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一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置

泰然健康网
2025-06-21 00:04

1.本实用新型涉及一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置，属于信息采集以及健康监测与控制技术领域。

背景技术：

2.随着我国经济发展转型升级，社会中职业分布不断更新，工作、学习也越来越多地占据了人们的时间，相应地，久坐伏案型人群占人口比例逐年增加。不同的坐姿下，身体各部位如脊椎、背部、臀部和腿部所承受的压力自然是不相同的。久坐时人们很难一直维持健康坐姿，如果长期处于不良坐姿，人体眼部、颈椎、脊椎、腰椎等部位出现损伤引发病变的几率非常之大。研究坐姿矫正装置对帮助人们在日常工作和学习中保持健康的坐姿，从而养成良好的坐姿习惯，维护身心健康、预防疾病有着重要的意义。
3.尽管基于坐姿理论，人们设计了各种有利健康的舒适座椅，但坐姿是否健康才是问题的关键所在，如果没有从小养成良好的习惯，很容易在投入到工作学习中后陷入不良坐姿或长时间不离开座椅。因此，设计一款能自主提醒用户矫正坐姿的智能座椅，对用户的坐姿和保持坐姿的时长进行实时检测，在需要的时候给予用户提示并显示当下状态，提醒用户更正不良坐姿或离开座椅活动身体肌肉关节，这样的研究是十分必要且符合市场需求的。国内外目前在坐姿实时监测研究工作中主要采用的方法有两种：利用摄像仪器记录用户动态姿态，从视频流中识别用户特征并运用不同的算法进行坐姿判断，或者利用传感器获得人体信息进而判断坐姿。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对现有健康监测装置存在无法实现动态提醒、存在漏检以及监测精度低的技术现状，提出了一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置。
5.本实用新型的核心思想为：电源模块经继电器给传感器模块、主控中心模块供电；用户通过控制面板设置提醒内容，通过多种传感器对用户进行健康监测，通过信息预处理模块对传感器模块获取的数据进行压缩和暂存，在主控中心模块提取静态、动态信息并经信息后处理模块校正与核实，将信息传输给提醒及显示模块进行提醒，给坐姿校正模块进行矫正，并通过云端数据库模块存储用户使用及健康情况建议。
6.一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置，包括控制面板、传感器模块、主控中心模块、信息预处理模块、app模块、坐姿矫正模块、继电器以及电源模块；
7.其中，app模块包括云端数据库模块和提醒及显示模块；
8.其中，控制面板包括信息输入模块；
9.其中，传感器模块包括红外传感器、混合分布式阵列薄膜压力传感器和无线电测距测向传感器；信息预处理模块包括信息压缩单元以及存储单元；
10.其中，主控中心模块包括动态信息提取处理模块、静态信息提取处理模块以及信息后处理模块；
11.其中，动态信息提取处理模块包括血压测量及监控单元、心率测量及监控单元、体温测量及监控单元以及脉搏测量单元；信息后处理模块包括信息核实单元以及校正单元；
12.其中，静态信息提取处理模块，包括久坐分析模块和体态分析模块；
13.其中，久坐分析模块包括连续计时单元和中断分析单元；
14.其中，体态分析模块包括坐姿识别分析单元以及身体前倾分析单元；
15.其中，云端数据库模块包括基础信息模块、差异信息模块和交流信息模块；
16.其中，提醒及显示模块包括体温异常提醒子模块、运动过度提醒子模块、运动缺乏提子模块、血压异常提醒子模块、心率异常提醒子模块、饮食建议子模块、久坐电击提醒子模块；
17.其中，坐姿矫正模块通过振动对用户的坐姿进行矫正；
