CN112530141A - 一种基于tof传感器的不良坐姿监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,其技术方案要点是:步骤1:将TOF传感器安装在靠近读写者的桌子边沿,并将TOF传感器的位置校正朝下,TOF传感器测量并输出桌面和座位面之间的高度差N‑S,读写者调整座位面和桌子面的高度差N‑S,N‑S的数值范围22‑33cm;步骤2:TOF传感器的位置校正在朝上测量的方位;调整TOF传感器检测角度θ,之间添加一拳距离;步骤3:TOF传感器采集坐姿状态下读写者下巴到桌面的距离X;步骤4:微处理器分析出检测值X小于坐姿参考阀值X1,与微处理器连通的输出组件发出1号报警信号,应用TOF传感器,检测传感器到下巴的距离,对比数据库中的阀值,判断读写者的坐姿是否正确,并发出警报提醒读写者,有利于改善因不良坐姿造成的疾病,并收集数据建立坐姿大数据模型,给出合理化建议。
Description
技术领域
本发明涉及行为识别领域,更具体地说,它涉及一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法。
背景技术
在日常工作和学习中,坐姿是维持时间最长的姿势。相对其他姿势而言,坐姿消耗能量小使人不易疲惫且方便办公和学习,但是长期保持不当坐姿则会给人体健康带来严重的危害。据调查显示,不当的坐姿使脊椎长时间处于屈曲位或某些特定体位,脊椎椎间盘内的压力增高,也会使脊椎部的肌肉韧带长期处于非协调受力状态而发生侧弯,引发驼背现象。
目前我国已有4亿多近视患者,其中青少年中近视率不断提升,其中很大程度上由于他们没有重视这样的问题,课业以及学习的压力让青少年不得不长时间的使用眼睛。
更为严重的是因为不良的坐姿容易导致青少年近视,目前我国已有4亿多近视患者,其中青少年中近视率不断提升;更为严重的是,近视的危害是不可逆的,高度近视也容易引发各类的眼部疾病,甚至影响正常生活。
TOF传感器通过反射可以精准的测量检测物的距离,利用TOF传感器的精确测量能力来监测人们的坐姿是十分迫切的市场需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,应用TOF传感器,检测读写者的下巴距离传感器距离来判断坐姿是否正确,检测传感器到下巴的距离,对比数据库中的阀值,判断读写者的坐姿是否正确,并发出警报提醒读写者,有利于从源头改善颈椎、腰椎、近视等因不良坐姿造成的疾病。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,包括步骤:
步骤1:选择将TOF传感器的高度差N-S测量模式,传感器安装在靠近读写者的桌子边沿,并将TOF传感器的位置校正朝下,TOF传感器测量并输出桌面和座位面之间的高度差N-S,读写者调整座位面和桌子面的高度差N-S,N-S的数值范围22-33cm;
步骤2:TOF传感器的位置校正在朝上测量的方位;调整TOF传感器检测角度θ,θ为15-27度,选择将TOF传感器的坐姿状态下读写者下巴到桌面的X测量模式;
步骤3:TOF传感器采集X;
微处理器分析出检测值X小于坐姿参考阀值X1,X1的范围17.9-40cm cm,与微处理器连通的输出组件发出1号报警信号。
通过采用上述技术方案,TOF传感器可以采用新一代的VL53L1,其检测准确度更加高,TOF传感器放置一侧正前方的桌子边沿。
因为读写者和桌子具有一拳的间隔,故TOF传感器垂直向发生信号和读写者下巴接触机会较少,故将TOF传感器偏移一定角度θ,来提升TOF传感器数据监测效率;
θ的角度范围是根据坐姿状态下,人体胸部和桌子边沿边具有一拳的间隔距离来调整设置的,θ的角度的过大或过小都会导致检测数据不精准。
本方法的核心是,将检测的下巴到桌面的最短距离X,将X和阀值X1对比,X小于阀值X1则表示读写者的头部太靠近桌面,并发出1号报警信号,提醒读写者改进姿势,以提醒用户避免用眼过近或者坐姿不正确所产生的身体健康风险。
