CN111053539A - 一种人体部位弯曲程度监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体部位弯曲程度监测装置，包括信号采集贴片和带有蓝牙模块的吊坠式主机。该装置属于可穿戴设备，可采集人体多部位弯曲程度数据，为改变坏习惯和健康提醒提供精确数据。尤其所述信号采集贴片，采用应变片为核心监测元件，并配合高增益放大电路，高精度模数转换模块，保证了其数据的准确性。所述吊坠式主机配有蓝牙模块，可输出实时监测数据，供其他智能设备接收、以开发更多健康功能。本装置体积小巧，便于佩戴，所述信号采集贴片便于更换，方便人体多部位使用，如颈椎，背部，关节等。本装置适用人群广泛，可对白领，学生坐姿监测和提醒，保持健康；也可对专业舞蹈者练习保持舞姿监测和提醒，提高练习的效率。

Description

一种人体部位弯曲程度监测装置

技术领域

本发明涉及可穿戴、实时监测人体各个部位弯曲程度并报警技术领域，并为其他智能设备（如智能手机、智能手表、智能健康设备等）提供人体各部位弯曲程度的数据源。

背景技术

目前，可穿戴设备处于发展阶段，智能设备可以处理更多关系人体健康的更多数据，而人体表面弯曲程度的数据尤其重要，例如颈部，背部，腰部，手腕，脚腕的弯曲程度对人的健康、工作、生活都是至关重要的。人良好的坐姿，站姿，专业舞蹈的舞姿等也都需要特殊练习和保持特定部位的弯曲度，这也可以通过本装置来辅助完成。尤其青少年成长过程中需要适当提示才能更好的养成良好习惯；

目前市面上出现的驼背报警器，属于类似的设备，并且只可监测背部弯曲程度。其中有的装置较大，需要布满大部分背部，佩戴和摘取复杂，会造成佩戴者的舒适度降低和不方便；其中有的装置，采集信号的为几个的类似开关通断信号，不是连续精确数值且容易产生误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种可穿戴的监测人体各部位弯曲程度的装置，能够对人体大部分可弯曲部位、关节实时精确监测，并在一定范围内声音、震动报警，其报警范围和灵敏度可调，以适用于人体更多的部位。并且监测数据值通过蓝牙串口通讯，向其他智能设备提供原始监测数据，以备开发更多功能。

本发明采用的技术方案为：

一种人体部位弯曲程度监测装置，包括信号采集贴片和吊坠式主机。

所述信号采集贴片大小不等，可为1cm*1cm至10cm*10cm之间，由检测部位确定，例如颈部可选用小面积采集贴片，背部可选用面积相对较大的采集贴片。由于人体部位发生弯曲时具有联动的特点，只需要采集小部分该部位区域数据，即可判断整个部位的弯曲程度，比如背部驼背发生弯曲，只需要采集2cm*2cm小部分背部弯曲程度数据，对采集数据值处理，即可做出相应驼背程度映射。所以信号采集贴片大小非常灵活。

所述信号采集贴片结构简单、成本低廉，为可更换损耗品。其结构主要为三层，上层为PET薄片，中间层为应变片，底层为贴面层。

所述上层PET薄片，是0.3mm厚的食品级塑料材质，可以弯曲，为整个采集贴片提供强度和韧性。

所述中间层应变片，为现有电阻元件，形变后阻值产生规律变化，引出两根导线端，与主机相连。

所述底层贴片层有两种材质，一种贴面层为硅胶材质（此为现有材料，广泛用于按摩仪电极贴片，可反复取摘使用20次左右），可直接贴于皮肤，该材质的贴片便于临时使用和取摘停用，使用部位为便于裸露部位，如腰部、颈部等，该材料制成的采集贴片适用于非运动的情况下使用，如静坐阅读时，检测颈部的变化以保持姿势；第二种贴面层为压敏胶材质（此为现有材料，广泛用于暖宝宝的附着贴面），贴于衣物上，如紧身内衣、护膝、护腕等，其特点是不易脱落，该材料制成的采集贴片可以全天工作，尤其可在运动时使用，如跑步时，检测背部的变化以保持姿势。

所述的吊坠式主机外观类似装饰品，内部包括信号转换、放大、模数转换电路；和处理数据的MCU；报警用的振子和蜂鸣器；向外发送弯曲程度数据蓝牙模块；为上述元件提供能源的电源电路和电池。

所述信号转换、放大、模数转换电路的主要处理芯片为HX711（现有芯片）,信号采集贴片内的应变片形变产生的电阻变化信号，后经惠斯通电桥电路、HX711及相关电路，可将电阻信号转换为电压信号并放大128倍，输出高精度24位二进制数字信号。

