一種基于稱重傳感器的人體行為反饋裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于稱重傳感器的人體行為反饋裝置和方法。包含稱重傳感器本體、數(shù)據(jù)處理模塊和應(yīng)用裝置，稱重傳感器裝置本體包含稱重傳感器模塊，數(shù)據(jù)采集模塊和無線發(fā)射模塊，稱重傳感器模塊與數(shù)據(jù)采集模塊連接，數(shù)據(jù)采集模塊與無線發(fā)射模塊連接。數(shù)據(jù)處理模塊包含無線接收模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，無線接收模塊和數(shù)據(jù)處理模塊連接。數(shù)據(jù)處理模塊對稱重傳感器裝置本體傳送過來的信號進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)處理模塊與應(yīng)用裝置連接，數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送控制信號到應(yīng)用裝置實(shí)現(xiàn)對人體行為的反饋。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對人體行為的分析和反饋，能對人體坐姿行為進(jìn)行檢測，根據(jù)人體坐姿行為控制應(yīng)用裝置，并且該裝置由于使用無線傳輸所以不受人體行為的影響。
【專利說明】
一種基于稱重傳感器的人體行為反饋裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種人體行為裝置，尤其是涉及一種基于稱重傳感器的人體行為反饋 裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生活水平的提高，人們越來越重視自己的健康。尤其對于長期需要伏案工作 的城市白領(lǐng)和學(xué)生來說，坐姿對人體健康的影響很大，所以近年來智能化座椅已經(jīng)成為智 能家居的一個(gè)重要發(fā)展方向。因此，現(xiàn)有技術(shù)中缺少能對人體坐姿習(xí)慣分析和健康檢測等 方面進(jìn)行人體行為分析和反饋的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于稱重傳感器的 人體行為反饋裝置和方法，可實(shí)現(xiàn)人體坐姿的行為檢測，并且可以應(yīng)用于人體坐姿習(xí)慣分 析，健康檢測等方面。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] -、一種基于稱重傳感器的人體行為反饋裝置：
[0006] 裝置包含稱重傳感器本體、數(shù)據(jù)處理模塊和應(yīng)用裝置，稱重傳感器裝置本體包含 稱重傳感器模塊，數(shù)據(jù)采集模塊和無線發(fā)射模塊，稱重傳感器模塊與數(shù)據(jù)采集模塊連接，數(shù) 據(jù)采集模塊與無線發(fā)射模塊連接;數(shù)據(jù)處理模塊包含無線接收模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，無線 接收模塊和數(shù)據(jù)處理模塊連接。數(shù)據(jù)處理模塊對稱重傳感器裝置本體傳送過來的信號進(jìn)行 處理分析，數(shù)據(jù)處理模塊與應(yīng)用裝置連接，數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送控制信號到應(yīng)用裝置實(shí)現(xiàn)對 人體行為的反饋。
[0007] 所述的稱重傳感器模塊安裝在座椅的支撐腳底部，稱重傳感器裝置本體采集座椅 與地面之間的壓力數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)處理模塊對壓力數(shù)據(jù)進(jìn) 行處理，數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生反饋控制信號發(fā)送到應(yīng)用裝置，應(yīng)用裝置輸出視覺和聽覺的反 饋。
[0008] 所述的應(yīng)用裝置包括照明器件和音頻器件等用于提醒的設(shè)備。
[0009] 所述的數(shù)據(jù)處理模塊經(jīng)調(diào)節(jié)開關(guān)與照明器件連接，數(shù)據(jù)處理模塊控制調(diào)節(jié)開關(guān)的 占空比，進(jìn)而控制輸入到照明器件的電流大小。
