CN112346111A - 一种坐姿监测设备及坐姿监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种坐姿监测设备及坐姿监测的方法，包括壳体和设置在所述壳体内部的多功能模块组件，所述多功能模块组件包括控制模块、与所述控制模块电连接的超声波探测模块以及与所述控制模块电连接的人体感应模块，所述壳体上设置有至少一对超声波换能器，所述超声波换能器分别信号连接所述超声波探测模块和人体感应模块。本发明公开的一种坐姿监测设备，在具备坐姿监测功能的同时具备使用简单、监测准确、成本低以及儿童趣味性的特点。

Description

一种坐姿监测设备及坐姿监测的方法

技术领域

本发明涉及一种坐姿监测设备及坐姿监测的方法。

背景技术

现有的坐姿监测设备的种类主要有：摄像头视觉、红外感应、头戴式感应方法等。其中，摄像头坐姿监测的方法，目前采用的是视觉模式识别，检测人脸的位置和方向来判断坐姿是否正确，存在成本高、检测不准、易受光线干扰等缺点；红外感应检测坐姿的方法，目前采用红外线的物理性质来进行距离测量，存在检测面小，只能单点检测、易受光线干扰等缺点；头戴式感应检测坐姿的方法，需要佩戴使用，存在使用麻烦、检测角度受限，使用场景局限等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种坐姿监测设备及坐姿监测的方法，在具备坐姿监测功能的同时具备使用简单、监测准确、成本低的特点。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提出了一种坐姿监测设备，包括壳体和设置在所述壳体内部的多功能模块组件，其特征在于，所述多功能模块组件包括控制模块、与所述控制模块电连接的超声波探测模块以及与所述控制模块电连接的人体感应模块，所述壳体上设置有至少一对超声波换能器，所述超声波换能器分别信号连接所述超声波探测模块和人体感应模块。

作为优选，一个所述超声波换能器用于向待检测目标空间发射超声波信号；另一个所述超声波换能器用于接收反射回的反射波信号；所述人体感应模块控制所述超声波换能器发送和接收信号，并传输给所述控制模块，所述控制模块基于所述超声波信号对所述反射波信号进行信号处理以得到目标信号，根据所述目标信号检测所述待检测目标空间是否存在人体。

作为优选，一个所述超声波换能器用于向待检测目标空间发射超声波信号；另一个所述超声波换能器用于接收反射回的反射波信号，所述超声波探测模块控制所述超声波换能器发送和接收信号，并传输给所述控制模块，所述控制模块根据所述反射波信号的接收时间检测人体与所述坐姿监测设备之间的距离。

作为优选，所述壳体设置为机器人的形状，包括头部和身部，所述多功能模块组件设置在所述身部，所述头部设置有眼睛，所述超声波换能器设置与所述眼睛内。

作为优选，所述多功能模块组件还包括电连接所述控制模块的显示模块，所述身部前盖设置有电连接所述显示模块的显示屏和盖设在所述显示屏上的透明面板。

作为优选，所述多功能模块组件还包括电连接所述控制模块的声音输出模块，所述声音输出模块电连接有喇叭。

作为优选，所述壳体设置为机器人的形状，包括头部和身部，所述多功能模块组件设置在所述身部，所述头部设置有眼睛，所述超声波换能器设置与所述眼睛内。

作为优选，所述控制模块还包括电连接所述控制模块的无线传输模块，通过所述无线传输模块向手机客户端发送信息。

作为优选，所述控制模块还包括电连接所述控制模块的计时模块，通过所述计时模块计时坐姿监测周期、计时设备使用时长以及延时关闭坐姿监测设备。

另一方面，本发明提出了一种坐姿监测的方法，用于坐姿监测设备，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按键开机，语音提示进入坐姿监测模式，开始进行坐姿监测，同时计时模块和人体感应模块也开始工作。

步骤二：计时模块开始计时，每隔固定时间监测一次坐姿，当监测到“坐姿异常”时开始记录，坐姿异常或连续坐姿异常时，发出声光报警提示；同时继续监测坐姿，如坐姿回归正常，则停止报警；如坐姿持续异常，则继续发出声光报警提示，连续声光报警提示多次仍未改正，设备自动关机进入省电模式；

