本發(fā)明涉及智能座椅技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種智能座椅系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)發(fā)展進(jìn)步，物質(zhì)水平的不斷提高，人們對(duì)健康的問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注。但近年來(lái)，社會(huì)節(jié)奏的加快，工作壓力的持續(xù)增大，會(huì)導(dǎo)致因坐姿不正確、久坐人群加大頸椎病、腰間盤突出、肥胖、心血管等疾病的患病幾率，給身體健康帶來(lái)重大隱患。兒童在課堂學(xué)習(xí)中如果經(jīng)常扭動(dòng)身體，不能靜坐，會(huì)導(dǎo)致兒童的注意力不能集中，影響兒童的課堂學(xué)習(xí)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種智能座椅系統(tǒng)及其檢測(cè)方法，利用每個(gè)椅子上安裝的傳感器通過(guò)下位機(jī)來(lái)采集數(shù)據(jù)不同座者的坐姿數(shù)據(jù)，傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，來(lái)判斷座者的坐姿狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上通過(guò)手機(jī)軟件來(lái)查看數(shù)據(jù)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種智能座椅系統(tǒng)，其特征在于，包括若干個(gè)智能座椅、上位機(jī)和手機(jī)終端；所述智能座椅的每個(gè)椅腿底部對(duì)應(yīng)設(shè)置有壓力傳感器，智能座椅的座板下方設(shè)置有下位機(jī)；所述下位機(jī)包括信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、通訊模塊和電源模塊，所述信號(hào)采集模塊的輸入端與壓力傳感器相連接，信號(hào)采集模塊的輸出端依次連接信號(hào)處理模塊、通訊模塊，電源模塊分別與信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、通訊模塊相連接；所述上位機(jī)通過(guò)無(wú)線通訊分別與下位機(jī)、手機(jī)終端相連接。

優(yōu)選地，所述上位機(jī)包括通訊模塊、處理器模塊、顯示模塊和電源模塊，所述處理器模塊分別與通訊模塊、顯示模塊相連接，電源模塊分別與通訊模塊、處理器模塊、顯示模塊相連接。

一種智能座椅系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于，所述檢測(cè)方法包括以下步驟：

步驟(1)：預(yù)先對(duì)每組椅子上的傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，將椅子的重量抵消掉；通過(guò)壓力傳感器采集數(shù)據(jù)，如果四個(gè)傳感器壓力值之和大于預(yù)設(shè)值100N時(shí)，判定椅子有人坐，打開計(jì)時(shí)器并提醒保持正確坐姿，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

步驟(2)：采集四路傳感器壓力值第一次穩(wěn)定不變且持續(xù)30s的值作為坐者體重值參考值，記四路壓力傳感器值為參考值R_ij，R_ij表示第i張椅子上第j個(gè)傳感器參考值；

步驟(3)：實(shí)時(shí)采集四路壓力傳感器值并記為動(dòng)態(tài)值D_ij，D_ij表示第i張椅子上第j個(gè)傳感器動(dòng)態(tài)值；

步驟(4)：計(jì)算四路壓力傳感器變化值的和，計(jì)算公式如下：

Sum_i表示第i張椅子4路傳感器的變化值之和，若滿足下式：

K*Sum_i≤S

則判定兒童坐在椅子上沒(méi)有動(dòng)作；反之，則認(rèn)為兒童在椅子上有動(dòng)作；

式中K為動(dòng)作系數(shù)，取值范圍為0～0.3；S是動(dòng)作閾值，其數(shù)值通過(guò)試驗(yàn)事先設(shè)定；

步驟(5)：記錄下每次兒童在椅子上有動(dòng)作的壓力值D_ij和對(duì)應(yīng)時(shí)刻T_im，其中T_im表示第i張椅子第m時(shí)刻；