故以本设计中阀值X1的取值范围可以有效预警读写者的坐姿是否规范。
采用下巴到桌面的距离作为基础数据原因在于,因为下巴的小幅度摆动能够直接反应颈椎和腰椎的弯曲程度,其检测数据精度更加准确,这也是本方法中用检测距离X作为运算基础的根本原因。本设计中主要检测人体的胸部和桌沿在1拳头间距时的各个数据。
优选的,步骤1中,微处理器连接有输入组件,读写者输入身高H,
微处理器中包含身高H(cm)和N-S(cm)理论值的逻辑关系式1:
当H>180.5,N-S=33;
当173.5<H≤180.5,N-S=32;
当165.5<H≤173.5,N-S=31;
当158.5<H≤165.5,N-S=30;
当150.5<H≤158.5,N-S=29;
当143.5<H≤150.5,N-S=28;
当135.5<H≤143.5,N-S=27;
当128.5<H≤135.5,N-S=26;
当120.5<H≤128.5,N-S=25;
当113.5<H≤120.5,N-S=23;
当H≤113.5,N-S=22;
微处理器根据逻辑关系式1输出N-S的理论值。
通过大数据人员的标准坐姿下,采集N-S的数据,在根据身高进行归类总结,得出数据关系,按照本数据,使得检测人员在坐的时候,桌子的高度和检测这下巴的间距在一个标准的范围,是的坐姿检测的结果更加精准;高H(cm)和N-S(cm)数据引用GB/T 3976-2014《学校课桌椅功能尺寸及技术要求》。
优选的,步骤3中还包括步骤:
微处理器判断TOF传感器探测距离X,
若X>60cm,微处理器控制TOF传感器进入长休眠模式,长休眠模式进行连续重复检测X,重复检测的间隔周期为第一单位时长。
通过采用上述技术方案,本设计是节能效果,TOF传感器检测的距离大于60cm,则表示座位没有人,整个装置处于长休眠状态,第一单位时长可以是60秒或120秒。
优选的,步骤3中还包括步骤:
若X<60cm,TOF传感器将进行短休眠模式,短休眠模式连续重复检测X,重复检测的间隔周期为第二单位时长的短休眠;
当连续10次检测得出X>X1,微处理器控制TOF传感器进行长休眠模式,第一单位时长大于第二单位时长。
通过采用上述技术方案,当检测到的距离小于60cm,TOF传感器就进行短休眠的重复探测X,第二单位时长可以是10秒或20秒等,直到连续探测10次均是X>X1的结果,整个装置再次处于长休眠的低功率状态。
优选的,步骤3中还包括步骤:
微处理器中包含以下身高H(cm)和X1(cm)理论值的逻辑关系式2:
当H>180.5,X1=39.9
当173.5<H≤180.5,X1=37.8;
当165.5<H≤173.5,X=34.75;
当158.5<H≤165.5,X1=32.73;
当150.5<H≤158.5,X1=29.5;
当143.5<H≤150.5,X1=27.6;
当135.5<H≤143.5,X1=25.5;
当128.5<H≤135.5,X1=24.4;
当120.5<H≤128.5,X1在=23.2;
当113.5<H≤120.5,X1在=22.3;
当H≤113.5,X1=17.9;
微处理器以逻辑关系式2得出的X1理论值。
通过采用上述技术方案,通过大数据人员的标准坐姿下,采集X1的数据,在根据身高进行归类总结,得出数据关系,按照本数据可以测量不同身高人员的坐姿是否符合标准。
优选的,步骤3:输出组件连通有无线网关或无线通讯模块;
输出组件通过无线网关以日志的模式向云端数据库上传检测值X,云端数据库连接有移动终端;
输出组件通过无线通讯模块连接移动终端,并由移动终端上传检测值X至云端数据库。
通过采用上述技术方案,本方是可以将检测数据上传至云端数据库,并且动过移动终端可以随时调用和查看。
无线通讯模块可以通过应用Bluetooth、WIFI等智能手机兼容的无线电射频通讯技术,实现数据上传云端,实现实时提醒、网络管理等。