坐姿监测时，人体感应模块也是同时工作的，当人体离开座位超过一定时间仍未回来座位，则判断无人状态，自动关机；当人体感应模块和计时模块检测到人体在座位学习超过预设时间时，会发出声光报警，提示“注意休息”。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的坐姿监测设备利用超声波的物理性能，通过一对超声波换能器、人体感应模块以及控制模块的配合检测待检测目标空间是否存在人体，通过一对超声波换能器、超声波探测模块以及控制模块配合检测人体与所述坐姿监测设备之间的距离，使用时，只需水平放置在桌面，即可达到坐姿监测的功能，设备具备使用简单、监测准确、成本低的优点；

在本发明的一种优选方案中，壳体设置为机器人的形状，特别是小精灵机器人形状，亲和力强，在机器人的眼睛处设置超声波换能器，将功能和形状巧妙结合，在保证功能完备的基础上，提高了美观性。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1是本发明一具体实施例的坐姿监测设备立体图。

图2是本发明一具体实施例的坐姿监测设备主视图。

图3是本发明一具体实施例的坐姿监测设备后视图。

图4是本发明一具体实施例的坐姿监测设备的电路结构框图。

图5是本发明一具体实施例的坐姿监测方法的流程图。

图中所示：

1、壳体；11、头部；12、身部；121、大端；122、小端；123、按键；13、发声孔；14、耳朵；15、防滑部；2、多功能模块组件；21、控制模块；22、超声波探测模块；23、人体感应模块；24、显示模块；241、显示屏；25、声音输出模块；251、喇叭；26、状态指示输出模块；261、发光元器件；27、无线传输模块；28、计时模块；3、超声波换能器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图4所示，对应于本发明的一种较佳实施例的坐姿监测设备，包括壳体1和设置在壳体1内部的多功能模块组件2。优选的，将壳体1设置为机器人的形状，特别是小精灵机器人形状，亲和力强。具体的，壳体1包括头部11和身部12，多功能模块组件2设置在身部12，多功能模块组件2包括控制模块21、与控制模块21电连接的超声波探测模块22以及与控制模块21电连接的人体感应模块23，头部11设置有眼睛，眼睛内设置有至少一对超声波换能器3，超声波换能器3分别信号连接超声波探测模块22和人体感应模块23，在机器人的眼睛处设置超声波换能器3，将功能和形状巧妙结合，在保证功能完备的基础上，提高了美观性。

控制模块21向人体感应模块23发出感应的信号，人体感应模块23控制一个超声波换能器3向待检测目标空间发射超声波信号；控制另一个超声波换能器3接收反射回的反射波信号；人体感应模块23将接收到的反射波信号传输给控制模块21，控制模块21基于超声波信号对反射波信号进行信号处理以得到目标信号，先将超声波信号与反射波信号相乘以得到乘积信号，对乘积信号进行低通滤波以得到目标信号；根据目标信号检测待检测目标空间是否存在人体，对目标信号进行功率谱分析，以得到反射波信号的能量，当能量大于第一阈值时，确定待检测目标空间存在人体，此处所说的检测目标空间通常指书桌前方。本发明的坐姿监测设备监测对象为人体，而人体的生命体征(例如，脉搏，心跳或呼吸等等)是人体内部器官的运动，所以反射波信号相对于超声波信号会产生多普勒频移，超声波信号的相位会发生改变，从而人体的生命体征对超声波信号进行调制，在反射回的反射波信号中会携带有生命体的生命体征信号，再利用超声波信号对反射波信号进行信号处理，所得到的目标信号中包括有生命体征信号通过解调信号即可检测出待检测目标空间是否存在人体。

当感应到书桌前方存在人体后，控制模块21向超声波探测模块22发出监测信号，超声波探测模块22控制一个超声波换能器3向待检测目标空间发射超声波信号；控制另一个超声波换能器3接收反射回的反射波信号，超声波探测模块22将接收到的反射波信号传输给控制模块21，控制模块21根据反射波信号的接收时间检测人体与坐姿监测设备之间的距离，并反馈给控制模块21。当人体低头、弯腰、趴桌时，超声波探测模块22检测到的人体与坐姿监测设备之间的距离小于或大于相应预设范围时，会通知控制模块21发出相应的语音、灯光等指令。

