本發(fā)明涉及矯正坐姿的學(xué)生座椅技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及智能學(xué)生椅及其坐姿矯正方法。
背景技術(shù)：
中國約有45000萬近視人口，其中1000萬已發(fā)展為病理性近視。而且，兒童近視眼的發(fā)生率隨年齡增長(zhǎng)不斷上升，6到15歲為關(guān)鍵年齡段，一年級(jí)的近視發(fā)病率約為3.9％，初中生則高達(dá)67.3％。
中國近視人群總數(shù)已超4.5億，預(yù)計(jì)到2020年，我國5歲以上人口的近視患病率將增長(zhǎng)到50.86％-51.36％，患病人口接近7.04-7.11億，患有高度近視的總?cè)丝趯⑦_(dá)到4000-5155萬人。
而大部分的近視都是從坐姿不當(dāng)開始引發(fā)的，從兒童上學(xué)開始培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)姿勢(shì)將極大的幫助到視力保護(hù)。
此外，兒童時(shí)期為脊柱發(fā)育的重要階段，坐姿不當(dāng)容易造成脊柱側(cè)彎，變形等，可能造成嚴(yán)重的后果。
目前雖然市面上也有一些學(xué)生矯正坐姿的學(xué)生椅，但是多為通過外力強(qiáng)迫學(xué)生改變姿勢(shì)，一般功能比較單一，矯正效果差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明在提供了智能學(xué)生椅的同時(shí)，還提供了智能學(xué)生椅的矯正方法，通過在學(xué)生椅上設(shè)置壓力傳感器和超聲波傳感器，進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)和超聲波測(cè)距，并通過數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算來實(shí)時(shí)監(jiān)控兒童的坐姿，提醒學(xué)生保持正確的坐姿，并給出合理的作息建議，防止眼睛疲勞使用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
智能學(xué)生椅，包括座椅和靠背，所述座椅上設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)學(xué)生重心位置的壓力傳感器，所述靠背上設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)學(xué)生頸部和背部相對(duì)靠背距離的超聲波傳感器，所述壓力傳感器和所述超聲波傳感器連接有用于接收所述壓力傳感器和所述超聲波傳感器的信息并計(jì)算，及給出坐姿判斷信號(hào)的計(jì)算器。
進(jìn)一步的，所述壓力傳感器的個(gè)數(shù)為3個(gè)，所述3個(gè)壓力傳感器分別間隔設(shè)置在座椅，且所述3個(gè)壓力傳感器兩兩之間的連線組成三角形。
進(jìn)一步的，所述靠背包括背部和頸部，所述超聲波傳感器為2個(gè)，分別設(shè)置在所述背部和頸部上。
進(jìn)一步的，所述計(jì)算器包括相互連接的計(jì)算模塊和存儲(chǔ)模塊，所述存儲(chǔ)模塊依次連接有無線信號(hào)發(fā)射模塊、語音模塊和控制開關(guān)。
進(jìn)一步的，所述靠背上還設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)學(xué)生衣物溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器連接所述計(jì)算模塊。
進(jìn)一步的，所述座椅或所述靠背上還設(shè)置有音箱，所述音箱連接所述語音模塊。
進(jìn)一步的，所述無限信號(hào)發(fā)射模塊連接有app系統(tǒng)。
智能學(xué)生椅的坐姿矯正方法，所述方法包括步驟：
(1)、在學(xué)生椅的座椅上設(shè)置壓力傳感器，在學(xué)生椅的靠背上設(shè)置超聲波傳感器，所述壓力傳感器連接和超聲波傳感器連接有計(jì)算器；
(2)、在所述計(jì)算器內(nèi)分別預(yù)設(shè)學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)坐姿的重心數(shù)據(jù)(osx，osy)和學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)坐姿背部和頸部相對(duì)靠背的距離數(shù)據(jù)(dsd，esd)；