18.主控中心模块通过局域网/城域网/蓝牙/电台/自主网的方式与app模块和包含控制面板的用户控制终端相连接；用户控制终端包括信息输入模块以及app模块中的提醒及显示模块；
19.所述健康监测装置中各模块及单元的连接关系为：
20.主控中心模块分别与传感器模块、继电器、信息预处理模块、坐姿校正以及app模块相连；控制面板与信息与预处理模块相连，静态信息提取处理模块与坐姿校正模块相连；信息预处理及存储单元与传感器模块相连；主控中心模块与app模块相连；主控中心模块与用户控制终端相连；主控中心模块中的静态信息提取处理模块与坐姿矫正模块相连；主控中心模块中的静态信息提取处理模块和动态信息提取处理模块与信息核实单元相连，动态信息提取处理模块中的血压测量及监控单元、心率测量及监控单元、体温测量及监控单元、脉搏测量单元与校正单元相连。
21.控制面板接收用户输入的身体数据范围和提醒方式，以便使用时更加准确地及提醒；传感器模块通过各种类的传感器，测量用户的各种身体数据；信息预处理模块对传感器传输的数据进行预处理并传送到主控中心模块；主控中心模块对传输过来的数据进行处理，得到相应身体情况的分析；动态信息提取处理模块对血压、心率、体温、脉搏这些动态信息进行分析比较，并通过校正单元进行相互校正；静态信息提取处理模块对是否久坐、体态是否正确进行分析；信息核实模块在接收到不理想的分析结果之后，再次确认分析结果是否正确，确定无误后，将结果传送到app模块；app模块通过app对用户进行提醒，以及对分析结果进行长期存储和监控以达到长期综合分析的目的，并通过交流信息模块向用户推荐健康科学的文章以及视频推送。
22.有益效果
23.本实用新型提出的一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置，与现有的健康监测装置相比，具有如下有益效果：
24.1.所述装置应用混合分布式、红外以及无线电测向等传感器及预处理，使得对健康监测更加精准、便捷以及功能更加齐全；
25.2.所述装置引入校正单元和信息核实单元，对得到的结论进行结论间的相互校正以及对不理想的结论进行二次检测，通过这些手段能够使用户对自身身体状况进行了全面监测和校对，得到的信息更加准确；
26.3.所述装置通过app模块与手机相连，能够更好地起到提醒效果，并引入云端数据
库模块能够对用户情况进行长期连续地分析；
27.4.所述装置通过控制面板，使用户自行输入身体情况阈值以及提醒方式，使所述系统更加智能个性化。
附图说明
28.图1是本实用新型一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置的组成框图；
29.图2是本实用新型一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置具体实施时基础版仅用于久坐提醒的组成示意图；
30.图3是本实用新型一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置具体实施时，分布式传感器采集到的压力示意图；
31.图4是本实用新型一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置用于久坐提醒的工作流程图；
32.图5是本实用新型一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置中体态分析模块的工作流程图；
33.图6是本实用新型一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置中动态信息提取处理模块工作流程图；
34.图7是本实用新型一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置中app模块的工作流程图。
具体实施方式
35.下面根据附图及实施例对本实用新型一种基于多传感器的久坐提醒及健康监测装置进行详细说明，但本实用新型的具体实施形式并不局限于此。
36.实施例1
