检测用户的头部处在一个什么样的姿势，将数据传入主控芯片进行数据的整合；采用主控芯片，对采集的姿态数据进行实时判断，在超过一定阈值时通过蜂鸣器和闪烁的LED灯来提醒用户注意自己的坐姿；采用蓝牙模块实现与手机客户端之间的数据传递；手机客户端会利用算法对用户的行为习惯进行分析，提醒用户积极预防驼背并给出一些建议。
进一步的，所述姿态矫正装置通过固定支架安装在帽子本体内。
进一步的，所述主控芯片1采用恩智浦MK60N512芯片，该芯片能够进行强大的数据处理和信息整合。
进一步的，所述陀螺仪3采用恩智浦FXAS21002C陀螺仪传感器。
进一步的，所述加速度传感器2采用ENDEVCO恩德福克加速度传感器。
进一步的，所述蓝牙模块5采用海信HS2800模块。
进一步的，所述电源模块7采用AMS1117系列稳压器。所述电源模块7，用于提供5V的稳定电压为主芯片和其他模块供电。
进一步的，所述报警器4采用声光报警器，该声光报警器包括蜂鸣器和LED灯。
本发明还涉及一种上述智能姿态矫正帽的控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)陀螺仪和加速度传感器实时采集用户的姿态信息。所述加速度传感器，用于采集用户头部在x,y,z三个轴上的加速度数值。所述陀螺仪，用于采集用户头部在x,y,z三个轴上的角加速度数值。陀螺仪和加速度传感器是一个集成在一起的传感器模块，二者能够采集每一个时刻的传感器模块自身的X轴、Y轴、Z轴的参数，并将这些数据传输到芯片，通过算法来计算出传感器模块的当前的倾斜角度。
(2)对陀螺仪和加速度传感器采集的姿态信息进行Kalman(卡尔曼)滤波处理，并将处理完的姿态信息数据发送给主控芯片。Kalman滤波在测量方差已知的情况下能够从一系列存在测量噪声的数据中，估计动态系统的状态。由于它便于计算机编程实现，并能够对现场采集的数据进行实时的更新和处理。陀螺仪和加速度传感器采集的信号有比较明显的噪点，对数据的记录有比较大的误差和不确定性，通过卡尔曼滤波可以得到更加准确的数据和姿态分析。主控芯片，主要用于计算陀螺仪检测到的用户的低头角度，先利用滤波算法进行滤波处理(其中利用了归一滤波，中值滤波，在这些滤波的基础上再利用卡尔曼滤波算法)，从而计算出较为准确的陀螺仪检测到的用户的低头角度。
(3)主控芯片接收到的姿态信息数据进行判断，在超过设定的阈值时通过报警器进行报警，同时通过蓝牙模块将接收到姿态信息数据发送给手机客户端。蓝牙模块是连接智能手机APP终端和防驼背姿态矫正帽的桥梁，是数据传输的通道，将姿态信息数据经过卡尔曼滤波后传输到手机APP终端，实现数据采集后的传输。在用户使用帽子时，头部低于一定角度，会进行声光报警，提醒用户预防驼背。
假定头部在高低方向弯的太低，设定弯腰角度的阈值为θ0，当弯腰角度θ＞θ0时，报警器开始报警；设加速度阈值为α0，当三个坐标的加速度有一个超过α0时，报警器开始报警。
(4)手机客户端对接收到的姿态信息数据进行分析处理，并将分析处理结果在手机客户端上进行显示。手机客户端，即手机APP，通过对姿态信息数据进行分析来掌握目前的用户的坐姿状态，手机APP会对用户的坐姿进行系统的评估，对评估的结果做出人性化的分析，并给出具体的解决方案和措施来帮助用户来改正。手机客户端将实时采集的姿态信息数据进行综合分析，并根据分析结果，对用户的坐姿风险进行等级划分。比如说，当用户的低头角度大于一定值时，手机客户端显示该用户的坐姿风险等级为高。手机客户端通过对一段时间的陀螺仪的数据统计，将这些统计数据进行分类成不同的等级，分别对不同的等级提出一些平时坐姿的建议。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种智能姿态矫正帽，其特征在于：包括帽子本体、设置在帽子本体内的姿态矫正装置和手机客户端；所述姿态矫正装置包括主控芯片、陀螺仪、加速度传感器、蓝牙模块、报警器和电源模块；所述陀螺仪的输出端接主控芯片的输入端；所述加速度传感器的输出端接主控芯片的输入端；所述主控芯片的输出端通过蓝牙模块与手机客户端的输入端相连；所述报警器的输入端接主控芯片的输出端；所述电源模块用于为主控芯片、陀螺仪、加速度传感器、蓝牙模块和报警器供电。
2.根据权利要求1所述的一种智能姿态矫正帽，其特征在于：所述姿态矫正装置通过固定支架安装在帽子本体内。
3.根据权利要求1所述的一种智能姿态矫正帽，其特征在于：所述主控芯片采用恩智浦MK60N512芯片。
4.根据权利要求1所述的一种智能姿态矫正帽，其特征在于：所述陀螺仪采用恩智浦FXAS21002C陀螺仪传感器。
5.根据权利要求1所述的一种智能姿态矫正帽，其特征在于：所述加速度传感器采用ENDEVCO恩德福克加速度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种智能姿态矫正帽，其特征在于：所述蓝牙模块采用海信HS2800模块。
7.根据权利要求1所述的一种智能姿态矫正帽，其特征在于：所述电源模块采用AMS1117系列稳压器。
8.根据权利要求1所述的一种智能姿态矫正帽，其特征在于：所述报警器采用声光报警器；所述声光报警器包括蜂鸣器和LED灯。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的智能姿态矫正帽的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)陀螺仪和加速度传感器实时采集用户的姿态信息；
(2)对陀螺仪和加速度传感器采集的姿态信息进行Kalman滤波处理，并将处理完的姿态信息数据发送给主控芯片；
(3)主控芯片接收到的姿态信息数据进行判断，在超过设定的阈值时通过报警器进行报警，同时通过蓝牙模块将接收到姿态信息数据发送给手机客户端；
(4)手机客户端对接收到的姿态信息数据进行分析处理，并将分析处理结果在手机客户端上进行显示。
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