步驟(6)：通過(guò)上一步記錄的T_im，可知第i張椅子總共記錄了m個(gè)時(shí)刻，根據(jù)下式計(jì)算第i張椅子的兒童每次動(dòng)作時(shí)間間隔

ΔT_ik＝T_i(k+1)-T_ik

式中k的取值范圍為1～m-1；

再依次計(jì)算第i張椅子的平均動(dòng)作時(shí)間間隔和平均動(dòng)作頻率f_i:

步驟(7)：計(jì)算所有椅子的平均動(dòng)作時(shí)間間隔ΔT和平均動(dòng)作頻率f:

步驟(8)：對(duì)于每個(gè)椅子采集到的數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行比較，引入公式：

當(dāng)0＜h_i≤h₁時(shí)，判定兒童動(dòng)作比值正常，不需要任何提醒；當(dāng)h₁＜h_i≤h₂時(shí)，判定兒童動(dòng)作比值偏高，可能會(huì)導(dǎo)致注意分散有必要提醒兒童保持靜坐；當(dāng)h₂＜h_i時(shí)，判定兒童動(dòng)作比值過(guò)高，可能患有多動(dòng)癥，建議進(jìn)一步進(jìn)行醫(yī)療診斷；其中，h為動(dòng)作比值，h1和h1通過(guò)試驗(yàn)事先設(shè)定。

步驟(9)：在判定椅子有人坐下去后，記錄對(duì)應(yīng)時(shí)刻T_is，當(dāng)座者離開椅子后傳感器的壓力之和小于100N時(shí)，記錄對(duì)應(yīng)時(shí)刻T_ie，T_is—T_ie的差值如果大于預(yù)設(shè)值(如1小時(shí))，則判定座者久坐；反之不是。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明智能座椅系統(tǒng)中每個(gè)座椅的每條腳上分別安裝壓力傳感器，實(shí)時(shí)采集壓力傳感器數(shù)值，通過(guò)下位機(jī)抽樣壓縮之后，利用無(wú)線的形式將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)；在上位機(jī)中預(yù)置算法，將壓力傳感器穩(wěn)定值作為參考值，連續(xù)采集各路壓力值并求出各路壓力值變化量，壓力值變化量是每路的壓力值減去參考值取絕對(duì)值；累加各路壓力值變化量，并與預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作閾值比較，判斷是否動(dòng)作，記錄相關(guān)參數(shù)，計(jì)算動(dòng)作頻率；按此方法采集多組椅子數(shù)據(jù)后通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出平均動(dòng)作頻率，用每組的動(dòng)作頻率與平均動(dòng)作頻率相比較得出座者坐姿狀態(tài)及久坐時(shí)間，能夠及時(shí)地讓兒童了解到的坐姿狀態(tài)問(wèn)題，有效地干預(yù)坐姿，促使兒童養(yǎng)成一個(gè)良好的坐姿習(xí)慣；同時(shí)發(fā)送久坐或坐姿不正或多動(dòng)的相關(guān)報(bào)警信號(hào)到手機(jī)軟件上，供家長(zhǎng)老師查看相關(guān)數(shù)據(jù)。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明智能座椅系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明智能座椅系統(tǒng)中智能座椅的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明智能座椅系統(tǒng)中下位機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明智能座椅系統(tǒng)中上位機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種智能座椅系統(tǒng)，包括若干個(gè)智能座椅1、上位機(jī)4和手機(jī)終端5；所述智能座椅1的每個(gè)椅腿底部對(duì)應(yīng)設(shè)置有壓力傳感器21,22,23,24，智能座椅1的座板下方設(shè)置有下位機(jī)3；所述下位機(jī)3包括信號(hào)采集模塊31、信號(hào)處理模塊32、通訊模塊33和電源模塊34，所述信號(hào)采集模塊31的輸入端與壓力傳感器21,22,23,24相連接，信號(hào)采集模塊31的輸出端依次連接信號(hào)處理模塊32、通訊模塊33，電源模塊34分別與信號(hào)采集模塊31、信號(hào)處理模塊32、通訊模塊33相連接；所述上位機(jī)4通過(guò)無(wú)線通訊分別與下位機(jī)3、手機(jī)終端5相連接。