37.本实施例阐述了将本实用新型所述装置配置给某大学生，监测该学生的坐姿及健康状况。所述装置具体实施时，如图1和图2所示，其中，图1为豪华版的模块配置，能够监测各种健康状况；图2为基础版本，主要进行坐姿监测与校正。
38.从图1可以看出，所述系统包括传感器模块、电源模块、主控中心模块、信息预处理模块、app模块以及控制面板。具体实施时，信息输入模块以及app模块中的提醒及显示模块均位于用户控制终端。传感器模块中的分布式阵列薄膜压力传感器铺设在座椅上获取该学生身体施加在座椅上的压力分布，再经无线电测距测向获取身体形态数据，传感器模块中还包含解耦电路、多路模拟开关电路、接口电路组成的采集电路；信息预处理单元的信息压缩单元对采集的信息进行压缩，再经存储单元对数据存储，具体通过与主控中心模块(stm32单片机)串行通信的sd卡实现存储，再经信息传输模块(对应图2中基础版本的蓝牙模块)向主控中心模块发送数据，久坐分析与体态分析在静态信息提取处理模块中实现，具体实施时，提取特征后再构建分类器进行识别与提示。由多传感器提取出的动态信息和静态信息，经信息后处理模块综合处理输出给提醒及显示模块对用户进行全方位的健康提醒。
39.所述健康监测装置具体实施时，考虑到学生健康监测需要及降低成本需求，使得大部分同学能承担得起购买监测系统的花费，基础版本的述监测系统中的传感器模块如图
2所示，其中仅包含分布式传感器，具体又包括：阵列传感器、压力传感器1和压力传感器2。压力传感器1和压力传感器2位于下颌骨旁以及手腕两处，通过测量这两处压力值的周期，得出心率和脉搏。阵列传感器位于坐垫中的分布式阵列传感器，具体实施时，为均匀分布或非均匀分布；均匀分布的阵列传感器采用52*44矩阵式柔性电阻式传感器或rx-m3232l大幅面分布式柔性薄膜压力传感器。非均匀分布的阵列传感器拟采用在受压力较大部分，布设低密度传感器；在受压力较小的部分，布设高密度传感器，以满足精细测量需求。根据已有结果可以得到低密度传感器的密度范围为1个/10cm2到5个/10cm2；高密度传感器的密度大于10/10cm2；具体如图3所示，虚线框内设置为高密度传感器，密度设置为10/10cm2，实线框为低密度传感器，密度小于10/10cm2。久坐提醒的流程如图4所示。
40.所述系统具体实施时，传感器模块中包含分布式阵列薄膜压力传感器、解耦电路、多路模拟开关电路以及接口电路组成采集电路；该分布式传感器铺设在座椅上获取该学生身体施加在座椅以及身体各处获取压力分布及身体形态数据，信息预处理单元的信息压缩单元对采集的信息进行压缩，再经存储单元对数据存储，具体通过与主控中心模块(stm32单片机)串行通信的sd卡实现存储，再经蓝牙模块向主控中心模块发送数据，久坐分析与体态分析在静态信息提取处理模块中实现，具体实施时，该久坐分析模块提取特征给体态分析模块；体态分析模块基于久坐分析输出的特征构建分类器，给出坐姿识别和身体前倾判断输出到信息后处理模块进行校正与核实。由分布式传感器提取出的动态信息和静态信息，经信息后处理模块综合处理输出给提醒及显示模块对用户进行全方位的健康提醒。
41.所述健康监测装置的操作过程，包括如下步骤：
42.步骤a：学生操作控制面板，通过信息输入模块设置各类信息；
43.其中，各类信息包括：足底压力范围、心率范围、血压范围、久坐时间界限以及提醒方式；上述各类信息均有设定默认值，学生根据自身情况进行个性化设置，若不修改初值，则所述系统使用默认值，默认值为：
44.压力范围为2.96
±
0.66kg/cm2；
45.心率范围为60～100次/分；
46.血压范围90mmhg《收缩压《140mmhg、60mmhg《舒张压《90mmhg；
47.久坐时间界限为45min，提醒方式为电击提醒；
48.步骤b：学生将混合分布式的阵列薄膜压力传感器佩戴在身体各处并通过传感器采集数据；
49.分布式阵列传感器测量的数据经过信息预处理模块中的压缩单元将无用的空白、明显误差毛刺信息滤除，将有用信息压缩并转移到暂存单元暂存，再传输到主控中心模块中静态信息提取处理模块的体态分析模块中进行分析；
