本發(fā)明涉及智能座椅技術領域，特別是一種智能座椅系統(tǒng)及其檢測方法。

背景技術：

隨著社會發(fā)展進步，物質(zhì)水平的不斷提高，人們對健康的問題越來越關注。但近年來，社會節(jié)奏的加快，工作壓力的持續(xù)增大，會導致因坐姿不正確、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，給身體健康帶來重大隱患。兒童在課堂學習中如果經(jīng)常扭動身體，不能靜坐，會導致兒童的注意力不能集中，影響兒童的課堂學習效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種智能座椅系統(tǒng)及其檢測方法，利用每個椅子上安裝的傳感器通過下位機來采集數(shù)據(jù)不同座者的坐姿數(shù)據(jù)，傳輸?shù)缴衔粰C進行統(tǒng)計分析，來判斷座者的坐姿狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上通過手機軟件來查看數(shù)據(jù)。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：

一種智能座椅系統(tǒng)，其特征在于，包括若干個智能座椅、上位機和手機終端；所述智能座椅的每個椅腿底部對應設置有壓力傳感器，智能座椅的座板下方設置有下位機；所述下位機包括信號采集模塊、信號處理模塊、通訊模塊和電源模塊，所述信號采集模塊的輸入端與壓力傳感器相連接，信號采集模塊的輸出端依次連接信號處理模塊、通訊模塊，電源模塊分別與信號采集模塊、信號處理模塊、通訊模塊相連接；所述上位機通過無線通訊分別與下位機、手機終端相連接。

優(yōu)選地，所述上位機包括通訊模塊、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)的檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括以下步驟：

步驟(1)：預先對每組椅子上的傳感器進行校準，將椅子的重量抵消掉；通過壓力傳感器采集數(shù)據(jù)，如果四個傳感器壓力值之和大于預設值100N時，判定椅子有人坐，打開計時器并提醒保持正確坐姿，進行數(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個傳感器參考值；

步驟(3)：實時采集四路壓力傳感器值并記為動態(tài)值D_ij，D_ij表示第i張椅子上第j個傳感器動態(tài)值；

步驟(4)：計算四路壓力傳感器變化值的和，計算公式如下：

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有動作；反之，則認為兒童在椅子上有動作；

式中K為動作系數(shù)，取值范圍為0～0.3；S是動作閾值，其數(shù)值通過試驗事先設定；

步驟(5)：記錄下每次兒童在椅子上有動作的壓力值D_ij和對應時刻T_im，其中T_im表示第i張椅子第m時刻；

步驟(6)：通過上一步記錄的T_im，可知第i張椅子總共記錄了m個時刻，根據(jù)下式計算第i張椅子的兒童每次動作時間間隔

ΔT_ik＝T_i(k+1)-T_ik

式中k的取值范圍為1～m-1；

再依次計算第i張椅子的平均動作時間間隔和平均動作頻率f_i:

步驟(7)：計算所有椅子的平均動作時間間隔ΔT和平均動作頻率f:

步驟(8)：對于每個椅子采集到的數(shù)據(jù)與統(tǒng)計量進行比較，引入公式：

當0＜h_i≤h₁時，判定兒童動作比值正常，不需要任何提醒；當h₁＜h_i≤h₂時，判定兒童動作比值偏高，可能會導致注意分散有必要提醒兒童保持靜坐；當h₂＜h_i時，判定兒童動作比值過高，可能患有多動癥，建議進一步進行醫(yī)療診斷；其中，h為動作比值，h1和h1通過試驗事先設定。

步驟(9)：在判定椅子有人坐下去后，記錄對應時刻T_is，當座者離開椅子后傳感器的壓力之和小于100N時，記錄對應時刻T_ie，T_is—T_ie的差值如果大于預設值(如1小時)，則判定座者久坐；反之不是。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點：本發(fā)明智能座椅系統(tǒng)中每個座椅的每條腳上分別安裝壓力傳感器，實時采集壓力傳感器數(shù)值，通過下位機抽樣壓縮之后，利用無線的形式將數(shù)據(jù)傳送到上位機；在上位機中預置算法，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值；累加各路壓力值變化量，并與預先設定的動作閾值比較，判斷是否動作，記錄相關參數(shù)，計算動作頻率；按此方法采集多組椅子數(shù)據(jù)后通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，計算出平均動作頻率，用每組的動作頻率與平均動作頻率相比較得出座者坐姿狀態(tài)及久坐時間，能夠及時地讓兒童了解到的坐姿狀態(tài)問題，有效地干預坐姿，促使兒童養(yǎng)成一個良好的坐姿習慣；同時發(fā)送久坐或坐姿不正或多動的相關報警信號到手機軟件上，供家長老師查看相關數(shù)據(jù)。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