所述MCU接收二进制数据源，同时该MCU执行判断是否驱动所述振子和蜂鸣器报警的程序。MCU内程序设有多个报警范围，可根据不同检测部位调节。

所述蓝牙模块向其他智能设备输出MCU内弯曲程度数据，也可以接受控制指令（例如手机可下达指令，设置本发明装置的初始值，比如弯曲程度标准值、调整报警范围）。

所述吊坠式主机可与不同信号采集贴片相连，以采集不同部位弯曲程度。通过卡扣连接细软导线，实现连接和拆卸主机和贴片，以保证便捷的更换信号采集贴片。

本发明通过应变片连续实时采集模拟信号，再转化为高精度数字信号，通过程序处理实时监测数据值，判断被检测部位弯曲程度的变化，并发出声音或者震动警告，具体实例可用作检测驼背报警保护脊椎，低头报警保护颈椎，各种专业训练中提示弯曲度变化的报警以达到更好的效果。更可以无线蓝牙传输监测数据，实现其他设备和其他人对使用者数据的观测。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明所述信号采集贴片结构图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明包括吊坠式主机和信号采集贴片。

所述信号采集贴片根据监测部位不同可定制大小，并分为硅胶贴片和压敏胶贴片，分别贴于皮肤和贴身衣物，该贴片核心元件为电阻应变片。所述应变片一般为1k欧姆，2%灵敏系数，该应变片随皮肤或贴身衣物弯曲程度变化，发生形变，产生电阻值变化的模拟量信号（信号1）。

所述吊坠式主机外形小巧，为一般智能手环主机大小，可挂于衣物各个部位，为装饰外形。该主机经特制导线（多丝细软导线）与所述信号采集贴片相连，采集电阻变化信号。导线连接方式为卡扣连接，便于拆卸更换贴片。

所述吊坠式主机内部结构包括HX711相关电路；和处理数据的MCU；报警用的振子和蜂鸣器；收发数据蓝牙模块；为上述元件提供能源的电源电路和电池。

所述HX711相关电路接收所述信号采集贴片产生的电阻模拟量信号（信号1），经惠斯通电桥转换为电压模拟量信号（信号2），电压信号经HX711芯片增益放大128倍、模数转换，输出24位高精度二进制数字信号（信号3）。

所述蓝牙模块可向其他智能设备输出装置测量值（信号3）和工作状态信息，也可接收调指令，以方便调节主机的工作模式。

所述报警用振子和蜂鸣器，可同时发出震动和声音提示，也可通过所述蓝牙模块接收指令，使其中一种报警单独工作，比如只发生震动报警，可以避免声音报警影响他人。

所述MCU主控制器内，采集二进制数字量信号（信号3）后，对数据源进行处理。由于该数据源中的单一数据值没有太大价值，数据源的变化和比较能映射被检测人体部位的弯曲程度变化。内置程序简述为：1，启动使用本装置时，人确定好自己被检测部位的理想姿势，信号采集贴片弯曲程度与被检测部位保持对应，此时程序由HX711得到二进制数字量测量值，此为标准值A。（该标准值A可在开机时测定；也可在使用过程中通过所述蓝牙模块接收指令，重新测定此标准值A。）2，随后本装置进入工作状态，人体被检测部位弯曲度产生微小变化，本装置都会实时得到相应测量值B，计算实时监测数据与标准值的差值C(C=| B-A|)。3，程序内预置报警范围参照值D（该值根据检测部位不同而不同）4，若差值C持续N秒（N为预置时间，可调）大于预设参照值D，即C>D持续N秒超出报警范围，则程序发出报警指令，MCU驱动所述振子或者蜂鸣器M秒（M为预置时间，可调）；若差值C小于预设值D，或者差值C大于预设值D不能持续N秒，则程序不发出报警指令。4，程序通过所述蓝牙模块向其他智能设备实时输出二进制测量值和工作状态信息，也可接收调指令，重置预设参照值D、时间值N、M，以适应于不同人体部位使用本装置。

所述电源电路和电池，为整个设备提供3.7V标准电源，电池容量为100mah左右，并设有一个电源开关，以开启和关闭设备。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式和适用范围不限于此。

举例为监测背部弯曲程度的实例：

1， 选择底层为压敏胶的信号采集贴片，大小为2cm*2cm直接贴在背部内衣后面，位置靠近要检测部分即可，因为当整个背部弯曲程度改变时，背部每一个小区域弯曲程度均会随之变化，相应调整上文预设参数D、N、M便可达到良好效果。此类型贴片固定于贴身衣物，不易脱落，适合全天佩戴使用。

