本實用新型提出了一種基于壓力傳感器和光敏電阻的坐姿識別裝置，該裝置屬于傳感器技術(shù)與模式識別領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)坐姿識別目前主要應(yīng)用的方法是圖像處理，但由于其造價比較昂貴，因此很少應(yīng)用于普通民眾的生活中。本實用新型構(gòu)建了一種基于傳感器技術(shù)的坐姿識別裝置，該裝置具有造價便宜、應(yīng)用范圍廣泛、不透露使用者信息等優(yōu)點可作為坐姿識別領(lǐng)域的一種參考。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明的目的：

本實用新型提供一種基于壓力傳感器和光敏電阻的坐姿識別裝置，該裝置可以實時采集人體與座椅接觸面的壓力、光照強度等數(shù)據(jù)進而利用計算機完成人體特定的坐姿的識別。

2.所采用的技術(shù)方案：

基于壓力傳感器和光敏電阻的坐姿識別裝置，該裝置由椅座、椅背、計算機、FSR壓力傳感器、光敏電阻、數(shù)據(jù)采集單元、USB數(shù)據(jù)傳輸線組成；其特征在于數(shù)據(jù)采集單元包括數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067、單片機和RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303，數(shù)據(jù)采集單元位于椅座下面；四個FSR壓力傳感器與六個光敏電阻通過導(dǎo)線與數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067相連接，數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067與單片機P1、P2口相連接，單片機P3口與RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303相連接，RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303與計算機通過USB數(shù)據(jù)傳輸線相連接，將單片機處理的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中。計算機顯示人體坐姿識別結(jié)果。所述的計算機通過USB數(shù)據(jù)傳輸線向坐姿識別裝置各個電子元件供電。

基于壓力傳感器和光敏電阻的坐姿識別裝置其特征在于數(shù)據(jù)采集單元包括數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067 、單片機、和RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303，數(shù)據(jù)采集單元位于椅座下面；數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067地址端A、B、C、D分別與單片機P2.1、P2.2、P2.3、P2.4相連接，數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067輸出端Output與單片機P1.0相連接，單片機P3.0與P3.1口分別與RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303的RXD和TXD端相連接。

座椅主體由椅座和椅背構(gòu)成，椅座與椅背表面均為皮質(zhì)材料，椅座上表面距離地面42cm，椅背垂直于椅座，椅背下邊沿距離椅座7cm。

所述的單片機為IAP15F2K61S2單片機，該單片機具有共8個通道的10位高速ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，提供的64K Falsh空間，可以全部用作存儲數(shù)據(jù)。

所述FSR壓力傳感器的型號為FSR408 力敏電阻薄膜壓力傳感器，所述的光敏電阻型號為5516光敏電阻。

所述的數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067通過導(dǎo)線分別與四個FSR壓力傳感器和六個光敏電阻各自所在的電壓轉(zhuǎn)換電路輸出端相連接。數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067控制端INH接地。

所述的四個FSR壓力傳感器布置于長42cm、寬47cm的矩形皮質(zhì)椅座的特定位置：四個帶狀FSR傳感器椅座表面部分各自長20cm，均平行于椅座前后邊沿；A號、B號傳感器距離椅座前沿10cm，C號、D號傳感器距離椅座前沿27cm。

所述的六個光敏電阻布置于長36cm、寬47cm的圓角矩形皮質(zhì)椅背的特定位置：a號、b號光敏電阻均距離椅背下邊沿28cm，分別距離左右邊沿11cm；c號、d號光敏電阻位于a號、b號光敏電阻正下方10cm；e號、f號光敏電阻位于c號、d號光敏電阻正下方10cm。

附圖說明

圖1，基于壓力傳感器和光敏電阻的坐姿識別裝置物理模型。

圖2，數(shù)據(jù)采集單元相關(guān)元件連接示意圖。

圖3，椅座壓力傳感器分布示意圖。

圖4，椅背光敏電阻矩陣分布示意圖。

圖5，坐姿識別裝置工作流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細說明。

基于壓力傳感器和光敏電阻的坐姿識別裝置，結(jié)合圖1、圖2所示，該裝置由椅座(1)、椅背(2)、計算機(3)、FSR壓力傳感器(4)、光敏電阻(5)、數(shù)據(jù)采集單元(6)、USB數(shù)據(jù)傳輸線(7)組成；其特征在于數(shù)據(jù)采集單元(6)包括數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067(S1)、單片機(S2)和RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303(S3)，數(shù)據(jù)采集單元(6)位于椅座(1)下面；四個FSR壓力傳感器(4)與六個光敏電阻(5)通過導(dǎo)線與數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067(S1)相連接，數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067(S1)與單片機(S2)P1、P2口相連接，單片機(S2)P3口與RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303(S3)相連接，RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303(S3)與計算機(3)通過USB數(shù)據(jù)傳輸線(7)相連接，將單片機處理的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(3)中。計算機顯示人體坐姿識別結(jié)果。所述的計算機(3)通過USB數(shù)據(jù)傳輸線(7)向坐姿識別裝置各個電子元件供電。