附圖說明

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)中上位機的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

實施例1：

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

所述上位機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。

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

所述信號處理器模塊32對所采集到的信號進行濾波去噪、壓縮等處理，為數(shù)據(jù)的傳輸做準備。處理器模塊可以是單片機、ARM、DSP或者其他的處理芯片。

所述通信模塊23、41是下位機和上位機進行數(shù)據(jù)的傳送和接收通信裝置，分為無線模式、有線模式?，F(xiàn)給出一種最優(yōu)的情況，下位機到上位機的數(shù)據(jù)通信可以選擇WIFI、藍牙、Zigbee、MQTT(物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議)等無線通信協(xié)議中的一種進行數(shù)據(jù)傳輸。上位機至互聯(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預置算法對兒童坐姿狀態(tài)進行判斷和久坐狀態(tài)。

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

在下位機系統(tǒng)中的電源模塊34采用鋰電池供電，有利于椅子的移動。上位機是固定不動電源模塊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)通過網(wǎng)絡傳遞到遠程服務器進行數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計。在此基礎上，可開發(fā)實時監(jiān)控座者坐姿狀態(tài)的手機軟件，使用者可及時準確地了解座者坐姿狀態(tài)，制定合理的鍛煉計劃。

一種智能座椅系統(tǒng)的檢測方法，所述檢測方法包括以下步驟：

步驟(1)：假設現(xiàn)場布置n＝30張座椅，預先對每組椅子上的傳感器進行校準，將椅子的重量抵消掉；通過壓力傳感器采集數(shù)據(jù)，如果四個傳感器壓力值之和大于預設值100N時，判定椅子有人坐，打開計時器并提醒保持正確坐姿，進行數(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)：實時采集四路壓力傳感器值并記為動態(tài)值D_ij，D_ij表示第i張椅子上第j個傳感器動態(tài)值；i的取值范圍1-30，j的取值范圍是1～4；

步驟(4)：計算四路壓力傳感器變化值的和，計算公式如下：

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有動作；反之，則認為兒童在椅子上有動作；

式中K為動作系數(shù)，取值范圍為0～0.3；S是動作閾值，其數(shù)值通過試驗計算設定；采集一組座椅實驗數(shù)據(jù)進行說明，如下表：

通過上述計算公式取體重參考值的平均值26.5Kg，如取K＝0.2計算得S＝5.3Kg。

步驟(5)：記錄下每次兒童在椅子上有動作的壓力值D_ij和對應時刻T_im，其中T_im表示第i張椅子第m時刻；

步驟(6)：通過上一步記錄的T_im，可知第i張椅子總共記錄了m個時刻，根據(jù)下式計算第i張椅子的兒童每次動作時間間隔

ΔT_ik＝T_i(k+1)-T_ik

式中k的取值范圍為1～m-1；

再依次計算第i張椅子的平均動作時間間隔和平均動作頻率f_i:

步驟(7)：計算所有椅子的平均動作時間間隔ΔT和平均動作頻率f:

步驟(8)：對于每個椅子采集到的數(shù)據(jù)與統(tǒng)計量進行比較，引入公式：

當0＜h_i≤h₁時，判定兒童動作比值正常，不需要任何提醒；當h₁＜h_i≤h₂時，判定兒童動作比值偏高，可能會導致注意分散有必要提醒兒童保持靜坐；當h₂＜h_i時，判定兒童動作比值過高，可能患有多動癥，建議進一步進行醫(yī)療診斷；其中，h為動作比值，h1和h1通過試驗事先設定，現(xiàn)假設h1＝1，h2＝1.4；

步驟(9)：在判定椅子有人坐下去后，記錄對應時刻T_is，當座者離開椅子后傳感器的壓力之和小于100N時，記錄對應時刻T_ie，T_is—T_ie的差值如果大于預設值(如1小時)，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)中每個座椅的每條腳上分別安裝壓力傳感器，實時采集壓力傳感器數(shù)值，通過下位機抽樣壓縮之后，利用無線的形式將數(shù)據(jù)傳送到上位機；在上位機中預置算法，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值；累加各路壓力值變化量，并與預先設定的動作閾值比較，判斷是否動作，記錄相關參數(shù)，計算動作頻率；按此方法采集多組椅子數(shù)據(jù)后通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，計算出平均動作頻率，用每組的動作頻率與平均動作頻率相比較得出座者坐姿狀態(tài)及久坐時間，能夠及時地讓兒童了解到的坐姿狀態(tài)問題，有效地干預坐姿，促使兒童養(yǎng)成一個良好的坐姿習慣；同時發(fā)送久坐或坐姿不正或多動的相關報警信號到手機軟件上，供家長老師查看相關數(shù)據(jù)。