(3)、所述計(jì)算器獲取當(dāng)前所述壓力傳感器的數(shù)據(jù)，并計(jì)算出學(xué)生的當(dāng)前重心(ox，oy)，所述計(jì)算器獲取超聲波傳感器當(dāng)前的距離數(shù)據(jù)(dd，ed)；
(4)、所述計(jì)算器判斷重心及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)坐姿的偏差，并給出提醒信號(hào)，所述計(jì)算器判斷背部和頸部位置及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)坐姿的偏差，并給出提醒信號(hào)，判斷方法為：
縱向重心偏差△ox＝ox-osx，橫向重心偏差△oy＝oy-osy，重心偏差距離
背部偏差為：△dd＝|dd-dsd-△ox|；
背部偏差為：△ed＝|ed-esd-△ox|；
當(dāng)△ox>3cm，則坐的位置太靠后；
當(dāng)△ox<-3cm，則坐的位置太靠前；
當(dāng)△oy>4cm，則坐的位置太靠右；
當(dāng)△oy<-4cm，則坐的位置太靠左；
當(dāng)△dd>4cm或△ed>4cm時(shí)，則坐姿不正確；
當(dāng)△ed-△dd>4cm時(shí)為過度低頭，則坐姿不正確。
進(jìn)一步的，所述步驟(3)中學(xué)生的實(shí)際重心(ox，oy)的計(jì)算方法為：
(a)獲取每一個(gè)壓力傳感器的平面坐標(biāo)(ax，ay)、(bx，by)、(cx，cy)….，其中，a、b和c表示壓力傳感器的編號(hào)，x表示橫坐標(biāo)，y表示縱坐標(biāo)；
(b)每一個(gè)壓力傳感器獲取當(dāng)前所受的壓力數(shù)據(jù)(af，bf，cf…)；
(c)計(jì)算器計(jì)算重心坐標(biāo)(ox，oy)，計(jì)算方法為：
ox＝(af*ax+bf*bx+cf*cx……)/(af+bf+cf…….)；
oy＝(af*ay+bf*by+cf*cy…….)/(af+bf+cf……..)。
優(yōu)選的，所述壓力傳感器的個(gè)數(shù)為3個(gè)，所述3個(gè)壓力傳感器分別間隔設(shè)置在座椅，且所述3個(gè)壓力傳感器兩兩之間的連線組成三角形。
進(jìn)一步的，所述靠背包括背部和頸部，所述超聲波傳感器為2個(gè)，分別設(shè)置在所述背部和頸部上。
進(jìn)一步的，所述計(jì)算器包括相互連接的計(jì)算模塊和存儲(chǔ)模塊，所述存儲(chǔ)模塊依次連接有無線信號(hào)發(fā)射模塊、語音模塊和控制開關(guān)。
進(jìn)一步的，所述無限信號(hào)發(fā)射模塊連接有app系統(tǒng)。
進(jìn)一步的，所述靠背上還設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)學(xué)生衣物溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器連接所述計(jì)算器，通過溫度傳感器獲取學(xué)生衣物的初始溫度值ts和當(dāng)前溫度值t，通過計(jì)算器計(jì)算衣物的修正值。
進(jìn)一步的，所述座椅或所述靠背上還設(shè)置有音箱，所述音箱連接所述語音模塊。
所述計(jì)算器計(jì)算衣物修正值的方法為(t-ts)*0.2cm。
本發(fā)明的有益效果為：通過壓力監(jiān)測(cè)和超聲波測(cè)距，通過數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算來實(shí)時(shí)監(jiān)控兒童的坐姿，提醒學(xué)生保持正確的坐姿，并給出合理的作息建議，防止眼睛疲勞使用；
通過app的數(shù)據(jù)智能統(tǒng)計(jì)，指導(dǎo)家長(zhǎng)給出恰當(dāng)?shù)谋頁P(yáng)，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)充滿與家長(zhǎng)的互動(dòng)，更加愛上學(xué)習(xí)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整地描述，以充分地理解本發(fā)明的目的、特征和效果。顯然，所描述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他實(shí)施例，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
