一種基于人臉檢測(cè)和超聲波測(cè)距控制的坐姿矯正器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型為一種基于人臉檢測(cè)和超聲波測(cè)距控制的坐姿矯正器。其組成包括坐姿檢測(cè)部分、姿勢(shì)報(bào)警部分、電路控制部分和中心數(shù)據(jù)處理單元；其中，坐姿檢測(cè)部分包括人臉檢測(cè)模塊和超聲波發(fā)射接收模塊；姿勢(shì)報(bào)警部分包括報(bào)警模塊與顯示模塊；電路控制部分包括電源供電模塊和控制模塊，中心數(shù)據(jù)處理單元為單片機(jī)最小系統(tǒng)；其連接關(guān)系為：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)的單片機(jī)芯片分別與報(bào)警模塊、顯示模塊、人臉檢測(cè)模塊、超聲波發(fā)射接收模塊、電源供電模塊、控制模塊相連。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)對(duì)人臉的定位，最終達(dá)到超聲波模塊和人臉檢測(cè)模塊相結(jié)合的效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于人臉檢測(cè)和超聲波測(cè)距控制的坐姿矯正器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于教學(xué)教具技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于人臉檢測(cè)和超聲波測(cè)距控制的坐姿矯正器。通過(guò)把人臉檢測(cè)功能和超聲波測(cè)距功能相結(jié)合，對(duì)使用者的坐姿進(jìn)行提醒矯正。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今社會(huì)，隨著科學(xué)發(fā)展，越來(lái)越多的電子產(chǎn)品走進(jìn)我們的世界，很多兒童和青少年被這些新奇的設(shè)備深深的吸引住。再加上現(xiàn)在的兒童和青少年越來(lái)越不注重自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣，完全把老師所說(shuō)的“看書(shū)一尺遠(yuǎn)”拋在腦后。種種的不良因素導(dǎo)致如今的兒童和青少年視力急劇下降。截止到2015年，我國(guó)的青少年近視率更是達(dá)到了世界平均水平的1.5倍，“榮登” 了世界第一名。然而，傳統(tǒng)的智能坐姿矯正儀已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的需求。例如，申請(qǐng)?zhí)朇N201520185055.4公開(kāi)了一種智能超聲坐姿矯正儀，其通過(guò)超聲波測(cè)量距離來(lái)監(jiān)控使用者與探頭的距離，然而，因?yàn)槠渲皇峭ㄟ^(guò)超聲波測(cè)距來(lái)檢測(cè)使用者讀書(shū)距離，當(dāng)使用者的身體或者胳膊等部位阻擋超聲波傳輸時(shí)，引發(fā)警報(bào)誤報(bào)的可能性非常高，造成許多不便。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、方便快捷且應(yīng)用范圍廣泛的一種基于人臉檢測(cè)和超聲波測(cè)距控制的坐姿矯正器。這種坐姿矯正器，不像傳統(tǒng)的超聲波控制矯正器那樣具有十分高的誤報(bào)率，本實(shí)用新型通過(guò)把人臉檢測(cè)和超聲波測(cè)距相結(jié)合，使誤報(bào)率降到了最低。需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型最關(guān)鍵的地方在于把人臉檢測(cè)功能和超聲波測(cè)距功能結(jié)合到了一起，并且通過(guò)攝像頭和超聲波發(fā)射接收探頭的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能，這是所有坐姿矯正器所沒(méi)有用到的技術(shù)和想法，這種技術(shù)和想法是可行的更是空前的。而且本實(shí)用新型使用場(chǎng)合十分廣泛，兼顧了所有場(chǎng)景的坐姿問(wèn)題，包括看書(shū)和看電腦兩種情況。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種基于人臉檢測(cè)和超聲波測(cè)距控制的坐姿矯正器，其組成包括坐姿檢測(cè)部分、姿勢(shì)報(bào)警部分、電路控制部分和中心數(shù)據(jù)處理單元；
[0006]其中，坐姿檢測(cè)部分包括人臉檢測(cè)模塊和超聲波發(fā)射接收模塊;姿勢(shì)報(bào)警部分包括報(bào)警模塊與顯示模塊；電路控制部分包括電源供電模塊和控制模塊，中心數(shù)據(jù)處理單元為單片機(jī)最小系統(tǒng);其連接關(guān)系為:單片機(jī)最小系統(tǒng)的單片機(jī)芯片分別與報(bào)警模塊、顯示模塊、人臉檢測(cè)模塊、超聲波發(fā)射接收模塊、電源供電模塊、控制模塊相連；
