CN112294628A - 一种智能按摩装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能按摩装置及其控制方法，其为按摩床，包括床体和按摩结构，按摩结构包括发生器系统、控制系统和预警系统。发生器系统包括按摩探头和调整模块。调整模块包括振动放大模块、振动检测模块和频率检测模块，振动检测模块、频率检测模块连接控制系统。振动检测模块实时将振动幅度数据，频率检测模块实时将超声波换能器频率数据传送至控制系统，与设定范围值进行比较，并作为预警系统是否预警的数据信息；控制系统还包括蓝牙串口模块，经匹配网络将数据信息与信号信息匹配，用于与移动设备进行通讯。
Description
技术领域
本发明属于保健设备技术领域，涉及一种智能按摩装置，具体涉及涉及一种基于超声波发生器的智能按摩床及其控制方法。
背景技术
随着科技的日益发展，日常繁忙的工作对于很多工作的人来说不仅身心疲惫，而且久而久之也会带来潜在的身体危险，因此人们在工作的同时，越来越关注身体的健康，并追求高质量的生活。随之而来，产生了例如针灸、按摩、美容等各种行业，其中，能够应用在美容、理疗等行业的按摩床应运而生，其是一种常见的保健设备，主要应用于人体按摩，一般的按照用途可以分为医用按摩床(中医推拿按摩床)、理疗按摩床(保健按摩床)、足疗按摩床(足浴按摩床)、SPA按摩床(桑拿按摩床)、洗头按摩床、美容美体按摩床等。
目前，常见的具有按摩结构的按摩床，多为前后滚动或者上升下降等模式对人体的不同部位进行按摩，其具有固定的模式，不能根据不同使用者的性别、年龄、身高等进行灵活的调整期按摩的幅度及频率，不能达到很好的按摩效果。
因此，有必要对现有的按摩床进行优化改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型、高效、安全、自动化程度高且基于超声波发生器的智能按摩装置。
本发明的设计出发点是：由于超声波具有超过2万赫兹以上的频率，且其是不能引起正常人听觉的机械振动波，具有机械作用、温热作用和化学作用。同时，由于超声波功率强、能量大，作用于身体可以使皮肤细胞随之振动产生微细的按摩作用；进一步的，超声波也能够改变人体细胞的容积，进而改善局部血液和淋巴液的循环，增强细胞的通透性，提高组织的新陈代谢和再生能力。超声波作用于人体具有软化组织、刺激神经系统及细胞功能、使皮肤富有光泽和弹性；其温热作用可以提高皮肤表面的温度，使血液循环加速，增加皮肤细胞的养分，使神经兴奋性降低起到镇痛的作用，使痉挛的肌纤维松弛起到解痉的作用；其可以加强催化能力，加速皮肤细胞的新陈代谢，使组织pH值向碱性方向变化，减轻皮肤炎症伴有的酸中毒及疼痛。若能够将超声波用于人体的按摩，将会起到意想不到的效果，在此基础上，对于现有的按摩床进行改进，设计一种全新的、高效的、安全的、自动化程度高的按摩装置。
为实现本发明目的，本发明给出的技术方案如下：一种智能按摩装置的控制方法，所述智能按摩装置为按摩床，包括床体和按摩结构，所述按摩结构设置在床体上并对人体不同部位产生按摩作用，其特征在于，所述按摩结构包括发生器系统、控制系统和预警系统。
所述发生器系统包括按摩探头和调整模块，在所述按摩探头内设置超声波换能器，所述超声波换能器内设有压电材料，所述压电材料经匹配网络连接DDS模块，所述DDS模块的输入端电连接驱动电路；所述调整模块包括振动放大模块、振动检测模块和频率检测模块，所述振动检测模块、频率检测模块连接所述压电材料和控制系统。
所述振动检测模块实时将振动幅度数据，所述频率检测模块实时将超声波换能器频率数据传送至所述控制系统，与设定范围值进行比较，并作为预警系统是否预警的数据信息。
所述控制系统还包括蓝牙串口模块，经匹配网络将数据信息与信号信息匹配，用于与移动设备进行通讯。
作为所述智能按摩装置的控制方法的优选实施方式，所述控制系统包括控制器，用于接收、存储所述振动检测模块、频率检测模块实时传输的振动幅度、频率数据；所述控制器通过所述蓝牙串口模块的透传功能，实现控制器与移动设备的双向通讯。
