CN209712293U - 基于压力传感控制的功能沙发 - Google Patents

Abstract

本新型涉及一种基于压力传感控制的功能沙发，还包括压力传感控制电路，该控制电路包括依次电性连接的压力传感器阵列、主控芯片、电机驱动模块，以及PC终端，电源模块为压力传感器阵列、主控芯片、电机驱动模块供电，主控芯片与PC终端通讯连接；所述压力传感器阵列包括座面体压检测阵列和靠背体压检测阵列，所述座面体压检测阵列设置在沙发座架组件对应的弹性层与皮质层之间，靠背体压检测阵列设置在沙发靠背组件对应的弹性层与皮质层之间，所述电机驱动模块电性连接推杆电机。本新型基于体压分布检测得到精确的人体重力分布，通过检测座面、靠背人体重力分布得到控制指令，从而控制推杆电机移动，从而调整沙发坐姿、躺姿、仰姿的三种姿态切换。

Description

基于压力传感控制的功能沙发

技术领域

本实用新型涉及家居技术领域，特别是涉及一种基于压力传感控制的功能沙发。

背景技术

现有功能沙发通过按键开关控制沙发内置铁架实现坐姿、仰姿、躺姿三种姿态的切换。为进一步提高沙发使用便利性、舒适性，有必要对控制方式做进一步的改进，比如通过沙发内置压力传感器，感应人体接触而控制沙发姿态的调整、切换。

实用新型内容

基于此，本实用新型提供了一种基于压力传感控制的功能沙发，通过沙发内置压力传感器，感应人体接触而控制沙发姿态的调整、切换，给使用者带来更大的操控便利性和舒适性。

本实用的内容如下：一种基于压力传感控制的功能沙发，包括功能架及包覆于功能架外侧的弹性层、皮质层，所述功能架包括依次铰接的脚托组件、座架组件、靠背组件，以及推杆电机，该推杆电机固定端安装在座架组件上，推杆电机移动端与安装在脚托支架上；其特征在于，

还包括压力传感控制电路，该控制电路包括依次电性连接的压力传感器阵列、主控芯片、电机驱动模块，以及PC终端，电源模块为压力传感器阵列、主控芯片、电机驱动模块供电，主控芯片与PC终端通讯连接；所述压力传感器阵列包括座面体压检测阵列和靠背体压检测阵列，所述座面体压检测阵列设置在沙发座架组件对应的弹性层与皮质层之间，靠背体压检测阵列设置在沙发靠背组件对应的弹性层与皮质层之间，所述电机驱动模块电性连接推杆电机。

进一步的，所述主控芯片采用STM32系列单片机。

进一步的，所述弹性层从座面往里依次是海绵层、弹性绷带、弹簧，在座架组件中心位置的海绵层上表面、在靠背组件中心位置的海绵层上表面都设有凹槽，该凹槽中分别放置座面体压检测阵列和靠背体压检测阵列。

进一步的，座面体压检测阵列和靠背体压检测阵列采用导电橡胶作为传感器中的敏感单元，所述检测阵列分为上下2个板面，下板面为柔软的薄塑料印刷电路板，上板面为镶嵌有导电薄膜片的薄塑料板，上下板面之间用衬垫隔离。

进一步的，检测阵列包含64个传感触点，上板层即第一层为薄塑料层，64个传感触点位置与下板层对应，在有传感触点的位置形成凸起的鼓泡，导电橡胶形状与凸起的鼓泡大小相同，并胶粘在上板层凸起的鼓泡内；中间层即第二层是一个网状衬垫，其网孔的大小、间隔、排列都和上板层的导电橡胶单元触点的位置一一对应；下板面即印刷电路板上的传感点形成64个传感点。

所述的在座架组件中心位置的海绵层上表面设有凹槽的大小为40cm*40cm，在靠背组件中心位置的海绵层上表面设有凹槽为30cm*30cm；座面体压检测阵列和靠背体压检测阵列面积与凹槽对应。

进一步的，电机驱动模块电机的驱动电路采用H桥驱动电路，Q1、Q2、Q3、Q4这4个三极管组成4个桥臂，Q1和Q4一组，Q2和Q3一组，Q5控制Q2、Q3的导通与断开，Q6控制Q1和Q4的导通与断开，Q5、Q6连接主控单元控制。

本实用新型相对于现有技术具有如下优点:

传统的沙发控制采用按键开关控制，本实用新型基于体压分布检测得到精确的人体重力分布，通过检测座面、靠背人体重力分布就能精确得到控制指令，从而控制推杆电机移动，从而调整沙发坐姿、躺姿、仰姿的三种姿态切换。同时，还能记录当人坐在沙发，座面对人体各部分压力的大小及其分布状态，从而测量人坐时各个部分特别是关节的受力状况，通过体压分布和坐姿有着密切的联系，还能通过体压分布测量可对人的坐姿进行分析。研究坐姿体压分布测量能在临床医疗，康复等方面给病人带来福音，比如提示使用者坐姿调整、久坐提示等。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图；

图2为本实用新型沙发中内部安装的功能架结构图；

图3为检测阵列所采用的导电橡胶的压力传感器3层结构示意图；

图4为图3中鼓泡的结构示意图；

图5为H桥驱动电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2所示，一种基于压力传感控制的功能沙发，包括功能架及包覆于功能架外侧的弹性层、皮质层，所述功能架为常规现有技术，包括依次铰接的脚托组件、座架组件、靠背组件，以及推杆电机，功能架外侧包裹有木架，木架上连接弹簧、弹性绷带及海绵层，海绵层外侧包裹牛皮等皮质层。该推杆电机固定端通过横向横杆安装在座架组件上，具体是座架组件两对侧的安装侧板上，推杆电机另一端为移动端，该移动端是推杆通过连接横杆，通过横杆横向支撑在脚托支架之间。

如图1所示，功能沙发内部内置压力传感控制电路，该控制电路包括依次电性连接的压力传感器阵列100、主控芯片200、电机驱动模块300，以及外部设置的PC终端，该主控芯片200与PC终端通讯连接。电源模块400为压力传感器阵列100、主控芯片200、电机驱动模块300供电，所述压力传感器阵列100包括座面体压检测阵列110和靠背体压检测阵列120，所述座面体压检测阵列110设置在沙发座架组件对应的弹性层与皮质层之间，靠背体压检测阵列120设置在沙发靠背组件对应的弹性层与皮质层之间，所述电机驱动模块300电性连接推杆电机。

压力传感器阵列100在设计上主要解决2个问题，一是传感器材料的选择，二是如何制作传感器系统。在材料的选择上，系统用于测量坐姿体压分布，材料尽可能要柔软，厚度薄，考虑性能和价格等各方面的因素，选择导电橡胶材料作为传感器系统的敏感单元，它拥有的压力-电阻特性，即一截导电橡胶的电阻不是固定不变的，而是随着施加在它上面压力的增大(导电橡胶形变增大)电阻会显著减小。与常用的压电型材料相比，具有价格便宜，设计简单，易于实现多点测量且重复稳定性能较好等优点。

导电橡胶的力-电阻特性在一定范围内接近线性，只要测量出电阻值就可以根据其分段线性特性曲线求解出力的大小，传感器系统制作时，将单位体积的导电橡胶R作为传感器系统中的一个敏感单元来组成系统，系统分为上下2个板面，下板面为柔软的薄塑料印刷电路板，上板面为镶嵌有导电薄膜片的薄塑料板，上下板面之间用衬垫隔离。导电橡胶的压力传感器阵列100由3层构成，结构如图3所示，上板层即第一层为薄塑料层，64个传感触点位置与下板层对应，在有传感触点的位置采用热压鼓泡技术，使其位置微微凸出，然后将选好的导电橡胶切割成大小与凸起的鼓泡大小相当的圆形单元触点，将64个单元触点分别用导电胶粘在上板层凸起的鼓泡内，如图4所示，中间层即第二层是一个网状衬垫，其网孔的大小、间隔、排列都和上板层的导电橡胶单元触点的位置一一对应，防止由于导电胶粘贴不牢固而使单元触点在上板层滑动。下板面即第三层为布线层，是将传感器阵列的电路排列用银浆印刷在薄塑料板上，传感点的分布根据人体坐态体压分布的特点排列，共有64个传感点，受力梯度大的区域分布的传感点多，受力梯度小的区域分布的传感点少。将这3层用特殊胶水粘连在一起，同时，在一侧由下板层的银浆电路引出阵列线路的接头，这样，当受到外力时，上下板层之间通过上板层的导电橡胶单元触点而导通，导电橡胶的电阻随压力的变化而变化，64个引出端电压的变化反映了64个传感器单元的阻值变化，通过前面所述的检出电路即可检测到64个单元触点处压力的变化信息。将此电压信号通过A/D转换随后输入单片机，单片机通过I/O采入计算机,计算出导电橡胶上下表面间的电阻,由F-R特性曲线转换为压力，就可以得到人体的全部坐姿体压分布。