[0010] 所述的稱重傳感器模塊包含有多個(gè)稱重傳感器，所述的數(shù)據(jù)采集模塊包含有多個(gè) 儀表放大器和帶多路ADC的微處理器，微處理器的路數(shù)和儀表放大器的數(shù)量與稱重傳感器 的數(shù)量相同，每個(gè)稱重傳感器經(jīng)各自的儀表放大器連接到微處理器對應(yīng)的輸入端口。
[0011]所述無線發(fā)射模塊和無線接收模塊之間通過高頻電磁耦合無線連接。
[0012] 二、一種基于稱重傳感器的人體行為反饋方法：
[0013] 采用所述裝置，通過座椅四角的支撐腳上的四個(gè)稱重傳感器采集座椅與地面之間 的壓力數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)處理模塊對壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所 述的數(shù)據(jù)處理模塊中對傳送過來的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，確定人體的重心位置，通過人 體的重心位置和人體特性判斷出人體的行為特征。
[0014]所述數(shù)據(jù)處理模塊中，人體重心的數(shù)據(jù)采用以下公式計(jì)算獲得：
[0017] 其中，'\￥1.1.1、'\￥1.1.2、'?1.1.3、'?1.1.4分別是稱重傳感器的質(zhì)量，1、7分別表示人體重心在 稱重傳感器中建立坐標(biāo)系下的X軸和y軸位置。
[0018] 所述數(shù)據(jù)處理模塊與應(yīng)用裝置連接起來，通過使用數(shù)據(jù)處理模塊可以有效的控制 應(yīng)用裝置。如連接照明裝置可以根據(jù)人體坐姿體調(diào)整桌面光線強(qiáng)度;如連接音頻提醒裝置 可提醒過度疲勞等情況。
[0019] 具體的可以是通過人體的重心位置確定人體前傾時(shí)，通過數(shù)據(jù)處理模塊減小臺燈 的電流大小，從而使臺燈變暗;通過人體的重心位置確定人體后傾時(shí)，通過數(shù)據(jù)處理模塊增 大臺燈的電流大小，從而使臺燈變亮。
[0020] 本發(fā)明具有的有益效果是：
[0021] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對人體行為(如前傾，后傾，左傾，右傾等）的分析和反饋，能對人體 坐姿習(xí)慣進(jìn)行檢測。該裝置可應(yīng)用于人體坐姿分析，健康檢測等方面，并且該裝置由于使用 無線傳輸所以不受人體行為的影響。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明裝置的連接結(jié)構(gòu)框圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明裝置的實(shí)施例安裝示意圖。
[0024]圖3是數(shù)據(jù)采集模塊的電路框圖。
[0025] 圖4是基于稱重傳感器的人體行為分析和應(yīng)用裝置示意圖。
[0026] 圖5是稱重傳感器與重心坐標(biāo)軸的示意圖。
[0027]圖6是稱重傳感器的原始數(shù)據(jù)圖。
[0028] 圖7是基于稱重傳感器原始數(shù)據(jù)的人體重心數(shù)據(jù)圖。
[0029] 圖8是實(shí)施例應(yīng)用裝置反饋的燈光調(diào)整和音頻提醒的流程圖。
[0030] 圖中：1、稱重傳感器裝置本體，1.1、稱重傳感器模塊，1.1.1、稱重傳感器，1.1.2、 稱重傳感器，1.1.3、稱重傳感器，1.1.4、稱重傳感器，1.2、數(shù)據(jù)采集模塊，1.2.1、儀表放大 器，1.2.2、儀表放大器，1.2.3、儀表放大器，1.2.4、儀表放大器，1.2.5、微處理器，1.3、無線 發(fā)射模塊，2、數(shù)據(jù)處理模塊，2.1、無線接收模塊，2.2、數(shù)據(jù)處理模塊，3、應(yīng)用裝置，3.1、臺 燈，3.2、喇ΒΛ，4、桌子，5、椅子。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0032] 如圖1所示，本發(fā)明包括依次連接的稱重傳感器裝置本體1，人體行為分析的數(shù)據(jù) 處理模塊2和應(yīng)用裝置3,稱重傳感器裝置本體1包含數(shù)據(jù)采集模塊1.2、無線發(fā)射模塊1.3和 多個(gè)安裝在椅子的稱重傳感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4,稱重傳感器1.1.1、1.1.2、 1.1.3、1.1.4與數(shù)據(jù)采集模塊1.2的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集模塊1.2的輸出端經(jīng)無線發(fā)射模 塊1.3與數(shù)據(jù)處理模塊2無線通信連接;數(shù)據(jù)處理模塊2包含無線接收模塊2.1和數(shù)據(jù)處理模 塊2.2，數(shù)據(jù)處理模塊2.2通過無線接收模塊2.1接收稱重傳感器裝置本體1傳送過來的信號 進(jìn)行處理分析，數(shù)據(jù)處理模塊2.2與應(yīng)用裝置3連接，數(shù)據(jù)處理模塊2.2發(fā)送控制信號到應(yīng)用 裝置3通過照明器件和音頻器件等用于提醒的設(shè)備的對人體行為產(chǎn)生反饋。