作为所述智能按摩装置的控制方法的优选实施方式，所述控制器接收移动设备发送的振动幅度指令，并将其与所述振动检测模块实时传输的振动幅度检测值进行比较，若振动幅度检测值不符合振动幅度指令，所述控制器发出控制信号和预警信号，通过调节振动放大模块使得所述按摩床在合理范围内工作；若振动幅度检测值符合振动幅度指令，所述控制器不发出预警信号，所述按摩床保持原有工作状态。
作为所述智能按摩装置的控制方法的优选实施方式，进一步地，所述移动设备安装APP软件，通过所述APP软件查看所述按摩床的工作流程与状态，并通过所述APP软件向所述控制器发送调节指令。
基于上述智能按摩装置的控制方法，本发明还提供一种智能按摩装置，其为所述的按摩床，并适用所述的控制方法。
所述智能按摩装置，包括床体，床体上设有对人体不同部位按摩的按摩结构。按摩结构包括发生器系统，发生器系统包括按摩探头，且按摩探头内设有超声波换能器。
超声波换能器内设有压电材料，压电材料的输入端电连接有DDS模块，DDS模块的输入端电连接有驱动电路。
按摩结构还包括控制系统，控制系统内设有与驱动电路电连接的控制电路。
本发明对按摩床的按摩结构的设计，其按摩的原理是：首先，控制电路将控制信号发送至驱动电路，使驱动电路工作；其次，DDS模块(是一种频率合成器)产生模拟频率信号，并将模拟频率信号发送给压电材料；最后，压电材料经压电效应将超声波频段的高频电能转化为高谐振动的机械能，从而实现对人体的按摩。
其中，作为对压电材料的改进，压电材料选用压电陶瓷，压电陶瓷将输出的电信号转换并输出为超声波振动信号，使按摩探头震动对人体的不同部位进行按摩。
进一步的，发生器系统还包括调整模块，调整模块用于调整压电材料的电信号频率大小。
进一步的，调整模块包括振动放大模块，振动放大模块的输出端与压电材料电连接，振动放大模块的输入端与所述控制系统连接。
DDS模块经匹配网络与压电材料电连接。
调整模块还包括振动检测模块及频率检测模块，振动检测模块及频率检测模块的输入端分别与压电材料电连接，且振动检测模块及频率检测模块的输出端分别与控制系统内控制器电连接。
其中，控制电路包括控制器、继电器驱动线圈、继电器触点开关，且控制电路的输出端与驱动电路电连接，控制系统用于调节、开启、关闭驱动电路。
作为对控制电路的改进，控制电路的输入端还与预警系统电连接，预警系统用于向控制电路发送预警指令。
在本发明的一个优选实施例中，预警系统包括显示灯及蜂鸣器。
在本发明的一个优选实施例中，控制器为树莓派4B控制器，且树莓派4B控制器还与蓝牙串口模块电连接，用于与移动设备进行通讯。
作为对上述按摩结构的改进，按摩结构还包括供电系统，供电系统用于对发生器系统、控制系统提供电能。
作为对上述按摩结构的改进，按摩结构的上部还设有防护材料，所述防护材料用于将按摩结构与人体隔离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计的按摩床实用有效、市场需求量大，具有显著的经济意义，通过成熟的超声技术可以有效为人们提供按摩放松的效果。
1.通过压电材料的设置，能够很好的将电信号转化为超声波信号，通过按摩探头的超声波震动作用实现对人体的按摩。
2.本实施例通过设置调整模块，能够很好的根据使用者的性别、年龄、身体状态等调整按摩探头的超声波震动的效果，使得按摩床能够适用于各类人群的使用。
附图说明
图1为本发明基于超声波发生器的智能按摩床的示意图。
图2为本发明的智能按摩床的按摩结构的框图。
图3为本发明发生器系统的原理框图。
图4为本发明智能按摩床的按摩结构的原理框图。
图5为本发明智能按摩床的预警系统原理框图。
图6为本发明智能按摩床的控制系统的控制流程图。