50.其中，预处理包括去噪及平滑；
51.b.2无线电测距侧向传感器测量的数据经过信息预处理模块后，经信息压缩单元将无用的空白、明显误差毛刺信息滤除，将有用信息压缩转移到暂存单元进行暂时保存并传输到主控中心模块中静态信息提取处理模块的体态分析模块中对体态进行分析，具体如图5所示。这里提取，不同角度压力比例，以自然站立脊椎承受压力为基础参考；给出不同角度的压力比例：伏案前倾坐——1.66；绷直后背坐——1.1；全身懒散坐——0.54；靠住椅背向后倾斜——0.34。
52.步骤c:主控中心模块提取静态信息，具体为：静态信息提取处理模块提取静态信息，即基于采集到的传感器信息提取久坐、体态及坐姿特性，判断并给出静态信息类别，具体为：
53.c.1体态分析模块中坐姿识别单元判断分布式阵列传感器左侧测量数据是否明显大于右侧测量数据，若是，则判断该同学坐姿有左倾的问题；
54.明显大于定义为在连续测量的100次结果中，有超过60次出现该情况；
55.c.2经体态分析分析模块中坐姿识别单元判断测距上背部距离系统靠背的距离明显大于下背部距离系统靠背的距离，则判断该同学坐姿为前倾；
56.步骤d:坐姿分析结果经信息后处理模块信息核实单元确认无误后，将被传送到app模块和坐姿校正模块；
57.步骤e：主控中心模块将确认无误的分析结果传输到app模块和坐姿矫正模块，app模块通过云端数据库模块将分析结果进行长期保存记录分析，通过提醒及显示模块向该同学进行提醒；
58.与此同时，若该同学坐姿不正确，坐姿校正模块通过振动的方式，提醒该同学坐姿不正确；
59.app模块的提醒及显示模块会通过手机提醒该同学坐姿存在前倾左倾问题，app模块的云端数据库模块对结果进行保存，发现该同学连续几次使用该系统时皆存在该问题，则会向同学推送长期的分析结果以及健康建议；
60.坐姿校正模块将通过振动方式持续提醒该同学应尽快调整坐姿；
61.持续提醒设置在具体实施时，包括idle模式、正常模式和紧急模式，
62.idle模式适用于电量偏低的情况下，6-10分钟提醒一次；
63.正常模式下，2-5分钟提醒一次；
64.紧急模式在户外，阳光使电量充足的情况下；1分钟提醒一次。
65.实施例2
66.本实施例阐述了将本实用新型所提系统配置给“上班族”，监测该类人群的整体健康状况。所述系统具体实施时，如图1所示，主要包括传感器模块、电源模块、主控中心模块、信息预处理模块、app模块以及控制面板。
67.具体实施时，传感器模块中的分布式阵列薄膜压力传感器铺设在座椅上获取该“上班族”身体施加在座椅上的压力分布，再经无线电测距测向获取身体形态数据，所述系统具体实施时，传感器模块中包含解耦电路、多路模拟开关电路、接口电路组成的采集电路；信息预处理单元的信息压缩单元对采集的信息进行压缩，再经存储单元对数据存储，具体通过与主控中心模块(stm32单片机)串行通信的sd卡实现存储，再经蓝牙模块向主控中心模块发送数据，久坐分析与体态分析在静态信息提取处理模块中实现，具体实施时，提取特征后再构建分类器进行识别与提示。由多传感器提取出的动态信息和静态信息，经信息后处理模块综合处理输出给提醒及显示模块对用户进行全方位的健康提醒。
68.所述健康监测装置具体实施时，考虑到上班族作息不规律易患各种病症但又想要避免频繁去医院的需求，能够全方位进行健康监测，并给出饮食及运动方面的提醒与建议，本实施例不过多考虑成本问题，因此具体实施时，传感器模块全都具备，包括红外传感器、混合分布式的阵列薄膜压力传感器、无线电测距测向传感器。本实施例主要关注点在于：精
确给出健康状况、改善建议以及强提醒；体现在通过传感器模块不同单元的精确测量以及测量数据间的相互校正，实现准确的动静态监结果，属于本基于多传感器的健康监测装置的高配版本。
69.所述健康监测装置的操作过程，包括如下步骤：
70.步骤a：“上班族”操作控制面板，通过信息输入模块设置各类信息；