[0007]所述超聲波發(fā)射接收模塊，包括超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，二者分別與單片機(jī)芯片相連；
[0008]所述人臉檢測(cè)模塊，為針孔攝像頭；
[0009]所述報(bào)警模塊為蜂鳴器；
[0010]所述顯示模塊為數(shù)碼管；
[0011]所述電源供電模塊包括12V蓄電池和USB接口，二者彼此獨(dú)立，擇一與單片機(jī)相連；
[0012]所述控制模塊為輕觸按鍵；
[0013]所述單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)芯片、復(fù)位系統(tǒng)和時(shí)鐘系統(tǒng)，時(shí)鐘系統(tǒng)和復(fù)位系統(tǒng)分別與單片機(jī)芯片相連；
[0014]所述的單片機(jī)芯片的型號(hào)為AT89C51。
[0015]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0016]本實(shí)用新型專(zhuān)利通過(guò)人臉檢測(cè)和超聲波測(cè)距共同實(shí)現(xiàn)對(duì)使用者坐姿的監(jiān)控，以達(dá)到矯正的目的。這種矯正器不同于以往傳統(tǒng)的超聲波測(cè)距矯正器，本矯正器添加了人臉檢測(cè)模塊，通過(guò)調(diào)用opencv函數(shù)庫(kù)中的相關(guān)函數(shù)，以及添加分類(lèi)器文件，實(shí)現(xiàn)對(duì)人臉的定位，最終達(dá)到超聲波模塊和人臉檢測(cè)模塊相結(jié)合的效果。避免了由胳膊以及書(shū)本等物體由于阻擋了超聲波的傳輸而帶來(lái)的誤報(bào)情況。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型專(zhuān)利的各模塊連接示意圖，圖中1-單片機(jī)最小系統(tǒng)、2-報(bào)警模塊、3-顯示模塊、4-人臉檢測(cè)模塊、5-超聲波發(fā)射接收模塊、6-電源供電模塊、7-控制模塊；
[0018]圖2是本實(shí)用新型專(zhuān)利中所用單片機(jī)芯片與各引腳功能；
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步詳述:
[0020]一種基于人臉檢測(cè)和超聲波測(cè)距控制的坐姿矯正器，其組成包括坐姿檢測(cè)部分、姿勢(shì)報(bào)警部分、電路控制部分和中心數(shù)據(jù)處理單元;-
[0021]其中，坐姿檢測(cè)部分包括人臉檢測(cè)模塊4和超聲波發(fā)射接收模塊5;姿勢(shì)報(bào)警部分包括報(bào)警模塊2與顯示模塊3 ；電路控制部分包括電源供電模塊6和控制模塊7，中心數(shù)據(jù)處理單元為單片機(jī)最小系統(tǒng)I;
[0022]其連接關(guān)系如圖1所示:單片機(jī)最小系統(tǒng)I分別與報(bào)警模塊2、顯示模塊3、人臉檢測(cè)模塊4、超聲波發(fā)射接收模塊5、電源供電模塊6、控制模塊7相連。
[0023]本實(shí)用新型專(zhuān)利包括兩種供電方式，12V蓄電池或者USB連接電腦，不管哪種供電方式，都是直接連接在單片機(jī)芯片上，再?gòu)耐粋€(gè)引腳分別分出多條導(dǎo)線，連接在各模塊。超聲波發(fā)射接收模塊通過(guò)超聲波來(lái)測(cè)量人體與探頭之間的距離，并把所得數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)芯片。人臉檢測(cè)模塊通過(guò)攝像頭讀取影像，并把所獲取的影像傳入單片機(jī)芯片。單片機(jī)芯片通過(guò)處理數(shù)據(jù)和影像，把距離顯示在數(shù)碼管上，并且判斷是否觸發(fā)蜂鳴器?？刂颇K控制整個(gè)儀器是否運(yùn)行。下面對(duì)系統(tǒng)中的各部分分別進(jìn)行說(shuō)明:
[0024]所述超聲波發(fā)射接收模塊5，包括超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，分別與圖2中單片機(jī)芯片Pl.0 口和P3.2 口相連，本實(shí)用新型專(zhuān)利采用的兩個(gè)探頭的距離為6cm，發(fā)射接收的超聲波信號(hào)為40kHz。單片機(jī)芯片產(chǎn)生40kHz的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大后送到超聲波發(fā)射探頭，同時(shí)單片機(jī)芯片啟動(dòng)中斷定時(shí)器，利用計(jì)數(shù)功能記錄超聲波從發(fā)射到接收所用時(shí)間；