所述上位機(jī)4包括通訊模塊41、處理器模塊42、顯示模塊43和電源模塊44，所述處理器模塊42分別與通訊模塊41、顯示模塊43相連接，電源模塊44分別與通訊模塊41、處理器模塊42、顯示模塊43相連接。

通過(guò)信號(hào)采集模塊31將椅子腳4路壓力信號(hào)采集到處理器模塊32，該模塊包括但不限于信號(hào)的功率放大、A/D轉(zhuǎn)換等功能。信號(hào)采集模塊可以是一個(gè)高集成度的壓力傳感器或者是其他的信號(hào)采集裝置。

所述信號(hào)處理器模塊32對(duì)所采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波去噪、壓縮等處理，為數(shù)據(jù)的傳輸做準(zhǔn)備。處理器模塊可以是單片機(jī)、ARM、DSP或者其他的處理芯片。

所述通信模塊23、41是下位機(jī)和上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接收通信裝置，分為無(wú)線模式、有線模式?，F(xiàn)給出一種最優(yōu)的情況，下位機(jī)到上位機(jī)的數(shù)據(jù)通信可以選擇WIFI、藍(lán)牙、Zigbee、MQTT(物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議)等無(wú)線通信協(xié)議中的一種進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。上位機(jī)至互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信可選擇有線模式。

所述處理器模塊42是在離線的模式通過(guò)預(yù)置算法對(duì)兒童坐姿狀態(tài)進(jìn)行判斷和久坐狀態(tài)。

所述顯示模塊是一個(gè)液晶屏或其他顯示裝置。顯示兒童相關(guān)信息，如姓名、年齡、性別、體重、各個(gè)時(shí)間段內(nèi)兒童坐姿狀態(tài)。

在下位機(jī)系統(tǒng)中的電源模塊34采用鋰電池供電，有利于椅子的移動(dòng)。上位機(jī)是固定不動(dòng)電源模塊34則采用合適的電源適配器從市電獲得電能。

本發(fā)明智能座椅系統(tǒng)也可以將所采集的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，可開發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)控座者坐姿狀態(tài)的手機(jī)軟件，使用者可及時(shí)準(zhǔn)確地了解座者坐姿狀態(tài)，制定合理的鍛煉計(jì)劃。

一種智能座椅系統(tǒng)的檢測(cè)方法，所述檢測(cè)方法包括以下步驟：

步驟(1)：假設(shè)現(xiàn)場(chǎng)布置n＝30張座椅，預(yù)先對(duì)每組椅子上的傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，將椅子的重量抵消掉；通過(guò)壓力傳感器采集數(shù)據(jù)，如果四個(gè)傳感器壓力值之和大于預(yù)設(shè)值100N時(shí)，判定椅子有人坐，打開計(jì)時(shí)器并提醒保持正確坐姿，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

步驟(2)：采集四路傳感器壓力值第一次穩(wěn)定不變且持續(xù)30s的值作為座者的體重值，記四路壓力傳感器值為參考值R_ij，R_ij表示第i張椅子上第j個(gè)傳感器參考值；i的取值范圍1～30，j的取值范圍是1～4；

步驟(3)：實(shí)時(shí)采集四路壓力傳感器值并記為動(dòng)態(tài)值D_ij，D_ij表示第i張椅子上第j個(gè)傳感器動(dòng)態(tài)值；i的取值范圍1-30，j的取值范圍是1～4；