[0033]數(shù)據(jù)處理模塊2.2經(jīng)調(diào)節(jié)開關(guān)與應(yīng)用裝置3連接，數(shù)據(jù)處理模塊2.2控制調(diào)節(jié)開關(guān) 的占空比，進(jìn)而控制輸入到應(yīng)用裝置的電流大小。
[0034] 數(shù)據(jù)采集模塊1.2包含有多個(gè)儀表放大器1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4和帶多路ADC 的微處理器1.2.5，微處理器1.2.5的路數(shù)和儀表放大器的數(shù)量均與稱重傳感器1.1.1、 1.1.2、1.1.3、1.1.4的數(shù)量相同，每個(gè)稱重傳感器經(jīng)各自的儀表放大器連接到微處理器 1.2.5對應(yīng)的輸入端口。
[0035]無線發(fā)射模塊1.3通過產(chǎn)生高頻交變磁場將數(shù)據(jù)發(fā)射出去，無線接收模塊2.1通過 從高頻交變磁場感受電壓獲得數(shù)據(jù)，然后無線接收模塊2.1通過USB與數(shù)據(jù)處理模塊2.2(如 計(jì)算機(jī))連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取。
[0036]本發(fā)明的具體實(shí)施例及其實(shí)施過程如下：
[0037]稱重傳感器采用高精度50Kg壓力稱重傳感器，技術(shù)指標(biāo)如表1所示，儀表放大器采 用INA128,帶4路ADC的微處理器采用STM8S105K4,無線發(fā)射模塊采用NRF24L01，無線接收模 塊采用NRF24L01。
[0038]表1
[0040]如圖2所示，人的座椅具有四個(gè)支撐腳，座椅的四個(gè)支撐腳底部安裝有四個(gè)稱重傳 感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4，稱重傳感器裝置本體1采集座椅四角與地面之間的壓力數(shù) 據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理模塊2中分析處理，數(shù)據(jù)處理模塊2產(chǎn)生反饋控制信號發(fā)送到應(yīng)用裝置3， 應(yīng)用裝置3輸出視覺和聽覺的反饋提醒坐在座椅上的人進(jìn)行坐姿調(diào)整。因此，數(shù)據(jù)采集模塊 1.2中包含有4個(gè)儀表放大器1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4,微處理器1.2.5帶4路ADC，如圖3所 不。
[0041 ]稱重傳感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4的輸出數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集模塊1.2的儀表 放大器1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4進(jìn)行放大，數(shù)據(jù)采集模塊1.2的帶4路ADC的微處理器 1.2.5對儀表放大器1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行ADC采樣，然后由無線發(fā)射 模塊1.3通過產(chǎn)生高頻交變磁場將數(shù)據(jù)發(fā)射出去，人體行為分析數(shù)據(jù)處模塊2的無線接收模 塊2.1通過從高頻交變磁場感受電壓獲得數(shù)據(jù)，通過USB發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊2.2。
[0042]如圖4所示，實(shí)施例的應(yīng)用裝置3采用臺燈3.1和喇叭3.2，數(shù)據(jù)處理模塊2.2與臺 燈、喇叭連接起來，通過使用數(shù)據(jù)處理模塊2.2可以有效的控制應(yīng)用裝置。
