CN110575025B - 一种座椅坐姿监测装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矫正座椅技术领域，现有的矫正座椅装置，存在识别盲区；本发明提供了一种座椅坐姿监测装置，包括设置于椅背上并用于感应人体位置的传感器、控制电路以及报警电路，所述传感器包括至少一个接近传感器，所述接近传感器设置于椅背的内侧；当用户坐于椅座上且其背部与接近传感器的距离在接近传感器的预设检测范围内时，所述接近传感器检测到用户背部并产生一检测信号；所述控制电路接收并响应于所述检测信号并触发报警电路；减小识别盲区，增加识别率。
Description
技术领域
本发明涉及矫正座椅技术领域，更具体地说是一种座椅坐姿监测装置及控制方法。
背景技术
现有的坐姿矫正座椅多通过压力传感器来检测坐姿姿态，如专利号为2012203755103的中国专利，公示了一种预防坐姿不良的座椅装置，使用多点式重量感测装置，即一个背部传感器和两个腰部传感器，来判断坐姿是否端正。
此类传感器通过人体坐在座椅上时对靠背的压力感应来识别腰部或背部是否在靠背上，由于压力传感器存在灵敏度低，动态响应慢，易机械疲劳等缺点，若是使用者穿着蓬松的羽绒服甚至在正常穿着的情况下，即使腰部和背部恰好贴合靠背，而靠背没有收到足够压力的话，用户的背部位置就无法被该类的传感器的座椅识别。该座椅也就无法判断用户坐姿是否端正。因此，急需一种识别率高的座椅坐姿监测装置及控制方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中存在识别率低的缺陷，提供一种识别率高的座椅坐姿监测装置及控制方法。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案得以实现：一种座椅坐姿监测装置，包括设置于椅背上并用于感应人体位置的传感器、控制电路以及报警电路，所述传感器包括至少一个接近传感器，所述接近传感器设置于椅背的内侧；当用户坐于椅座上且其背部与接近传感器的距离在接近传感器的预设检测范围内时，所述接近传感器检测到用户背部并产生一检测信号；所述控制电路接收并响应于所述检测信号并触发报警电路。
采用上述技术方案，使用接近传感器取代现有压力传感器来测量人体背部位置，只要人体背部位于接近传感器的检测范围之内就能被检测到，即实现了在不接触或者轻触的情况下，人体坐姿也能被识别，大大提高了识别率。
本发明进一步优选方案为：所述接近传感器为电容式接近传感器，电容式接近传感器上设有用于增大信号接受范围的金属箔或金属网。只要人体背部接近金属箔或金属网某一区域附近时，就会改变该区域的电荷分布，进而可以间接被电容式接近传感器检测到。
本发明进一步优选方案为：所述金属箔或金属网贴合且金属箔或金属网的长度于水平方向上延伸。进一步增加在水平方向上的检测范围。
本发明进一步优选方案为：所述预设检测范围为0.5cm至8cm。根据大量实验数据选取的最有参考价值的数据范围。
本发明进一步优选方案为：所述椅背包括背部框架，填充于背部框架上的填充层以及覆盖于背部框架和填充层外表的网状织物；所述填充层表面设有与金属箔或金属网尺寸适配的浅槽，浅槽中间设有用于镶嵌接近传感器的凹槽；所述金属箔或金属网的两侧与浅槽底面粘接，金属箔或金属网的中间粘接于接近传感器的外表面。金属箔或金属网具有良好的柔软性，人体背部倚靠在椅背时，能随背部形变，不会有不适感。
本发明进一步优选方案为：所述传感器或控制电路常处于休眠状态；所述监测装置还包括唤醒电路；唤醒电路包括一加速度传感器，加速度传感器耦接于控制电路；当用户坐到椅子上时产生的震动被所述加速度传感器检测到并由加速度传感器产生唤醒信号，所述控制电路在接收所述唤醒信号后将传感器唤醒或被唤醒。
采用上述技术方案，可以避免无人坐在椅子上时，报警电路被误触发，节省用电。
本发明进一步优选方案为：所述报警电路包括一扬声器和语音芯片；所述语音芯片的输入端接收所述报警信号，其输出端耦接于扬声器；当所述语音芯片被控制电路触发时，所述语音芯片将预先存贮的语音信息放出，使扬声器发出语音提醒，以便及时提醒用户修正坐姿。
本发明的进一步目的在于提供一种座椅坐姿监测装置的控制方法，用于对上述中所述监测装置进行控制，所述控制电路在被唤醒时开始计时，并在计时Ts后重新进入休眠状态；在所述控制电路重新进入休眠状态时，所述报警电路断路；所述控制电路在唤醒状态下，每次接收所述唤醒信号后将计时Ts归零。
本发明进一步优选方案为：在唤醒状态下，控制电路在接收所述检测信号后延时T0s后触发报警电路。当人体背部在短时间内来回进出预设范围时，让报警电路延时报警，以防频繁报警。