由此在PC终端获取的座面体压分布、靠背体压分布数据就能发送到单片机，从而控制推杆电机移动，进而调整沙发坐姿、躺姿、仰姿的三种姿态切换。比如比较座面体压分布、靠背体压分布变化趋势而控制沙发向躺姿调整，当然用力靠背，靠背上的压力分布加大，即向计算机发送向躺姿调整信号。沙发姿态回复的原理类似。

如图5，电机驱动模块300采用H桥驱动电路，Q1、Q2、Q3、Q4这4个三极管组成4个桥臂，Q1和Q4一组，Q2和Q3一组，Q5控制Q2、Q3的导通与断开，Q6控制Q1和Q4的导通与断开，Q5、Q6由STM32F103ZET6的GPIO口来控制，这样就能通过I/O输出的高低电平来控制四个桥臂的导通与关断，从而控制推杆电机的正反运行状态，进而推杆左右移动，推杆左右移动带动脚托组件、座架组件、靠背组件打开形成仰躺状态，或者复位形成收拢的坐姿状态。

另一个替代方案是，电机驱动模块300采用L298N芯片驱动元件，通过L298N芯片驱动元件连接推杆电机，可以有效地避免分立元件带来的电路板过于复杂的问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (8)

1.一种基于压力传感控制的功能沙发，包括功能架及包覆于功能架外侧的弹性层、皮质层，所述功能架包括依次铰接的脚托组件、座架组件、靠背组件，以及推杆电机，该推杆电机固定端安装在座架组件上，推杆电机移动端与安装在脚托支架上；其特征在于，

还包括压力传感控制电路，该控制电路包括依次电性连接的压力传感器阵列(100)、主控芯片(200)、电机驱动模块(300)，以及PC终端，电源模块(400)为压力传感器阵列(100)、主控芯片(200)、电机驱动模块(300)供电，主控芯片(200)与PC终端通讯连接；所述压力传感器阵列(100)包括座面体压检测阵列(110)和靠背体压检测阵列(120)，所述座面体压检测阵列(110)设置在沙发座架组件对应的弹性层与皮质层之间，靠背体压检测阵列(120)设置在沙发靠背组件对应的弹性层与皮质层之间，所述电机驱动模块(300)电性连接推杆电机。

2.根据权利要求1所述的功能沙发，其特征在于，所述主控芯片(200)采用STM32系列单片机。

3.根据权利要求1所述的功能沙发，其特征在于，所述弹性层从座面往里依次是海绵层、弹性绷带、弹簧，在座架组件中心位置的海绵层上表面、在靠背组件中心位置的海绵层上表面都设有凹槽，该凹槽中分别放置所述座面体压检测阵列(110)和所述靠背体压检测阵列(120)。

4.根据权利要求1或3所述的功能沙发，其特征在于，所述座面体压检测阵列(110)和所述靠背体压检测阵列(120)采用导电橡胶作为传感器中的敏感单元，所述检测阵列分为上下2个板面，下板面为柔软的薄塑料印刷电路板，上板面为镶嵌有导电薄膜片的薄塑料板，上下板面之间用衬垫隔离。

5.根据权利要求4所述的功能沙发，其特征在于，所述检测阵列包含64个传感触点，上板层即第一层为薄塑料层，64个传感触点位置与下板层对应，在有传感触点的位置形成凸起的鼓泡，导电橡胶形状与凸起的鼓泡大小相同，并胶粘在上板层凸起的鼓泡内；中间层即第二层是一个网状衬垫，其网孔的大小、间隔、排列都和上板层的导电橡胶单元触点的位置一一对应；下板面即印刷电路板上的传感点形成64个传感点。

6.根据权利要求3所述的功能沙发，其特征在于，所述的在座架组件中心位置的海绵层上表面设有凹槽的大小为40cm*40cm，在靠背组件中心位置的海绵层上表面设有凹槽为30cm*30cm；座面体压检测阵列(110)和靠背体压检测阵列(120)面积与凹槽对应。

7.根据权利要求1所述的功能沙发，其特征在于，电机驱动模块(300)采用H桥驱动电路，包括由Q1、Q2、Q3、Q4这4个三极管组成4个桥臂，Q1和Q4一组，Q2和Q3一组，Q5控制Q2、Q3的导通与断开，Q6控制Q1和Q4的导通与断开，Q5、Q6连接主控单元。

8.根据权利要求1所述的功能沙发，其特征在于，所述电机驱动模块(300)采用L298N芯片驱动元件，通过L298N芯片驱动元件连接推杆电机。