其中，1.床体；2.按摩结构；3.发生器系统；31.压电材料；32.DDS模块；33.驱动电路；34.振动放大模块；35.匹配网络；36.频率检测模块；37.振动检测模块；4.控制系统；41.控制电路；42.蓝牙串口模块；43移动设备；5.预警系统；51.显示灯；52.蜂鸣器；6.供电系统；7.防护材料。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本具体实施方式提供了一种基于超声波发生器的智能按摩床，在本实施方式中，请参图1所示，智能按摩床包括床体1，床体1上设有对人体不同部位按摩的按摩结构2。
其中，如图2所示，按摩结构包括发生器系统3，发生器系统3包括按摩探头，且按摩探头内设有超声波换能器。具体的，按摩探头可以根据按摩部位的不同制成任意形状，可以充分地与人体的各部位接触并给予人体皮肤最佳的振动按摩效果。
其中，如图3所示，超声波换能器内设有压电材料31，压电材料31的输入端电连接有DDS模块32，DDS模块32的输入端电连接有驱动电路33。
在本实施例中，DDS模块32是一种频率合成器，其与传统的频率合成器相比，DDS模块32具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的关键技术之一。DDS模块32中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码；而相位累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加，得到一个相位值；正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度。进一步的，DDS模块32输出的一般是数字化的正弦波，因此还需经过高速D/A转换器和低通滤波器后才能得到一个可用的模拟频率信号。
具体的，压电材料31选用压电陶瓷，压电陶瓷将输出的电信号转换并输出为超声波振动信号，使按摩探头震动从而对人体的不同部位进行按摩。在实际使用过程中，由于压电陶瓷的压电效应是将超声波频段的高频电能转化为高谐振动的机械能，由于其随着温度、环境等多种因素导致换能器工作异常或者损坏，因此需要对于压电陶瓷的频率进行检测，其可以进一步保障系统正常工作。
压电材料31(压电陶瓷)由电信号转换为振动信号的原理是：超声波换能器主要采用大功率发射型的压电陶瓷制作，超声波换能器是一种能把高频电能转化为超声波机械能的装置，超声波换能器作为能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成超声波机械功率后传递出去，而它自身消耗很少的一部分功率。其中，压电陶瓷最大的特性是具有压电性，包括正压电性和逆压电性。正压电性是指某些电介质在机械外力作用下，介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化，从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。在外力不太大的情况下，其电荷密度与外力成正比，遵循公式：
δ为面电荷密度，d为压电应变常数，T为伸缩应力。反之，当给具有压电性的电介质加上外电场时，电介质内部正负电荷中心发生相对位移而被极化，由此位移导致电介质发生形变，这种效应称之为逆压电性。当电场不是很强时形变与外电场呈线性关系，遵循公式：
dt为逆压电应变常数，即d的转置矩阵，E为外加电场，X为应变。压电效应的强弱反映了晶体的弹性性能与介电性能之间的耦合程度，用机电耦合系数K表示，遵循公式：
u12为压电能，u1为弹性能，u2为介电能。
在本实施例中，信号传递过程中，DDS模块32把信号发生器的超声波频率稳定度、准确度提到与基准频率相同的水平，并且可以在很宽的超声波频率范围内进行精细的调节；它与基准频率之间的误差很小，可以工作在调制状态，可以产生任意波形。DDS模块32的具体原理是：DDS模块32根据奈奎斯特取样定律，从连续信号的相位出发，将正弦信号取样，编码，量化，形成一个正弦函数表并存在EPROM中，合成时通过改变相位累加器的频率字来改变相位增量，也就是步长，相位增量的不同导致一个周期内取样点的不同，在时钟频率即采样频率不变的情况下，通过相位的改变来改变频率。