71.其中，各类信息包括：足底压力范围、心率范围、血压范围、久坐时间界限以及提醒方式；上述各类信息均有设定默认值，“上班族”可根据自身情况进行个性化设置；
72.若该“上班族”不修改初值，则使用系统设定的默认值，具体为：
73.足底压力范围为2.96
±
0.66kg/cm2；
74.心率范围为60～100次/分；
75.血压范围90mmhg《收缩压《140mmhg、60mmhg《舒张压《90mmhg；
76.久坐时间界限为45min，提醒方式为电击提醒；
77.步骤b：“上班族“将混合分布式的阵列薄膜压力传感器佩戴在身体各处并通过传感器采集数据，具体为：
78.b.1位于手腕处的分布式压电传感器是采用pl101柔性微压力传感器，具体实施时，是应用压力传感器获取人体手腕处桡动脉的脉搏信号，通过信号调理电路得到适合a/d转换所需要的电压信号，经信息压缩单元将无用的空白、明显误差毛刺信息滤除，将有用信息压缩转移到暂存单元暂时，再传输到主控中心模块中动态信息提取处理模块中进行分析；
79.其中，预处理包括去噪及平滑；
80.b.2位于椅背上的红外测温传感器，具体实施时，采用cwg-32-600h型红外测温传感器，对人体温度进行实施监测；测量信息经信息压缩单元将无用的空白、明显误差毛刺信息滤除，将有用信息压缩转移到暂存单元暂时，再传输到主控中心模块中动态信息提取处理模块中进行分析；
81.b.3静态监测设备与实例1介绍相同；
82.步骤c：主控中心模块提取静态信息，具体为：静态信息提取处理模块提取静态信息，即基于采集到的传感器信息提取久坐、体态及坐姿特性，判断并给出静态信息类别，具体为：
83.c.1体态分析模块中坐姿识别单元判断分布式阵列传感器左侧测量数据是否明显大于右侧测量数据，若不是，则判断该“上班族”坐姿无左右倾斜问题；
84.明显大于定义为在连续测量的100次结果中，有超过60次出现该情况；
85.c.2体态分析分析模块中坐姿识别单元判断测距上背部距离系统靠背的距离明显大于下背部距离系统靠背的距离，则判断该“上班族”坐姿为前倾；
86.c.3久坐分析模块中连续计时单元判断该“上班族”入座时间是否超过设定范围，若是，则判断该“上班族”存在久坐不运动的情况；
87.步骤d：主控中心模块提取动态信息，具体为：动态信息提取处理模块提取动态信息，即基于采集到的传感器信息提取脉搏、血压、心率和体温信息，判断并给出动态信息类别，具体为：
88.d.1脉搏测量及监控单元判断脉搏传感器测量的数据结果是否超出脉搏设定的正
常范围，若不是，则判断该“上班族”脉搏情况正常；
89.d.2血压测量及监控单元判断血压传感器测量的数据结果是否超出血压设定的正常范围，若不是，则判断该“上班族”血压情况正常；
90.d.3心率测量及监控单元判断心率传感器测量的数据结果是否超出心率设定的正常范围，若是，则判断该“上班族”心率情况不正常；
91.d.4体温测量及监控单元判断心率传感器测量的数据结果是否超出体温的正常范围，若是，则判断该“上班族”体温情况不正常；
92.步骤e:坐姿分析结果及久坐分析结果经信息后处理模块信息核实单元确认无误后，将被传送到app模块和坐姿校正模块；
93.血压、心率、脉搏分析结果经过信息后处理模块进行校正，具体情况为：
94.信息后处理模块的校正单元将血压、心率、脉搏这三种相互关联的信息进行相互校正，发现心率与脉搏信息没有相互匹配，则延长测量时间，等待下一组测量结果，最后发现心率情况测量错误，该“上班族”心率情况正常；
95.信息核实单元是在得到异常、不正常结果的时候，延长测量和记录时间，若发现仅仅是一时测量误差则将结果进行修正，若长时间仍为该结果则确认结果无误，具体为：
96.信息后处理模块的信息核实单元发现“上班族”体温情况不正常时，延长监测时间，最后发现在延长的时间段中，该“上班族”体温正常，则重新判断该“上班族”体温正常；
97.步骤f：主控中心模块将确认无误的分析结果传输到app模块和坐姿矫正模块，app模块通过云端数据库模块将分析结果进行长期保存记录分析，通过提醒及显示模块向该“上班族”进行提醒；