步驟(4)：計(jì)算四路壓力傳感器變化值的和，計(jì)算公式如下：

Sum_i表示第i張椅子4路傳感器的變化值之和，若滿足下式：

K*Sum_i≤S

則判定兒童坐在椅子上沒(méi)有動(dòng)作；反之，則認(rèn)為兒童在椅子上有動(dòng)作；

式中K為動(dòng)作系數(shù)，取值范圍為0～0.3；S是動(dòng)作閾值，其數(shù)值通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算設(shè)定；采集一組座椅實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行說(shuō)明，如下表：

通過(guò)上述計(jì)算公式取體重參考值的平均值26.5Kg，如取K＝0.2計(jì)算得S＝5.3Kg。

步驟(5)：記錄下每次兒童在椅子上有動(dòng)作的壓力值D_ij和對(duì)應(yīng)時(shí)刻T_im，其中T_im表示第i張椅子第m時(shí)刻；

步驟(6)：通過(guò)上一步記錄的T_im，可知第i張椅子總共記錄了m個(gè)時(shí)刻，根據(jù)下式計(jì)算第i張椅子的兒童每次動(dòng)作時(shí)間間隔

ΔT_ik＝T_i(k+1)-T_ik

式中k的取值范圍為1～m-1；

再依次計(jì)算第i張椅子的平均動(dòng)作時(shí)間間隔和平均動(dòng)作頻率f_i:

步驟(7)：計(jì)算所有椅子的平均動(dòng)作時(shí)間間隔ΔT和平均動(dòng)作頻率f:

步驟(8)：對(duì)于每個(gè)椅子采集到的數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行比較，引入公式：

當(dāng)0＜h_i≤h₁時(shí)，判定兒童動(dòng)作比值正常，不需要任何提醒；當(dāng)h₁＜h_i≤h₂時(shí)，判定兒童動(dòng)作比值偏高，可能會(huì)導(dǎo)致注意分散有必要提醒兒童保持靜坐；當(dāng)h₂＜h_i時(shí)，判定兒童動(dòng)作比值過(guò)高，可能患有多動(dòng)癥，建議進(jìn)一步進(jìn)行醫(yī)療診斷；其中，h為動(dòng)作比值，h1和h1通過(guò)試驗(yàn)事先設(shè)定，現(xiàn)假設(shè)h1＝1，h2＝1.4；

步驟(9)：在判定椅子有人坐下去后，記錄對(duì)應(yīng)時(shí)刻T_is，當(dāng)座者離開椅子后傳感器的壓力之和小于100N時(shí)，記錄對(duì)應(yīng)時(shí)刻T_ie，T_is—T_ie的差值如果大于預(yù)設(shè)值(如1小時(shí))，則判定座者久坐；反之不是。

綜上所述，本發(fā)明智能座椅系統(tǒng)中每個(gè)座椅的每條腳上分別安裝壓力傳感器，實(shí)時(shí)采集壓力傳感器數(shù)值，通過(guò)下位機(jī)抽樣壓縮之后，利用無(wú)線的形式將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)；在上位機(jī)中預(yù)置算法，將壓力傳感器穩(wěn)定值作為參考值，連續(xù)采集各路壓力值并求出各路壓力值變化量，壓力值變化量是每路的壓力值減去參考值取絕對(duì)值；累加各路壓力值變化量，并與預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作閾值比較，判斷是否動(dòng)作，記錄相關(guān)參數(shù)，計(jì)算動(dòng)作頻率；按此方法采集多組椅子數(shù)據(jù)后通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出平均動(dòng)作頻率，用每組的動(dòng)作頻率與平均動(dòng)作頻率相比較得出座者坐姿狀態(tài)及久坐時(shí)間，能夠及時(shí)地讓兒童了解到的坐姿狀態(tài)問(wèn)題，有效地干預(yù)坐姿，促使兒童養(yǎng)成一個(gè)良好的坐姿習(xí)慣；同時(shí)發(fā)送久坐或坐姿不正或多動(dòng)的相關(guān)報(bào)警信號(hào)到手機(jī)軟件上，供家長(zhǎng)老師查看相關(guān)數(shù)據(jù)。