多功能模块组件2还包括电连接控制模块21的显示模块24，身部12前盖设置有电连接显示模块24的显示屏241，设备监测的距离数据，通过显示模块24在显示屏241上显示，清楚明了。进一步的，还设置有盖设在显示屏241上的透明面板，保护显示屏241不被损害，提高使用寿命。显示屏241采用LED发光字体的显示方式，显示模块24未启动设备时看不见LED发光字体，只有设备工作需要显示内容时LED发光点阵才显示相应的内容，并透过显示屏241显示出来。

多功能模块组件2还包括电连接控制模块21的声音输出模块25，身部12或头部11开设发声孔13，对应设置有喇叭251，声音输出模块25和喇叭251电连接，喇叭251播放来自声音输出模块25的信号。声音输出模块25内存储多种语言信息，多种语言信息包括音乐信息、儿童故事和数据交流。设置语言功能使得机器人形状的坐姿监测设备更活灵活现，增加对儿童的吸引力。进一步地，本发明的声音输出模块采用了儿童声音的语音播报，并可加入一些有趣的的声音元素吸引小孩。

多功能模块组件2还包括连接控制模块21的状态指示输出模块26，头部11还包括耳朵14，耳朵为半透明材料，且内部设置有发光元器件261，发光元器件261电连接状态指示输出模块26，状态指示输出模块26控制发光元器件261发光，半透明的耳朵14也发光，提示设备正在工作中。具体的，可以设置发光元器件261闪烁，耳朵14则出现闪烁光，进一步提高了对儿童的吸引力。耳朵14采用医用硅胶等，安全无毒。发光元器件261采用LED灯等。

控制模块21还包括电连接控制模块21的无线传输模块27，通过无线传输模块27向手机客户端发送信息，实现设备的监测数据与手机进行传输交互，通过手机对监测设备进行远程的监控和管理。

为了进一步地优化本发明的使用体验，控制模块21还包括电连接控制模块21的计时模块28，所述计时模块28用于计时坐姿监测周期、计时设备使用时长以及延时关闭坐姿监测设备。通过计时模块28设定坐姿监测周期，使设备每隔固定时间监测一次坐姿；通过计时模块28设定设备使用的预设时间，当人体在作为学习超过预设时间时，发出休息提示并自动关闭设备；通过计时模块28设置延时关闭的一定时间，当坐姿监测设备检测到书桌前在设定的一定时间后无人时，自动关闭设备。

身部12后盖上设置防滑部15，防滑部15包括若干凸起。身部12包括大端121和小端122，小端122靠近头部11设置，大端121远离头部11设置，优选的，小端122连接头部11。设置大端121提高了整个设备的稳定性，依靠大端121，坐姿监测设备可以稳定的放置在台面等地方。

为了便于控制坐姿监测设备，壳体1上设置控制控制模块21动作的按键123，按下按键123，身高测量设备即进入工作状态，按键123优选设置在身部12。

如图5所示，一种坐姿监测的方法，用于坐姿监测设备，包括以下步骤：

步骤一：按键开机，语音提示进入坐姿监测模式，开始进行坐姿监测，同时计时模块28和人体感应模块23也开始工作。

步骤二：计时模块28开始计时，超声波探测模块22每隔固定时间监测一次坐姿，当人体姿势正确时，设备进入低功耗待机状态，等待下一次监测；当人体出现低头、弯腰、趴桌等一系列不正确姿势的时候，控制模块21会检测出人体与坐姿监测设备之间的距离小于或大于相应预设范围，此时监测状态为“坐姿异常”，当监测到“坐姿异常”时开始记录，坐姿异常或连续坐姿异常时，控制模块21控制声音输出模块25和状态指示输出模块26发出声光报警提示；同时继续监测坐姿，如坐姿回归正常，则停止报警；如坐姿持续异常，则继续发出声光报警提示，连续声光报警提示多次仍未改正，设备自动关机进入省电模式；

坐姿监测时，设备的人体感应模块23也是同时工作的，当人体离开座位超过一定时间仍未回来座位，则判断无人状态，自动关机；当人体感应模块23和计时模块28检测到人体在座位学习超过预设时间时，会发出声光报警，提示“注意休息”。