无线网关为嵌入式专用设备,安装于教室中,用于教室中所有“护眼产品”的伺服,用于中继所有广播数据、数据日志等到云端服务器。“无线网关”具备“微处理器”、“后备电源”、“无线电收发模块”、“4G/5G/NB-IoT等互联网连接模块”,它可收集、缓冲、压缩、打包、批量上传数据到云端。“无线网关”为可选设备,透过教师的专用APP客户端,也可以将数据中继上传到云端。
优选的,步骤3中包括:
微处理器连通有环境光检测器,环境光检测器的检测点朝上设置,环境光检测器采集环境中包括照度值、色温、频闪和显色指数在内的光源信息;
微处理器提取光源信息,并且比对光源信息和正常阈值范围;
若是光源信息处于正常阈值范围则输出正常信号;
若是光源信息偏离正常阈值范围,则输出偏离控制信号,并通过所述输出组件输出2号报警信号,2号报警信号上传至云端数据库。
通过采用上述技术方案,应用环境光传感器,检测读写者的照明光源品质(教室、家庭照明),包含照度、色温、频闪、显色指数等,提醒读写者光源条件,可以减少读写者因为光源因数不良而造成的近似问题。并且环境光检测器的检测点朝上设置,可以检测从上方光源射出的逆光,因为相对于光源信息采集,逆光信息采集的准确度更加高。
优选的,步骤1中,TOF传感器连接有角度调整器,角度调整器能够调节所述TOF传感器的检测角度θ。
通过采用上述技术方案,读写可以通过调整角度调整器控制角度θ。
优选的,步骤2中,读写者的胸口和桌子边沿保持间隔,间隔的范围为5.4-8.2cm
综上所述,本发明具有以下有益效果:
应用TOF传感器,检测使用者的坐姿是否正确,防止坐姿不正。
应用环境光传感器,检测使用者的照明光源品质(教室、家庭照明),包含照度、色温、频闪、显色指数等。
应用Bluetooth、WIFI等智能手机兼容的无线电射频通讯技术,实现数据上传云端,实现实时提醒、网络管理等。
同时采集影响近视三大因素读写姿态、环境光和读写时长的数据,分别提醒管理,帮助预防近视;
将影响近视三大因素和视力关联,并进行模型分析,从而找出针对不同个体的关键影响因素,从而针对性预防;
将以上三大因素所形成的用眼习惯发送至云端,从而使监管人(如家长、老师)能够实时掌握青少年的用眼习惯并帮助其维持或纠正。
本文件中运算关系式中单位均是厘米。≤表示小于等于的意思。
附图说明
图1是实施例中坐姿状态下距离N、X和S,以及θ角的测量位置示意图;
图2是实施例中流程示意图;
图3是实施例中模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
A的眼睛到读写物的约定俗成距离33.3cm。
B为眼到读写物的水平距离,B的数值为21mm,最小标准纸A5的长度为21mm;
C为眼到下巴的垂直距离,C的数值范围为7.9-9.4cm;
实施例,一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,参照图1、图2和图3,包括如下步骤:
步骤1:微处理器连接有输入组件,读写者通过输入组件或移动终端输入身高H,之后,读写者通过输入组件或移动终端选择对N-S测量模块,也就是1模块,
微处理器中包含身高H(cm)和N-S(cm)理论值的逻辑关系式1:
当H>180.5,N-S=33;
当173.5<H≤180.5,N-S=32;
当165.5<H≤173.5,N-S=31;
当158.5<H≤165.5,N-S=30;
当150.5<H≤158.5,N-S=29;
当143.5<H≤150.5,N-S=28;
当135.5<H≤143.5,N-S=27;
当128.5<H≤135.5,N-S=26;
当120.5<H≤128.5,N-S=25;
当113.5<H≤120.5,N-S=23;
当H>113.5,N-S=22;
微处理器根据逻辑关系式1输出N-S的理论值。
步骤1接下来操作:
将TOF传感器安装在靠近读写者的桌子边沿,TOF传感器连接有角度调整器,通过角度调整器将TOF传感器的位置校正朝下,TOF传感器测量并输出桌面和座位面之间的高度差N-S,读写者调整座位面和桌子面的高度使得N-S达到N-S的理论值。