所述的數(shù)據(jù)采集單元(6)，結(jié)合圖2所示，包括數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067(S1) 、單片機(S2)、和RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303(S3)，數(shù)據(jù)采集單元(6)位于椅座(1)下面；數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067地址端A、B、C、D分別與單片機P2.1、P2.2、P2.3、P2.4相連接，數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067輸出端Output與單片機P1.0相連接，單片機P3.0與P3.1口分別與RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303的RXD和TXD端相連接。

所述的數(shù)字控制模擬開關(guān)CD4067(S1)分別與四個FSR壓力傳感器(4)與六個光敏電阻(5)各自所在的電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連接。單片機根據(jù)真值表通過對CD4067地址段A、B、C、D置0或1完成10通道模擬量的選擇。CD6067控制端INH置0時其地址端通道選擇輸出有效，置1時地址段通道選擇輸出無效，本裝置地址段輸出始終有效，固CD4067控制端INH接地。本實用新型中壓力傳感器和光敏電阻各自的電壓轉(zhuǎn)換電路采用串聯(lián)分壓原理，該電路已經(jīng)十分成熟固不在重復(fù)敘述說明。

所述的四個FSR壓力傳感器(4)布置在長42cm、寬47cm的矩形皮質(zhì)椅座(1)的特定位置，結(jié)合圖 3所示：四個帶狀FSR傳感器椅座表面部分各自長20cm，均平行于椅座前后邊沿；A號、B號傳感器距離椅座前沿10cm，C號、D號傳感器距離椅座前沿27cm。當(dāng)人體坐姿發(fā)生改變時，人體左腿、右腿、左臀部、右臀部的壓力變化尤其明顯，因此合理布置壓力傳感器的位置非常重要，本實用新型根據(jù)人體工程學(xué)原理結(jié)合不同人群與座椅接觸的統(tǒng)計學(xué)規(guī)律將四個FSR壓力傳感器布置于左腿、右腿、左臀部、右臀部。

所述的六個光敏電阻(5)布置在長36cm、寬47cm的圓角矩形皮質(zhì)椅背(2)的特定位置，結(jié)合圖4所示：a號、b號光敏電阻均距離椅背下邊沿28cm，分別距離左右邊沿11cm；c號、d號光敏電阻位于a號、b號傳感器正下方10cm；e號、f號光敏電阻位于c號、d號光敏電阻正下方10cm。

本實用新型工作過程結(jié)合圖5說明，四個壓力傳感器與六個光敏電阻分別獲取10通道反映椅座處壓力和椅背處光照強度變化的模擬量。壓力傳感器和光敏電阻各自的電壓轉(zhuǎn)換電路將人體臀部、腿部與椅座壓力的變化和人體背部與椅背光照強度的變化都轉(zhuǎn)換為電壓的變化。單片機通過I/O口控制多路模擬開關(guān)CD4067的閉合進而選擇特定通道的模擬量數(shù)據(jù)，單片機內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換模塊將該通道的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。由于PC機與單片機的串口信號電平不一致，本實用新型將RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303與單片機P3口相接，把RS232信號轉(zhuǎn)換為USB信號，并通過USB串口數(shù)據(jù)傳輸線將單片機輸出的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上，計算機對數(shù)據(jù)進行分析從而完成人體坐姿的識別，并把結(jié)果最終顯示到計算機屏幕上。

本實用新型的光敏電阻矩陣工作原理就是利用座椅背部的光敏電阻實時的監(jiān)測座椅背部光照強度的變化，通過光照強度的變化來分析人體背部坐姿的變化。當(dāng)人體向前傾斜時，背部的光照強度強度較大，因此在光敏電阻電壓轉(zhuǎn)換電路中光敏電阻分得的電壓變小。當(dāng)人體向后傾斜時，背部光線大部分都被遮擋，因此光敏電阻分得的電壓變大。當(dāng)人體左抬腿或右抬腿時，布置于該腿下的光敏電阻測得的光照強度增加，其分得的電壓值遠遠小于正坐時，因此布置的光敏電阻可以較好的區(qū)別人體背部的不同坐姿。

本實用新型FSR壓力傳感器的工作原理就是當(dāng)人體坐姿改變時FSR壓力傳感器表面的壓力會產(chǎn)生不同的變化，通過人體臀部、腿部與椅座間壓力的變化來判斷人體臀部、腿部姿態(tài)的變化。當(dāng)人體保持正坐坐姿時，座椅接觸面壓力分布均勻。當(dāng)人體身體向前傾斜時，左腿以及右腿的壓力會增加，左臀部以及右臀部的壓力會明顯減小。當(dāng)人體坐姿處于抬腿動作時，抬起腿的壓力傳感器表面壓力會明顯減小。因此布置FSR壓力傳感器可以完成人體臀部和腿部坐姿的識別工作。

本實用新型FSR壓力傳感器主要完成人體臀部及腿部姿態(tài)的識別，光敏電阻矩陣主要完成人體背部姿態(tài)的識別。本實用新型將壓力傳感器與光敏電阻矩陣相結(jié)合確保了人體坐姿識別的完整性與準(zhǔn)確性。