因此，对于上述发生器系统3的改进，如图4所示，发生器系统3还包括调整模块，调整模块用于调整压电材料31的电信号频率大小。
具体地，调整模块包括振动放大模块34，振动放大模块34的输出端与压电材料31电连接，振动放大模块34的输入端与控制系统4电连接。DDS模块32经匹配网络35与压电材料31电连接。振动放大模块34能够将压电材料31(即超声波换能器)产生的振动幅度进一步的放大或缩小，以达到用户需要的按摩效果。通过振动放大模块34实时的对按摩结构2的功率的调节，再通过匹配网络35匹配到超声波频率，通过超声波换能器起到振动按摩作用。
同时，如图4所示，调整模块还包括频率检测模块36及振动检测模块37，频率检测模块36及振动检测模块37的输入端分别与压电材料31电连接，且频率检测模块36及振动检测模块37的输出端分别与控制系统4内的控制器电连接。频率检测模块36及振动检测模块37实时的将振动幅度数据传输到控制器，控制器根据振动幅度数据实时的判断系统是否工作异常。振动检测模块37和频率检测模块36将检测到数据实时传给控制器作为判断系统是否正常工作的依据，进一步判断是否给下述预警系统5发布预警信息，通过蓝牙传输传送给用户，用户也可以判断是否调节控制系统4。
其中，如图2所示，按摩结构3还包括控制系统4，如图4所示，控制系统4内设有与驱动电路33电连接的控制电路41。
在本实施例中，控制电路41包括控制器、继电器驱动线圈、继电器触点开关，且控制电路41的输出端与驱动电路33电连接，控制系统4用于调节、开启、关闭驱动电路33。
具体的，控制器选用树莓派4B控制器，且树莓派4B控制器还与蓝牙串口模块42电连接，用于与移动设备43(如手机、平板等)进行通讯。蓝牙串口模块42具有透传功能，能够实现控制器与移动设备43的双向通讯，通过打开移动设备43的APP软件就可查看系统工作流程，也可通过移动设备43向控制器发送调节信号，从而调整按摩的频率。在实际操作过程中，当控制器接收移动设备43发送的合理振动幅度范围设定值时，将其与振动检测模块37传递的振动幅度检测值进行比较，若检测值不在合理范围，控制器发出控制信号，通过调节振动放大模块34维持系统工作在合理范围内，若检测振动幅度在合理设定范围内，控制器不发出预警信号，发生器系统3仍旧按照原来的状态工作。
其中，控制电路41的输入端还与预警系统5电连接，预警系统5用于向控制电路41发送预警指令。图5为预警系统原理图，预警系统5包括显示灯51和蜂鸣器52，其由下述供电系统6供电，当控制系统4接收到频率检测模块36和振动检测模块37传来的数据异常时，预警系统5发出预警信息，此时显示灯51发光闪烁，蜂鸣器52发出“嗡嗡”声响，提示用户此时系统异常。
其中，作为对上述按摩结构2的改进，如图2所示，按摩结构还包括供电系统6，供电系统6用于对发生器系统3、控制系统4提供电能。供电系统6可以选用可充电式的蓄电池维护整个按摩结构2的正常用电。
其中，作为对上述按摩结构2的改进，如图1所示，按摩结构2的上部还设有防护材料7，手上防护材料用于将按摩结构与人体隔离。防护材料7可以选用防电防水材料，将防电防水材料铺在床体1上，能够保护人体免受漏电意外，同时防水材料可以保护按摩探头不受人体汗液或水珠等液体的干扰被破坏。
按摩结构2工作过程中，按摩系统3对人体不同部位按摩的过程是：首先，控制电路41将控制信号发送至驱动电路33，使驱动电路33工作；其次，DDS模块32(是一种频率合成器)产生模拟频率信号，并将模拟频率信号发送给压电材料31；最后，压电材料31经压电效应将超声波频段的高频电能转化为高谐振动的机械能，从而实现对人体的按摩。