本发明的坐姿监测设备利用超声波的物理性能，通过一对超声波换能器、人体感应模块以及控制模块的配合检测待检测目标空间是否存在人体，通过一对超声波换能器、超声波探测模块以及控制模块配合检测人体与坐姿监测设备之间的距离，使用时，只需水平放置在桌面，即可达到坐姿监测的功能，设备具备使用简单、监测准确、成本低的优点。进一步的，坐姿监测设备设置成小精灵机器人的造型，巧妙地将功能和外观有机整合在一起，使得整个产品卡通生动有趣，生动的声音播放模块也将更加直观提醒；显示模块使得监测数据得以直观显示；无线传输模块实现设备的监测数据与手机进行传输交互，通过手机实时查看学生坐姿状态，能让家长更加方便的了解到孩子坐姿状态。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种坐姿监测设备，包括壳体和设置在所述壳体内部的多功能模块组件，其特征在于，所述多功能模块组件包括控制模块、与所述控制模块电连接的超声波探测模块以及与所述控制模块电连接的人体感应模块，所述壳体上设置有至少一对超声波换能器，所述超声波换能器分别信号连接所述超声波探测模块和人体感应模块。

2.根据权利要求1所述的坐姿监测设备，其特征在于，一个所述超声波换能器用于向待检测目标空间发射超声波信号；另一个所述超声波换能器用于接收反射回的反射波信号；所述人体感应模块控制所述超声波换能器发送和接收信号，并传输给所述控制模块，所述控制模块基于所述超声波信号对所述反射波信号进行信号处理以得到目标信号，根据所述目标信号检测所述待检测目标空间是否存在人体。

3.根据权利要求1所述的坐姿监测设备，其特征在于，一个所述超声波换能器用于向待检测目标空间发射超声波信号；另一个所述超声波换能器用于接收反射回的反射波信号，所述超声波探测模块控制所述超声波换能器发送和接收信号，并传输给所述控制模块，所述控制模块根据所述反射波信号的接收时间检测人体与所述坐姿监测设备之间的距离。

4.根据权利要求1所述的坐姿监测设备，其特征在于，所述壳体设置为机器人的形状，包括头部和身部，所述多功能模块组件设置在所述身部，所述头部设置有眼睛，所述超声波换能器设置与所述眼睛内。

5.根据权利要求4所述的坐姿监测设备，其特征在于，所述多功能模块组件还包括电连接所述控制模块的显示模块，所述身部前盖设置有电连接所述显示模块的显示屏和盖设在所述显示屏上的透明面板。

6.根据权利要求4所述的坐姿监测设备，其特征在于，所述多功能模块组件还包括电连接所述控制模块的声音输出模块，所述声音输出模块电连接有喇叭。

7.根据权利要求4所述的坐姿监测设备，其特征在于，所述多功能模块组件还包括连接所述控制模块的状态指示输出模块，所述头部还包括耳朵，所述耳朵为半透明材料，且内部设置有发光元器件，所述发光元器件电连接所述状态指示输出模块。

8.根据权利要求4所述的坐姿监测设备，其特征在于，所述控制模块还包括电连接所述控制模块的无线传输模块，通过所述无线传输模块向手机客户端发送信息。

9.根据权利要求4所述的坐姿监测设备，其特征在于，所述控制模块还包括电连接所述控制模块的计时模块，通过所述计时模块计时坐姿监测周期、计时设备使用时长以及延时关闭坐姿监测设备。

10.一种坐姿监测的方法，用于坐姿监测设备，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按键开机，语音提示进入坐姿监测模式，开始进行坐姿监测，同时计时模块和人体感应模块也开始工作。

步骤二：计时模块开始计时，每隔固定时间监测一次坐姿，当监测到“坐姿异常”时开始记录，坐姿异常或连续坐姿异常时，发出声光报警提示；同时继续监测坐姿，如坐姿回归正常，则停止报警；如坐姿持续异常，则继续发出声光报警提示，连续声光报警提示多次仍未改正，设备自动关机进入省电模式；

坐姿监测时，人体感应模块也是同时工作的，当人体离开座位超过一定时间仍未回来座位，则判断无人状态，自动关机；当人体感应模块和计时模块检测到人体在座位学习超过预设时间时，会发出声光报警，提示“注意休息”。

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