2， 吊坠式主机挂在肩部衣物上，双芯软导线连接主机与贴片。

3， 当使用者处于坐姿时，调整为理想背部姿势后，打开主机电源开关，此时采集贴片形变量与背部姿势相对应，主机得到测量值为标准值A。

4， 装置都会实时得到相应测量值B，计算实时监测数据与标准值的差值C(C=| B-A |)，并把差值C通过蓝牙向智能手机等设备传输。

5， 将差值C与预设值D比较，若差值C大于预设值D持续N秒,蜂鸣器或振子报警，持续M秒；若差值C小于预设值D，或者差值C大于预设值D不能持续N秒，则装置不报警。

6， 当使用者改变姿势，由静坐变为走路时，调整背部到理想姿势。用蓝牙下达指令，重新测定标准值A，而后重新进入步骤4，5。

7， 当使用者由走路变为跑步，背部活动幅度增大时，可用蓝牙下达指令，增大预设值D，使非报警范围变大；也可蓝牙下达指令，适当增大时间N的值，使装置灵敏度降低。而后重新进入步骤4，5。

8， 当使用者暂时不需要使用本装置，可用蓝牙下达休眠指令，本装置进入待机状态，停止工作。也可以断开采集贴片和吊坠主机之间连线，取下主机进行充电。

另外举例为监测颈椎弯曲程度的实例：

1， 选择底层为硅胶层的信号采集贴片，大小为1cm*1cm直接贴在颈部，位置处于颈部需监测范围即可，因为当整个颈部弯曲程度改变时，颈部每一个小区域弯曲程度均会随之变化，相应调整上文预设参数D、N、M便可达到良好效果。此类型贴片可反复使用20次左右，适合临时小时间段使用，如静坐看书、上网等情况，方便使用和摘取停用。

2， 吊坠式主机挂在肩部衣物上，双芯软导线连接主机与贴片。

3， 当使用者处于坐姿时，调整为理想颈部姿势后，打开主机电源开关，此时采集贴片形变量与颈部姿势相对应，主机得到测量值为标准值A。

4， 装置都会实时得到相应测量值B，计算实时监测数据与标准值的差值C(C=| B-A |)，并把差值C通过蓝牙向智能手机等设备传输。

5， 将差值C与预设值D比较，若差值C大于预设值D持续N秒,蜂鸣器或振子报警，持续M秒；若差值C小于预设值D，或者差值C大于预设值D不能持续N秒，则装置不报警。

6， 当使用者试图保持更加理想的颈部姿态。调整颈部姿势后，用蓝牙下达指令，重新测定标准值A，而后重新进入步骤4，5。

7， 当使用者疲惫，可使用蓝牙下达指令，增大预设值D和时间N，来增大非报警范围和降低灵敏度，而后重新进入步骤4，5。

8， 当使用者不需要使用本装置，可直接取下采集贴片，断开与吊坠主机连线，停用本装置。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式和适用范围并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种人体部位弯曲程度监测装置，其特征在于：包括信号采集贴片和吊坠式主机；

所述信号采集贴片大小不等，为1cm*1cm至10cm*10cm之间，其结构简单、成本低廉，为可更换损耗品；

其结构主要为三层，上层为PET薄片，中间层为应变片，底层为贴面层；

所述上层PET薄片，是0.3mm厚的食品级塑料材质；

所述中间层应变片，为现有电阻元件，一般为1k欧姆，2%灵敏系数，形变后阻值产生规律变化，引出两根导线端，与主机相连；

所述底层贴片层有两种材质，一种贴面层为硅胶材质，贴于皮肤，非运动状态下使用本材质信号采集贴片；第二种贴面层为压敏胶材质，贴于紧身衣物，可运动时使用本材质信号采集贴片；

所述的吊坠式主机体积小巧，可挂于衣物，作为装饰品，内部包括惠斯通电桥电路、信号放大电路、模数转换电路；和处理数据的MCU；报警用的振子和蜂鸣器；向外发送弯曲程度数据蓝牙模块；为上述元件提供能源的电源电路和电池。

2.根据权利要求1所述的人体部位弯曲程度监测装置，其特征在于:所述吊坠式主机与所述信号采集贴片，用双芯细软导线连接，连接处设有卡扣，方便所述吊坠式主机与不同信号采集贴片拆卸和连接使用，更方便监测人体不同部位。

3.根据权利要求2所述的人体部位弯曲程度监测装置，其特征在于:吊坠式主机内涵蓝牙模块，可输出装置监测到的数据，为其他智能设备提供精确监测数据和本装置工作状态。

4.根据权利要求3所述的人体部位弯曲程度监测装置，其特征在于:本装置的报警范围可调，通过蓝牙接收特定字符数据作为指令，执行增大或减小报警范围的程序。

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