本发明另一优选方案为：所述语音信息记载了一段开头带静默段的音频。通过该设置方法，也可以达到延时报警，防止频繁报警的效果。
综上所述，本发明具有以下有益效果：相比于现有压力传感器的监测方式，本方案采用电容式接近传感器检测人体背部位置的方式，能够提高坐姿检测识别率。
附图说明
图1是坐姿监测装置的结构示意图；
图2是坐姿监测装置的电路框图；
图3是接近传感器的电路原理图；
图4是控制电路的原理图；
图5是唤醒电路的原理图；
图6是报警电路的原理图；
图7是电源电路的原理图。
图中：1、椅背；11、背部框架；12、填充层；2、接近传感器；21、金属箔；22、滤波整形电路；23、A/D转换电路；3、唤醒电路；4、报警电路；41、语音芯片；42、扬声器；5、控制电路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
如图1和图2所示，示出了一种座椅的坐姿监测装置，包括设置于椅背1上并用于感应人体位置的传感器、唤醒电路3、控制电路5、报警电路4和电源电路。传感器、唤醒电路3分别与控制电路5信号连接，报警电路4与控制电路5控制连接。唤醒电路3、控制电路5、报警电路4和电源电路均内置于椅背内。
传感器包括至少一个接近传感器2，接近传感器2设置于椅背1的内侧且接近传感器2到椅背1下边缘的距离在15cm至30cm之间。接近传感器2为电容式接近传感器2，电容式接近传感器2上设有用于增大信号接受范围的金属箔21或金属网。金属箔21或金属网贴合且金属箔21或金属网的长度于水平方向上延伸。金属箔21为铝箔或锡箔。金属箔21的面积大于等于一平方厘米。在本实施例中，采用一个接近传感器2，接近传感器2通过锡箔来增幅信号范围。
椅背1包括背部框架11，填充于背部框架11上的填充层12以及覆盖于背部框架11和填充层12外表的网状织物；填充层12表面设有与金属箔21尺寸适配的浅槽，浅槽中间设有用于镶嵌接近传感器2的凹槽；金属箔21的两侧与浅槽底面粘接，金属箔21中间粘接与接近传感器2的外表面。
当用户坐于椅座上且其背部与接近传感器2的距离在接近传感器2的预设检测范围内时，接近传感器2检测到用户背部并产生一检测信号，控制电路5接收检测信号并发出一语音播报信号来触发报警电路4。该预设检测范围为0.5cm至5cm。
传感器或控制电路5常处于休眠状态，工作时需要通过唤醒电路3唤醒。唤醒电路3包括加速度传感器，加速度传感器耦接于控制电路5；当用户坐到椅子上时产生的震动被所述加速度传感器检测到并由加速度传感器产生唤醒信号，控制电路5在接收唤醒信号后将传感器唤醒或被唤醒。更优的，传感器和控制电路5均常处于休眠状态，控制电路5在接收唤醒信号后被唤醒的同时也将传感器唤醒。
报警电路4包括一扬声器42和语音芯片41；语音芯片41的输入端接收报警信号，其输出端耦接于扬声器42；当语音芯片41接收到语音播报信号时被触发，语音芯片41将预先存贮的语音信息放出，扬声器42接收并响应于该语音信息发出语音提醒，及时提醒用户修正坐姿。
如图3-7所示，在本实施例，电容式接近传感器J2通过一滤波整形电路22和一A/D转换电路23耦接于控制电路5芯片的输入端。A/D转换电路23采用型号为FDC2114RGHR的芯片U4，控制电路5采用型号为MSP430F5528IRGC的芯片U3，加速度传感器采用集成式的芯片U5，语音芯片41为U6。
滤波整形电路22的两输出端依次耦接于芯片U4的PIN15和PIN16。若采用两个加速度传感器，则另一加速度传感器经另一滤波整形电路22后依次耦接于芯片U4的PIN14和PIN13。芯片U4的PIN1、PIN2、PIN4、PIN5和PIN6依次耦接于芯片U3的PIN43、PIN42、PIN21、PIN19和PIN20。芯片U5的PIN4、PIN6和PIN11依次耦接于芯片U3的PIN1、PIN2和PIN3。芯片U6的PIN2和PIN3耦接于芯片U3的PIN4，芯片U6的PIN4和PIN5耦接于扬声器42。上述中各芯片的外围电路参考使用手册，此处不再详述。
电源电路采用充电电池通过稳压电路产生+3.3V和+5V的直流电为各电路提供直流电，该部分的电路为公知技术，此处不再一一详述。
本发明还提供了一种座椅坐姿监测装置的控制方法，用于对上述中的监测装置进行控制，控制电路5在被唤醒时开始计时，并在计时Ts后重新进入休眠状态；在控制电路5重新进入休眠状态时，报警电路4断路；控制电路5在唤醒状态下，每次接收唤醒信号后将计时Ts归零。