[0043] 如圖5所示，以稱重傳感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4為基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系，傳感器 1.1.1、1.1.3之間的連線作為坐標(biāo)軸的X軸，傳感器1.1.2、1.1.4之間的連線作為坐標(biāo)軸的y 軸，X軸和y軸的交點(diǎn)為原點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集模塊對稱重傳感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4的數(shù)據(jù) 進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)處理模塊得到的稱重傳感器1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4的原始數(shù)據(jù)如圖6所 示。通過數(shù)據(jù)處理模塊對原始處理進(jìn)行如下處理，得到人體重心的數(shù)據(jù)如圖7所示。
[0046]其中 W1.1.1、W1.1.2、W1.1.3、W1.1.4 分別是稱重傳感器 1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4 的質(zhì) 量。
[0047]由于人坐在椅子上，雙腿朝前，所以在正常坐姿下，人體的重心朝前，且在X軸和y 軸的角平分線上，當(dāng)人體前傾時(shí)，重心沿X軸和y軸角平分線的正向移動，當(dāng)人體后傾時(shí)，重 心沿X軸和y軸角平分線的反向移動；當(dāng)人體左傾時(shí)，重心向X軸和y軸角平分線的左側(cè)移動， 人體右傾時(shí)，重心向X軸和y軸角平分線的右側(cè)移動。
[0048] 從圖7中可以看出，人體的行為動作開始的時(shí)候?yàn)榍皟A，然后由前傾變換為后傾， 其次由后傾變換為左傾，最后由左傾變換為右傾。通過以上分析可以看出，通過數(shù)據(jù)處理模 塊確定人體的重心位置，可以實(shí)現(xiàn)人體行為特征的分析。
[0049] 如圖8所示，當(dāng)人體前傾時(shí)，通過數(shù)據(jù)處理模塊減小臺燈的電流大小，從而使臺燈 變暗，從而保護(hù)人的眼睛，同理，當(dāng)人體后傾時(shí)，通過數(shù)據(jù)處理模塊增大臺燈的電流大小，從 而使臺燈變亮，保護(hù)人的眼睛。當(dāng)人體長時(shí)間處于前傾，后傾，左傾，右傾時(shí)，數(shù)據(jù)處理模塊 會觸發(fā)喇叭開關(guān)，發(fā)出報(bào)警提醒當(dāng)前處于長時(shí)間不健康坐姿狀態(tài)，當(dāng)恢復(fù)正常坐姿后，報(bào)警 關(guān)閉。
[0050] 如圖8所示，數(shù)據(jù)處理模塊通過燈光調(diào)整模塊和音頻提醒模塊實(shí)現(xiàn)對燈光的調(diào)整 以及音頻提醒的控制。具體實(shí)施中，是通過控制調(diào)節(jié)開關(guān)的占空比，進(jìn)而控制輸入到臺燈和 喇叭的電流大小，從而控制臺燈明暗和喇叭音量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于稱重傳感器的人體行為反饋裝置，其特征在于： 包含稱重傳感器本體（1)、數(shù)據(jù)處理模塊(2)和應(yīng)用裝置(3)，稱重傳感器裝置本體（1) 包含稱重傳感器模塊（I. 1)，數(shù)據(jù)采集模塊（1.2)和無線發(fā)射模塊（1.3)，稱重傳感器模塊 (1.1) 與數(shù)據(jù)采集模塊連接(1.2)，數(shù)據(jù)采集模塊(1.2)與無線發(fā)射模塊連接(1.3);數(shù)據(jù)處 理模塊(2)包含無線接收模塊(2.1)和數(shù)據(jù)處理模塊(2.2)，無線接收模塊(2.1)和數(shù)據(jù)處理 模塊(2.2)連接。數(shù)據(jù)處理模塊(2.2)對稱重傳感器裝置本體（1)傳送過來的信號進(jìn)行處理 分析，數(shù)據(jù)處理模塊(2.2)與應(yīng)用裝置(3)連接，數(shù)據(jù)處理模塊(2.2)發(fā)送控制信號到應(yīng)用裝 置(3)實(shí)現(xiàn)對人體行為的反饋。