如圖1所示，智能學(xué)生椅，包括座椅和靠背，座椅上設(shè)置有若干個(gè)用于監(jiān)測(cè)學(xué)生重心位置的壓力傳感器1，靠背上設(shè)置有2個(gè)用于監(jiān)測(cè)學(xué)生頸部和背部相對(duì)靠背距離的超聲波傳感器2，壓力傳感器1和超聲波傳感器2連接有用于接收壓力傳感器和超聲波傳感器的信息并計(jì)算，及給出坐姿判斷信號(hào)的計(jì)算器。
本實(shí)施例壓力傳感器的個(gè)數(shù)為3個(gè)，3個(gè)壓力傳感器分別間隔設(shè)置在座椅的前面兩端和后面中間，且3個(gè)壓力傳感器兩兩之間的連線組成三角形。
靠背包括背部和頸部，2個(gè)超聲波傳感器分別設(shè)置在背部和頸部上。
計(jì)算器包括相互連接的計(jì)算模塊和存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)模塊依次連接有無線信號(hào)發(fā)射模塊、語音模塊和控制開關(guān)，計(jì)算模塊、存儲(chǔ)模塊無線信號(hào)發(fā)射模塊、語音模塊和控制開關(guān)由控制箱5封裝在一起，控制箱設(shè)置在靠背的支架上。
靠背上還設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)學(xué)生衣物溫度的溫度傳感器3，溫度傳感器3連接計(jì)算模塊。
座椅或靠背上還設(shè)置有音箱4，本實(shí)施例的音箱設(shè)置在頸部的兩邊，音箱連接語音模塊。
無限信號(hào)發(fā)射模塊連接有app系統(tǒng)。
智能學(xué)生椅的坐姿矯正方法，包括步驟：
(1)、在學(xué)生椅的座椅上設(shè)置3個(gè)壓力傳感器，在學(xué)生椅的靠背的背部和頸部上分別設(shè)置一個(gè)超聲波傳感器，壓力傳感器和超聲波傳感器連接有計(jì)算器；
(2)、在計(jì)算器內(nèi)分別預(yù)設(shè)學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)坐姿的重心數(shù)據(jù)(osx，osy)和學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)坐姿背部和頸部相對(duì)靠背的距離數(shù)據(jù)(dsd，esd)；
(3)、計(jì)算器獲取當(dāng)前壓力傳感器的數(shù)據(jù)，并計(jì)算出學(xué)生的當(dāng)前重心(ox，oy)，計(jì)算器獲取超聲波傳感器當(dāng)前的距離數(shù)據(jù)(dd，ed)；
(4)、計(jì)算器判斷重心及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)坐姿的偏差，并給出提醒信號(hào)，計(jì)算器判斷背部和頸部位置及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)坐姿的偏差，并給出提醒信號(hào)，判斷方法為：
縱向重心偏差△ox＝ox-osx，橫向重心偏差△oy＝oy-osy，重心偏差距離
背部偏差為：△dd＝|dd-dsd-△ox|；
背部偏差為：△ed＝|ed-esd-△ox|；
當(dāng)△ox>3cm，則坐的位置太靠后；
當(dāng)△ox<-3cm，則坐的位置太靠前；
當(dāng)△oy>4cm，則坐的位置太靠右；
當(dāng)△oy<-4cm，則坐的位置太靠左；
當(dāng)△dd>4cm或△ed>4cm時(shí)，則坐姿不正確；
當(dāng)△ed-△dd>4cm時(shí)為過度低頭，則坐姿不正確。
以此計(jì)算合理的身體晃動(dòng)范圍，判斷頭、頸和重心是否在一條直線上。
本實(shí)施例方法的壓力傳感器為3個(gè)，3個(gè)壓力傳感器分別間隔設(shè)置在座椅靠近邊緣的位置上。
學(xué)生的實(shí)際重心(ox，oy)的計(jì)算方法為：
(a)獲取每一個(gè)壓力傳感器的平面坐標(biāo)(ax，ay)、(bx，by)、(cx，cy)，其中，a、b和c表示壓力傳感器的編號(hào)，x表示橫坐標(biāo)，y表示縱坐標(biāo)；