在唤醒状态下，控制电路5在接收检测信号后延时T0s后触发报警电路4，可以达到延时报警，防止频繁报警的效果。
或者，使语音信息记载一段开头带静默段的音频同样可以达到延时报警，防止频繁报警的效果。静默段的时长为3秒或3秒以上。
本发明工作过程如下：接通电源后，接近传感器2和控制电路5均处于休眠状态，报警电路4也是待激活状态。当用户坐到椅座上时，会产生震动，该震动便被设置在椅背1上的加速度传感器检测到。加速度传感器在检测到震动后产生一唤醒信号，唤醒信号传递给控制电路5并将控制电路5唤醒。在控制电路5被唤醒的同时，接近传感器2也被唤醒。
此时接近传感器2开始工作，当用户背部与接近传感器2的距离在0-0.5cm之间时（该数值范围随预设范围改变而改变），用户坐姿端正，扬声器42不发声。
当用户背部与接近传感器2的距离在0.5-8cm（还可以是2-6cm，根据用户体型大小可作更改）之间时，用户坐姿不良，其背部被接近传感器2检测到后，接近传感器2产生一检测信号，控制电路5接收并响应于该检测信号并产生一语音播报信号，语音芯片41接收到语音播报信号时被触发。语音芯片41被触发时将预先存贮的语音信息放出，扬声器42接收并响应于该语音信息发出语音提醒，及时提醒用户修正坐姿。
当用户背部与接近传感器2的距离大于8cm（该数值随预设范围改变而改变）时，用户离开座椅，扬声器42不发声。
为了更好降低能耗，延长电池使用时间，通过控制芯片设定唤醒时间为T0，也即延时关闭时间。当控制芯片自接收到上一唤醒信号起，经过T0s后再无下一唤醒信号接收便再次进入休眠。
Claims (6)
1.一种座椅坐姿监测装置，包括设置于椅背（1）上并用于感应人体位置的传感器、控制电路（5）以及报警电路（4），其特征在于，所述传感器包括至少一个接近传感器（2），所述接近传感器（2）设置于椅背（1）的内侧；当用户坐于椅座上且其背部与接近传感器（2）的距离在接近传感器（2）的预设检测范围内时，所述接近传感器（2）检测到用户背部并产生一检测信号；所述控制电路（5）接收并响应于所述检测信号并触发报警电路（4）；
所述接近传感器（2）为电容式接近传感器（2），电容式接近传感器（2）上设有用于增大信号接受范围的金属箔（21）或金属网；
所述金属箔（21）或金属网贴合且金属箔（21）或金属网的长度于水平方向上延伸；
所述椅背（1）包括背部框架（11），填充于背部框架（11）上的填充层（12）以及覆盖于背部框架（11）和填充层（12）外表的网状织物；所述填充层（12）表面设有与金属箔（21）或金属网尺寸适配的浅槽，浅槽中间设有用于镶嵌接近传感器（2）的凹槽；所述金属箔（21）或金属网的两侧与浅槽底面粘接，金属箔（21）或金属网的中间粘接于接近传感器（2）的外表面；
所述传感器或控制电路（5）常处于休眠状态；所述监测装置还包括唤醒电路（3）；唤醒电路（3）包括一加速度传感器，加速度传感器耦接于控制电路（5）；当用户坐到椅子上时产生的震动被所述加速度传感器检测到并由加速度传感器产生唤醒信号，所述控制电路（5）在接收所述唤醒信号后将传感器唤醒或被唤醒。
2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述预设检测范围为0.5cm至8cm。
3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述报警电路（4）包括一扬声器（42）和语音芯片（41）；所述语音芯片（41）的输入端接收报警信号，其输出端耦接于扬声器（42）；当所述语音芯片（41）被控制电路（5）触发时，所述语音芯片（41）将预先存贮的语音信息放出，使扬声器（42）发出语音提醒，以便及时提醒用户修正坐姿。
4.一种座椅坐姿监测装置的控制方法，用于对权利要求3中所述监测装置进行控制，其特征在于：所述控制电路（5）在被唤醒时开始计时，并在计时Ts后重新进入休眠状态；在所述控制电路（5）重新进入休眠状态时，所述报警电路（4）断路；所述控制电路（5）在唤醒状态下，每次接收所述唤醒信号后将计时Ts归零。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：在唤醒状态下，控制电路（5）在接收所述检测信号后延时T0s后触发报警电路（4）。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述语音信息记载了一段开头带静默段的音频。
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