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于稱重傳感器的人體行為反饋裝置，其特征在于： 所述的稱重傳感器模塊（1.1)安裝在座椅的支撐腳底部，稱重傳感器裝置本體（1)采集 座椅與地面之間的壓力數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理模塊(2)，數(shù)據(jù)處理模塊（2)的數(shù)據(jù)處理模塊 (2.2) 對壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)處理模塊(2.2)產(chǎn)生反饋控制信號發(fā)送到應(yīng)用裝置(3)，應(yīng) 用裝置(3)輸出視覺和聽覺的反饋。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于稱重傳感器的人體行為反饋裝置和方法，其特征在 于:所述的應(yīng)用裝置(3)包括照明器件(3.1)和音頻器件(3.2)等用于提醒的設(shè)備。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于稱重傳感器的人體行為反饋裝置，其特征在于:所述 的數(shù)據(jù)處理模塊(2.2)經(jīng)調(diào)節(jié)開關(guān)與照明器件(3.1)連接，數(shù)據(jù)處理模塊(2.2)控制調(diào)節(jié)開 關(guān)的占空比，進(jìn)而控制輸入到照明器件(3.1)的電流大小。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于稱重傳感器的人體行為反饋裝置，其特征在于:所述 的稱重傳感器模塊(1.1)包含有多個(gè)稱重傳感器(1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4)，所述的數(shù)據(jù) 采集模塊(1.2)包含有多個(gè)儀表放大器(1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4)和帶多路ADC的微處理 器（1.2.5)，微處理器（1.2.5)的路數(shù)和儀表放大器的數(shù)量與稱重傳感器（1.1.1、1.1.2、 1.1.3、1.1.4)的數(shù)量相同，每個(gè)稱重傳感器經(jīng)各自的儀表放大器連接到微處理器（1.2.5) 對應(yīng)的輸入端口。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于稱重傳感器的人體行為反饋裝置，其特征在于： 所述無線發(fā)射模塊(1.3)和無線接收模塊(2.1)之間通過高頻電磁耦合無線連接。7. -種基于稱重傳感器的人體行為反饋方法，其特征在于:采用權(quán)利要求2所述裝置， 通過座椅四角的支撐腳上的四個(gè)稱重傳感器(1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4)采集座椅與地面 之間的壓力數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理模塊(2)，數(shù)據(jù)處理模塊(2)的數(shù)據(jù)處理模塊(2.2)對壓力 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所述的數(shù)據(jù)處理模塊(2.2)中對傳送過來的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，確定人 體的重心位置，通過人體的重心位置和人體特性判斷出人體的行為特征。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于稱重傳感器的人體行為反饋方法，其特征在于:所述 數(shù)據(jù)處理模塊中，人體重心的數(shù)據(jù)采用以下公式計(jì)算獲得：其中，'?1.1.1、'\￥1.1.2、'?1.1.3、'?1.1.4分別是稱重傳感器（1.1.1、1.1.2、1.1.3、1.1.4)的質(zhì)量， x、y分別表示人體重心在稱重傳感器中建立坐標(biāo)系下的X軸和y軸位置。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于稱重傳感器的人體行為反饋方法，其特征在于:通過 人體的重心位置確定人體前傾時(shí)，通過數(shù)據(jù)處理模塊減小臺燈的電流大小，從而使臺燈變 暗;通過人體的重心位置確定人體后傾時(shí)，通過數(shù)據(jù)處理模塊增大臺燈的電流大小，從而使 臺燈變亮。
【文檔編號】G01M1/12GK106017798SQ201610321572
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】張美 , 張彥斌, 范騰龍, 葉生喧, 皇甫江濤, 冉立新
【申請人】浙江大學(xué)