98.app模块的提醒及显示模块会通过手机提醒该“上班族”坐姿存在前倾问题、已长时间入座以及血压、心率、脉搏情况正常，app模块的云端数据库模块对结果进行保存，若发现该“上班族”连续几次使用该系统时皆存在前倾、久坐问题，则会向“上班族”推送长期的分析结果以及运动建议；
99.经保存后的数据显示用户连续一月存在多次久坐情况，则会推送一些五分钟锻炼教程，介绍一些常见的可以缓解腰椎压力的运动姿势。
100.实施例3
101.本实施例阐述了将本实用新型所述系统配置给某老年高血压患者，主要监测该老年患者的动态健康状况。所述系统具体实施时，如图3所示，主要包括传感器模块、电源模块、主控中心模块、信息预处理模块、app模块以及控制面板。
102.具体实施时，传感器模块中的分布式阵列薄膜压力传感器佩戴在老年患者手腕处获取该老年患者脉搏、血压等情况，再经红外传感器获取体温信息，所述系统具体实施时，传感器模块中包含解耦电路、多路模拟开关电路、接口电路组成的采集电路；信息预处理单元的信息压缩单元对采集的信息进行压缩，再经存储单元对数据存储，具体通过与主控中心模块(stm32单片机)串行通信的sd卡实现存储，再经蓝牙模块向主控中心模块发送数据，对血压、心率、脉搏、体温的分析在动态信息提取处理模块中实现，具体实施时，提取特征后再构建分类器进行识别与提示。由多传感器提取出的动态信息和静态信息，经信息后处理模块综合处理输出给提醒及显示模块对用户进行全方位的健康提醒。
103.所述健康监测装置具体实施时，考虑到老年人健康监测最重要的需要，所述系统
中的传感器模块中仅包含分布式阵列传感器。
104.所述健康监测装置的操作过程中，具体包括如下步骤：
105.步骤a：家人辅助老年高血压患者操作控制面板，通过信息输入模块设置各类信息；
106.其中，各类信息包括：心率范围、血压范围和脉搏范围；
107.老年高血压患者需将监测范围进行调整
108.心率范围收缩压140mmhg～155mmhg、舒张压90mmhg～110mmhg；
109.心率范围为80～110次/分；
110.步骤b：老年患者将混合分布式的阵列薄膜压力传感器佩戴在身体各处并通过传感器采集数据，具体为：
111.b.1分布式阵列传感器测量的血压、脉搏等数据经过信息预处理模块后，经信息压缩单元将无用的空白、明显误差毛刺信息滤除，将有用信息压缩转移到暂存单元暂时，再传输到主控中心模块中动态信息提取处理模块中进行分析；
112.b.2红外传感器测量的体温数据经过信息预处理模块后，经信息压缩单元将无用的空白、明显误差毛刺信息滤除，将有用信息压缩转移到暂存单元进行暂时保存并传输到主控中心模块中动态信息提取处理模块中进行分析；具体如图6所示。
113.步骤c:主控中心模块提取动态信息，具体为：动态信息提取处理模块提取动态信息，即基于采集到的传感器信息提取脉搏、血压、心率信息，判断并给出动态信息类别，具体为：
114.经动态信息提取处理模块中的血压、脉搏、心率测量及监控单元分析发现老年人脉搏高于设定的脉搏范围的最大值(110次/分)，血压值高于设定的血压范围的最大值(收缩压155mmhg、舒张压110mmhg)，判断老年患者目前有高血压症状发作的风险；
115.步骤d:分析完毕的结果经过信息后处理模块进行校正与信息核实，具体情况为：
116.若老年患者的脉搏和血压均出现超过设定范围的情况，则校正单元判定该次测量没有信息间的不匹配，测量正确，立即向app模块传输测量结果；
117.步骤e：app模块通过云端数据库模块将分析结果进行长期保存记录分析，通过提醒及显示模块向该老年高血压患者进行提醒；
118.app模块的提醒及显示模块会通过手机提醒该老年患者的家属目前老年人存在高血压症状，并且app模块的云端数据库模块对结果进行保存，对老年人的高血压症状出现频率等等问题进行分析，给出就医建议、饮食建议等，处理流程具体如图7所示。
119.以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。