[0025]所述人臉檢測(cè)模塊4，為針孔攝像頭，與圖2中單片機(jī)芯片P3.3口相連，針孔攝像頭獲得圖像后，把圖像傳遞到單片機(jī)芯片，單片機(jī)芯片內(nèi)程序會(huì)根據(jù)opencv分類(lèi)器，對(duì)人臉進(jìn)行定位，單片機(jī)芯片會(huì)計(jì)算人臉個(gè)數(shù)，當(dāng)人臉個(gè)數(shù)非零的時(shí)候，才會(huì)計(jì)算人體和超聲波探頭之間的距離。這樣可以排除胳膊，書(shū)本等物體所帶來(lái)的誤報(bào)情況；
[0026]所述報(bào)警模塊2為一個(gè)蜂鳴器，與圖2中單片機(jī)芯片P2.0口相連，受單片機(jī)芯片控制。本實(shí)用新型專(zhuān)利采用的是壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器以及共鳴箱、外殼等組成。并且，在蜂鳴器的外殼上，還裝有發(fā)光二極管，通過(guò)二極管的是否亮起，可以檢測(cè)到蜂鳴器是否正常工作。當(dāng)人體與超聲波探頭的距離小于規(guī)定值時(shí)，單片機(jī)芯片會(huì)通過(guò)電信號(hào)觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出鳴叫，這樣可以起到一個(gè)警示作用；
[0027]所述顯示模塊3，是由一個(gè)數(shù)碼管構(gòu)成，共12個(gè)引腳，其中8根與圖2中單片機(jī)芯片P0.0?P0.7相連，其余4個(gè)引腳分別連接I個(gè)電阻再與圖2中單片機(jī)芯片P2.4?P2.7 口相連。本實(shí)用新型專(zhuān)利采用的是4位共陽(yáng)極數(shù)碼管，當(dāng)超聲波通過(guò)探頭的發(fā)射和接收，把數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)芯片后，單片機(jī)芯片會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算，根據(jù)C = As公式計(jì)算出人體與儀器之間的距離，最終單片機(jī)芯片會(huì)把此信息傳遞給數(shù)碼管，通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)；
[0028]所述電源供電模塊6，包括12V蓄電池和USB接口，二者彼此獨(dú)立，擇一與單片機(jī)相連;這樣，電池可以采用兩種供電方式，電池供電或者是通過(guò)USB連接電腦實(shí)現(xiàn)供電。第一種，12V蓄電池能夠提供的電壓值為12V的直流電壓，電池先通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)芯片相連，再通過(guò)單片機(jī)芯片為各模塊提供電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)全電路供電；第二種，通過(guò)USB導(dǎo)線，把單片機(jī)芯片和電腦連接到一起，再通過(guò)單片機(jī)芯片為各模塊提供電源；
[0029]所述控制模塊7，由一個(gè)輕觸按鍵構(gòu)成，只與單片機(jī)芯片相連，通過(guò)單片機(jī)芯片對(duì)全局電路進(jìn)行控制。本實(shí)用新型專(zhuān)利采用的輕觸按鍵具有四個(gè)引腳，正對(duì)的兩個(gè)引腳是相通的。因此，在連接輕觸按鍵時(shí)本實(shí)用新型專(zhuān)利是連接斜對(duì)角的引腳；
[0030]其中，12V蓄電池或者USB接口和輕觸按鍵分別與中心數(shù)據(jù)處理單元相連；
[0031]所述中心數(shù)據(jù)處理單元即為單片機(jī)最小系統(tǒng)I;
[0032]所述單片機(jī)最小系統(tǒng)I，包括單片機(jī)芯片、復(fù)位系統(tǒng)和時(shí)鐘系統(tǒng)，時(shí)鐘系統(tǒng)和復(fù)位系統(tǒng)分別與單片機(jī)芯片相連，兩者之間互不相連。其中單片機(jī)芯片的型號(hào)為AT89C51。時(shí)鐘系統(tǒng)通過(guò)石英晶振的自激振蕩，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。復(fù)位系統(tǒng)中當(dāng)出現(xiàn)24個(gè)振蕩周期的高電平時(shí)，單片機(jī)芯片會(huì)自動(dòng)復(fù)位。
[0033]實(shí)施例1、使用者在讀書(shū)時(shí)使用坐姿矯正器的過(guò)程為:
[0034](I)使用者在讀書(shū)時(shí)使用了本坐姿矯正器，打開(kāi)開(kāi)關(guān)以后，數(shù)碼管會(huì)顯示0000，蜂鳴器沒(méi)有聲音；
[0035](2)調(diào)節(jié)超聲波探頭所帶支架，使探頭的高度與書(shū)本高度保持持平，超聲波發(fā)射探頭和接收探頭開(kāi)始工作，持續(xù)發(fā)出對(duì)人物無(wú)害的超聲波；
[0036](3)攝像頭同時(shí)開(kāi)始工作，讀取影像并傳遞給單片機(jī)芯片，通過(guò)單片機(jī)芯片程序處理判斷遮擋物是否為人臉；