到此处桌椅的位置调整结束,当然在其他实施例中,TOF传感器可以预设一个N-S的理论值,使得TOF传感器为一个特定身高人员的专用检测设备。
步骤2:TOF传感器的位置校正在朝上测量的方位;调整TOF传感器检测角度θ,θ为16度;读写者的胸口和桌子边沿保持间隔6cm。TOF传感器通过输入组件或移动终端选择坐姿测量模块,也就是2模块。
步骤3:采集坐姿状态下读写者下巴到桌面的距离X;
微处理器判断TOF传感器探测距离X,
若X>60cm,表示座位上无人,微处理器控制TOF传感器进入长休眠模式,长休眠模式进行连续重复检测X并且和X1对比,重复检测的间隔周期为第一单位时长,第一单位时长为60秒;长休眠期间以60秒的第一单位时长间隔对X进行重复探测,直到检测出的X<60cm之后,进行以下步骤:
当X<60cm,TOF传感器将检测出X,X和阀值X1对比,如果X<X1,与微处理器连通的输出组件发出1号报警信号,TOF传感器将进行短休眠模式,短休眠模式连续重复检测X并且和X1对比,重复检测的间隔周期为第二单位时长的短休眠模式,第二单位时长为10秒;第一单位时长时间相对第二单位时长要长,故长休眠模式耗能较少,处于低功耗状态;
在短休眠模式期间,当连续10次检测得出X>X1,微处理器控制TOF传感器进行长休眠模式。
步骤3中还包括步骤:
微处理器中包含以下身高H(cm)和X1(cm)理论值的逻辑关系式2:
当H>180.5,X1=39.9
当173.5<H≤180.5,X1=37.8;
当165.5<H≤173.5,X=34.75;
当158.5<H≤165.5,X1=32.73;
当150.5<H≤158.5,X1=29.5;
当143.5<H≤150.5,X1=27.6;
当135.5<H≤143.5,X1=25.5;
当128.5<H≤135.5,X1=24.4;
当120.5<H≤128.5,X1在=23.2;
当113.5<H≤120.5,X1在=22.3;
当H为H<113.5,X1=17.9;
微处理器以逻辑关系式2得出的X1理论值;
步骤3还同步:输出组件连通有无线网关或无线通讯模块;
输出组件通过无线网关以日志的模式向云端数据库上传检测值X,云端数据库连接有移动终端;
输出组件通过无线通讯模块连接移动终端,并由移动终端上传检测值X至云端数据库。
步骤3中还同步包括:
微处理器连通有环境光检测器,环境光检测器的检测点朝上设置,环境光检测器采集环境中包括照度值、色温、频闪和显色指数在内的光源信息;
微处理器提取光源信息,并且比对光源信息和正常阈值范围;
若是光源信息处于正常阈值范围则输出正常信号;
若是光源信息偏离正常阈值范围,则输出偏离控制信号,并通过所述输出组件输出2号报警信号,2号报警信号上传至云端数据库。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,其特征是:包括步骤:
步骤1:选择将TOF传感器的高度差N-S测量模式,传感器安装在靠近读写者的桌子边沿,并将TOF传感器的位置校正朝下,TOF传感器测量并输出桌面和座位面之间的高度差N-S,读写者调整座位面和桌子面的高度差N-S,N-S的数值范围22-33cm;
步骤2:TOF传感器的位置校正在朝上测量的方位;调整TOF传感器检测角度θ,θ为15-27度,选择将TOF传感器的坐姿状态下读写者下巴到桌面的X测量模式;
步骤3:TOF传感器采集X;
微处理器分析出检测值X小于坐姿参考阀值X1,X1的范围17.9-40cm,与微处理器连通的输出组件发出1号报警信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,其特征是:步骤1中,微处理器连接有输入组件,读写者输入身高H,
微处理器中包含身高H(cm)和N-S(cm)理论值的逻辑关系式1:
当H>180.5,N-S=33;
当173.5<H≤180.5,N-S=32;
当165.5<H≤173.5,N-S=31;
当158.5<H≤165.5,N-S=30;
当150.5<H≤158.5,N-S=29;
当143.5<H≤150.5,N-S=28;
当135.5<H≤143.5,N-S=27;
当128.5<H≤135.5,N-S=26;
当120.5<H≤128.5,N-S=25;
当113.5<H≤120.5,N-S=23;
当H≤113.5,N-S=22;
微处理器根据逻辑关系式1输出N-S的理论值。
3.根据权利要求2所述的一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,其特征是:步骤3中还包括步骤:
微处理器判断TOF传感器探测距离X,
若X>60cm,微处理器控制TOF传感器进入长休眠模式,长休眠模式进行连续重复检测X,重复检测的间隔周期为第一单位时长。
4.根据权利要求3所述的一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,其特征是:步骤3中还包括步骤:
若X<60cm,TOF传感器将进行短休眠模式,短休眠模式连续重复检测X,重复检测的间隔周期为第二单位时长的短休眠模式;
当连续10次检测得出X>X1,微处理器控制TOF传感器进行长休眠模式,第一单位时长大于第二单位时长。
5.根据权利要求4所述的一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,其特征是:步骤3中还包括步骤:
微处理器中包含以下身高H(cm)和X1(cm)理论值的逻辑关系式2:
当H>180.5,X1=39.9
当173.5<H≤180.5,X1=37.8;
当165.5<H≤173.5,X=34.75;
当158.5<H≤165.5,X1=32.73;
当150.5<H≤158.5,X1=29.5;
当143.5<H≤150.5,X1=27.6;
当135.5<H≤143.5,X1=25.5;
当128.5<H≤135.5,X1=24.4;
当120.5<H≤128.5,X1在=23.2
当113.5<H≤120.5,X1在=22.3;
当H≤113.5,X1=17.9;
微处理器以逻辑关系式2得出的X1理论值。
6.根据权利要求1所述的一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,其特征是:
步骤3:输出组件连通有无线网关或无线通讯模块;
输出组件通过无线网关以日志的模式向云端数据库上传检测值X,云端数据库连接有移动终端;
输出组件通过无线通讯模块连接移动终端,并由移动终端上传检测值X至云端数据库。
7.根据权利要求2所述的一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,其特征是:
步骤3中包括:
微处理器连通有环境光检测器,环境光检测器的检测点朝上设置,环境光检测器采集环境中包括照度值、色温、频闪和显色指数在内的光源信息;
微处理器提取光源信息,并且比对光源信息和正常阈值范围;
若是光源信息处于正常阈值范围则输出正常信号;
若是光源信息偏离正常阈值范围,则输出偏离控制信号,并通过所述输出组件输出2号报警信号,2号报警信号上传至云端数据库。
8.根据权利要求1所述的一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,其特征是:步骤1中,TOF传感器连接有角度调整器,角度调整器能够调节所述TOF传感器的检测角度θ。
9.根据权利要求1所述的一种基于TOF传感器的不良坐姿监测方法,其特征是:步骤2中,读写者的胸口和桌子边沿保持间隔,间隔的范围为5.4-8.2cm。
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