按摩结构2工作过程中，控制系统4的控制流程如图6所示：首先，振动检测模块37及频率检测模块36实时的将振动幅度数据传输到树莓派4B控制器；其次，树莓派4B控制器根据振动幅度数据实时的判断系统是否工作异常，若正常则继续进行按摩工作，若不正常则进行预警并在一定时间范围内自动停止按摩工作；再次，树莓派4B控制器接收移动设备43发送的合理振动幅度范围设定值，将其与振动检测模块37及频率检测模块36传递的振动幅度检测值进行比较，若检测值不在合理范围，树莓派4B控制器发出控制信号，通过调节振动放大模块34维持系统工作在合理范围内，若检测振动幅度在合理设定范围内，树莓派4B控制器不发出预警信号，装置仍旧按照原来的状态工作。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能按摩装置的控制方法，所述智能按摩装置为按摩床，包括床体和按摩结构，所述按摩结构设置在床体上并对人体不同部位产生按摩作用，其特征在于，所述按摩结构包括发生器系统、控制系统和预警系统，
所述发生器系统包括按摩探头和调整模块，在所述按摩探头内设置超声波换能器，所述超声波换能器内设有压电材料，所述压电材料经匹配网络连接DDS模块，所述DDS模块的输入端电连接驱动电路；所述调整模块包括振动放大模块、振动检测模块和频率检测模块，所述振动检测模块、频率检测模块连接所述压电材料和控制系统；
所述振动检测模块实时将振动幅度数据，所述频率检测模块实时将超声波换能器频率数据传送至所述控制系统，与设定范围值进行比较，并作为预警系统是否预警的数据信息；
所述控制系统还包括蓝牙串口模块，经匹配网络将数据信息与信号信息匹配，用于与移动设备进行通讯。
2.根据权利要求1所述智能按摩装置的控制方法，其特征在于，所述控制系统包括控制器，用于接收、存储所述振动检测模块、频率检测模块实时传输的振动幅度、频率数据；所述控制器通过所述蓝牙串口模块的透传功能，实现控制器与移动设备的双向通讯。
3.根据权利要求2所述智能按摩装置的控制方法，其特征在于，所述控制器接收移动设备发送的振动幅度指令，并将其与所述振动检测模块实时传输的振动幅度检测值进行比较，若振动幅度检测值不符合振动幅度指令，所述控制器发出控制信号和预警信号，通过调节振动放大模块使得所述按摩床在合理范围内工作；若振动幅度检测值符合振动幅度指令，所述控制器不发出预警信号，所述按摩床保持原有工作状态。
4.根据权利要求2所述智能按摩装置的控制方法，其特征在于，所述移动设备安装APP软件，通过所述APP软件查看所述按摩床的工作流程与状态，并通过所述APP软件向所述控制器发送调节指令。
5.一种智能按摩装置，其为权利要求1所述的按摩床，并适用权利要求1所述的控制方法。
6.根据权利要求5所述的智能按摩装置，其特征在于，所述压电材料为压电陶瓷，所述压电陶瓷将输出的电信号转换并输出为超声波振动信号；
所述压电材料电连接所述振动放大模块的输出端，所述振动放大模块的输入端与所述控制系统连接；所述振动检测模块及所述频率检测模块的输入端分别与所述压电材料电连接，且所述振动检测模块及所述频率检测模块的输出端分别与所述控制系统内控制器电连接。
7.根据权利要求5所述的智能按摩装置，其特征在于，所述控制系统内设有与驱动电路电连接的控制电路，所述控制电路包括控制器、继电器驱动线圈、继电器触点开关，且所述控制电路的输出端与所述驱动电路电连接；所述控制系统用于调节、开启、关闭所述驱动电路。
8.根据权利要求7所述的智能按摩装置，其特征在于，所述控制器为树莓派4B控制器，且所述树莓派4B控制器还与所述蓝牙串口模块电连接，用于与移动设备进行通讯。
9.根据权利要求5所述的智能按摩装置，其特征在于，还包括供电系统，所述供电系统用于对所述发生器系统、控制系统、预警系统提供电能。
10.根据权利要求5所述的智能按摩装置，其特征在于，还包括防护材料，所述防护材料设置在所述按摩结构的上部，用于将所述按摩结构与人体隔离。
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