(b)每一個(gè)壓力傳感器獲取當(dāng)前所受的壓力數(shù)據(jù)(af，bf，cf)；
(c)第一控制器計(jì)算重心坐標(biāo)(ox，oy)，計(jì)算方法為：
ox＝(af*ax+bf*bx+cf*cx)/(af+bf+cf)；
oy＝(af*ay+bf*by+cf*cy)/(af+bf+cf)。
靠背包括背部和頸部，超聲波傳感器為2個(gè)，分別設(shè)置在背部和頸部上。
計(jì)算器包括相互連接的計(jì)算模塊和存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)模塊依次連接有無線信號(hào)發(fā)射模塊、語音模塊和控制開關(guān)。
無限信號(hào)發(fā)射模塊連接有app系統(tǒng)。
靠背上還設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)學(xué)生衣物溫度的溫度傳感器，溫度傳感器連接計(jì)算器，通過溫度傳感器獲取學(xué)生衣物的初始溫度值ts和當(dāng)前溫度值t，通過計(jì)算器計(jì)算衣物的修正值。
座椅或靠背上還設(shè)置有音箱，音箱連接語音模塊。
溫度控制器計(jì)算衣物修正值為(t-ts)*0.2cm。因個(gè)體差異及衣物穿戴習(xí)慣，此修正值可能造成誤判，如果發(fā)現(xiàn)誤判，可以按簡(jiǎn)單一鍵重設(shè)初始值來消除溫度修正誤差。
本實(shí)施例通過app實(shí)現(xiàn)語音提醒功能和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，也可通過app調(diào)整提醒內(nèi)容，可設(shè)置按鈕或通過app選擇性打開/關(guān)閉部分提醒功能，提醒功能包括：
a)坐姿提醒：通過5s一次的循環(huán)坐姿判斷，如果連續(xù)3次出現(xiàn)坐姿不正確或重心過度偏移，發(fā)出語音提醒，告訴兒童調(diào)整正確的坐姿。
b)休息提醒：當(dāng)學(xué)生連續(xù)學(xué)習(xí)45分鐘時(shí)提醒休息10-15分鐘。
c)在app中設(shè)定每天學(xué)習(xí)的時(shí)間，如果在此期間內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間未開始學(xué)習(xí)或暫離長(zhǎng)時(shí)間未返回，啟動(dòng)語音呼叫。
d)定點(diǎn)提醒功能：多種設(shè)定每天(可選)開始學(xué)習(xí)時(shí)間，呼叫學(xué)生學(xué)習(xí)。
e)附屬裝置亮度檢測(cè)傳感器，可安裝在座椅靠背，或獨(dú)立安放在桌面，當(dāng)亮度過高或過低時(shí)給出光線調(diào)整提醒。(如使用臺(tái)燈照明，可關(guān)閉此功能。)
f)記錄每次使用的時(shí)間/時(shí)長(zhǎng)，坐姿不正確的次數(shù)。
g)給出學(xué)習(xí)時(shí)間曲線，當(dāng)學(xué)習(xí)時(shí)間超過app設(shè)定數(shù)值時(shí)提醒家長(zhǎng)表揚(yáng)或獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)生。
h)當(dāng)坐姿正確率提升時(shí)給出表揚(yáng)，培養(yǎng)學(xué)生興趣。
本發(fā)明通過壓力監(jiān)測(cè)和超聲波測(cè)距，通過數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算來實(shí)時(shí)監(jiān)控兒童的坐姿，提醒學(xué)生保持正確的坐姿，并給出合理的作息建議，防止眼睛疲勞使用；通過app的數(shù)據(jù)智能統(tǒng)計(jì)，指導(dǎo)家長(zhǎng)給出恰當(dāng)?shù)谋頁P(yáng)，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)充滿與家長(zhǎng)的互動(dòng)，更加愛上學(xué)習(xí)。
需要說明的是，以上所述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，只要其以相同的手段達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。