[0037](4)使用一段時(shí)間，使用者會(huì)非故意的活動(dòng)一下胳膊或者挪動(dòng)一下書(shū)本，此時(shí)攝像頭判斷遮擋物非人臉，不會(huì)觸發(fā)蜂鳴器警報(bào)；
[0038](5)使用者慢慢低下了頭，儀器通過(guò)超聲波測(cè)距判斷出遮擋物與探頭距離已低于固定值，且攝像頭識(shí)別出人臉，此時(shí)單片機(jī)芯片觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，并在數(shù)碼管上顯示使用者的頭部與書(shū)本之間的距離。
[0039]實(shí)施例2、使用者在看電腦時(shí)使用坐姿矯正器的過(guò)程為:
[0040](I)使用者坐在電腦前，坐姿矯正器通過(guò)自帶的兩個(gè)掛鉤被使用者掛在了電腦的后面，并且漏出了攝像頭、超聲波探頭、電源開(kāi)關(guān)、蜂鳴器和數(shù)碼管。通過(guò)按動(dòng)電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)坐姿矯正器，此時(shí)數(shù)碼管顯示OOOO，蜂鳴器沒(méi)有聲音；
[0041 ] (2)調(diào)節(jié)超聲波探頭所帶支架，使探頭與書(shū)本保持水平。超聲波探頭開(kāi)始工作，通過(guò)發(fā)射和接收超聲波來(lái)測(cè)量人體與探頭之間的距離；
[0042](3)攝像頭同時(shí)開(kāi)啟，實(shí)時(shí)讀取所照射的景象，并且把圖像傳送給單片機(jī)芯片；
[0043](4)使用一段時(shí)間，使用者起身活動(dòng)時(shí)，攝像頭未檢測(cè)到人臉，因此不會(huì)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警；
[0044](5)使用者的臉慢慢貼近電腦屏幕，此時(shí)攝像頭與超聲波探頭同時(shí)工作，把數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)芯片，單片機(jī)芯片經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，使用者已經(jīng)離電腦過(guò)近，因此觸發(fā)蜂鳴器進(jìn)行警告，數(shù)碼管顯示使用者與電腦之間的距離。
[0045]本實(shí)用新型為追求精確度，為超聲波探頭和攝像頭安裝了升降支架，這樣可以使測(cè)量?jī)x器與書(shū)本和電腦保持持平，消除了誤差。
[0046]需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型專(zhuān)利所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本實(shí)用新型專(zhuān)利包括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0047]本實(shí)用新型未盡事宜為公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于人臉檢測(cè)和超聲波測(cè)距控制的坐姿矯正器，其特征為其組成包括坐姿檢測(cè)部分、姿勢(shì)報(bào)警部分、電路控制部分和中心數(shù)據(jù)處理單元； 其中，坐姿檢測(cè)部分包括人臉檢測(cè)模塊和超聲波發(fā)射接收模塊;姿勢(shì)報(bào)警部分包括報(bào)警模塊與顯示模塊；電路控制部分包括電源供電模塊和控制模塊，中心數(shù)據(jù)處理單元為單片機(jī)最小系統(tǒng);其連接關(guān)系為:單片機(jī)最小系統(tǒng)的單片機(jī)芯片分別與報(bào)警模塊、顯示模塊、人臉檢測(cè)模塊、超聲波發(fā)射接收模塊、電源供電模塊、控制模塊相連； 所述超聲波發(fā)射接收模塊，包括超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，二者分別與單片機(jī)芯片相連； 所述人臉檢測(cè)模塊為針孔攝像頭； 所述報(bào)警模塊為蜂鳴器； 所述顯示模塊為數(shù)碼管； 所述電源供電模塊包括12V蓄電池和USB接口，二者彼此獨(dú)立，擇一與單片機(jī)相連； 所述控制模塊為輕觸按鍵； 所述單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)芯片、復(fù)位系統(tǒng)和時(shí)鐘系統(tǒng)，時(shí)鐘系統(tǒng)和復(fù)位系統(tǒng)分別與單片機(jī)芯片相連。2.如權(quán)利要求1所述的基于人臉檢測(cè)和超聲波測(cè)距控制的坐姿矯正器，其特征為所述的單片機(jī)芯片的型號(hào)為AT89C51。
【文檔編號(hào)】G08B21/24GK205486699SQ201620316873
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月13日
【發(fā)明人】趙翔宇, 周亞同, 張?chǎng)? 常和玲, 楊艷芳
【申請(qǐng)人】河北工業(yè)大學(xué)