專利名稱：頸椎趣味保健系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頸椎趣味保健系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，尤其涉及一種基于微型傳感器和計(jì)算機(jī)平臺的頸椎趣味保健系統(tǒng)，屬于頸椎趣味保健領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)使用頻率的提高，人群中出現(xiàn)頸椎不適現(xiàn)象的比例逐年上升，這一現(xiàn)象在白領(lǐng)和學(xué)生人群中尤為突出，因此，需要一款適于在辦公場所使用的集科學(xué)性、保健性和娛樂性于一體的頸椎保健產(chǎn)品。現(xiàn)有的頸椎保健類產(chǎn)品或者功能比較單一，或者不適于在辦公場所使用。有的產(chǎn)品采用座椅形式，體積龐大，費(fèi)用高昂，不適合快節(jié)奏的白領(lǐng)人群使用。有的產(chǎn)品利用顯示器基座引導(dǎo)用戶進(jìn)行頸部運(yùn)動，但無法對用戶的頸部運(yùn)動作出反饋，缺乏互動性和科學(xué)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的頸椎保健產(chǎn)品不適合在辦公場所使用和缺乏互動性和娛樂性的問題，本發(fā)明提供了一種基于微型傳感器和計(jì)算機(jī)平臺的頸椎趣味保健系統(tǒng)。它集成在一頂特制的帽子上，通過與安裝在計(jì)算機(jī)上的互動平臺連接，可以實(shí)現(xiàn)對用戶頸部運(yùn)動姿態(tài)的引導(dǎo)和檢測，通過合理的設(shè)計(jì)互動平臺實(shí)現(xiàn)頸部運(yùn)動的科學(xué)性、保健性和娛樂性。本發(fā)明的技術(shù)方案是參閱圖1和圖2，本發(fā)明公開的一種頸椎趣味保健系統(tǒng)，包括微型加速度傳感器102、微型陀螺儀104、微控制器106、音頻功放電路108、揚(yáng)聲器110、編碼轉(zhuǎn)換電路112、人體輸入輸出設(shè)備模塊114、電源116、互動平臺118，所述的互動平臺118 安裝在計(jì)算機(jī)120上，其余部分均安裝在感知帽100上；所述微型加速度傳感器102為美新公司加速度計(jì)傳感器，型號為MXC6202XG/H/M/N ；微控制器106接收來自微型加速度傳感器102和微型陀螺儀104的信號，判斷出人體頸部運(yùn)動的實(shí)時姿態(tài)，通過編碼轉(zhuǎn)換電路112發(fā)送控制信號到人體輸入輸出設(shè)備模塊 114，將相應(yīng)信息發(fā)送至計(jì)算機(jī)120 ；計(jì)算機(jī)120將收到的信息發(fā)送至互動平臺118 ；互動平臺118根據(jù)程序設(shè)定判斷用戶是否正確執(zhí)行了規(guī)定的頸部運(yùn)動，并將信息通過人體輸入輸出模塊114和音頻功放電路108以聲音的形式在揚(yáng)聲器110上播放進(jìn)行提示，同時互動平臺118將相應(yīng)結(jié)果在計(jì)算機(jī)120上以畫面方式顯示；所述電源116給微型加速度傳感器 102、微型陀螺儀104、微控制器106、音頻功放電路108、揚(yáng)聲器110、編碼轉(zhuǎn)換電路112、人體輸入輸出設(shè)備模塊114供電。本發(fā)明提出的頸椎趣味保健系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包括感知帽的實(shí)現(xiàn)方法和互動平臺的實(shí)現(xiàn)方法兩部分，其感知帽的實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟步驟一微型加速度傳感器102和微型陀螺儀104實(shí)時檢測用戶頸部運(yùn)動過程中的X向加速度信號Ax、y向加速度信號Ay、ζ向角速度信號Wz ；所述χ向、y向、ζ向的定義為用戶人體的右方、正前方和正上方分別為X軸、Y軸和Z軸的正向，
步驟二 對步驟一中產(chǎn)生的χ向加速度信號Ax、y向加速度信號Ay和角速度信號 W進(jìn)行處理，判斷出用戶頸部運(yùn)動的實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)；其處理判斷依據(jù)是當(dāng)滿足Ax彡0. 8g，Ay彡1. 2g，W ^ -35° /s,實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為左轉(zhuǎn)；當(dāng)滿足Ax彡1.2g，Ay彡1.2g，W彡35° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為右轉(zhuǎn)；當(dāng)滿足:Ax = 0g，Ay彡1.2g，W = 0° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為前傾當(dāng)滿足Ax = 0g, Ay彡0. 8g，W = 0° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為后仰當(dāng)滿足Ax彡0. 8g，Ay = Og, W = 0° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為左斜當(dāng)滿足:Ax彡1. 2g，Ay = 0g，W = 0° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為右斜步驟三微控制器106根據(jù)頸部運(yùn)動姿態(tài)通過編碼轉(zhuǎn)換電路112發(fā)送控制信號到人體輸入輸出設(shè)備模塊114 ；步驟四人體輸入輸出設(shè)備模塊114將收到的信息發(fā)送至計(jì)算機(jī)120 ；步驟五重復(fù)步驟一-步驟五，連續(xù)檢測、發(fā)送頸部的實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)；其互動平臺的實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟步驟一計(jì)算機(jī)120將收到的信息發(fā)送至互動平臺118 ；步驟二 互動平臺118根據(jù)程序設(shè)定判斷用戶是否正確執(zhí)行了規(guī)定的頸部運(yùn)動， 并將信息分別通過音頻功放電路108以聲音的形式在揚(yáng)聲器110上播放進(jìn)行提示和計(jì)算機(jī) 120上以畫面方式顯示；步驟三重復(fù)步驟一 _步驟三，連續(xù)對用戶頸部運(yùn)動進(jìn)行判斷和反饋。本發(fā)明的有益效果是采用加速度傳感器和微型陀螺儀可以全面、實(shí)時地檢測頸部運(yùn)動情況，通過微控制器實(shí)現(xiàn)判斷并將結(jié)果發(fā)送至互動平臺?；悠脚_根據(jù)有關(guān)保健資料，合理設(shè)定頸部的科學(xué)運(yùn)動方法，根據(jù)檢測到的用戶頸部真實(shí)運(yùn)動情況進(jìn)行反饋，并將結(jié)果以聲音和畫面的方式提示，便于用戶糾正不正確的頸部運(yùn)動方法。感知帽可以實(shí)時高精度的檢測用戶頸部的運(yùn)動狀態(tài)，互動平臺是一款安裝在電腦上的符合頸椎保健運(yùn)動要求的互動小游戲，可以在一定程度上根據(jù)頸椎運(yùn)動的要求設(shè)計(jì)游戲場景，并可根據(jù)用戶個人喜好進(jìn)行更換。互動平臺具有兩大優(yōu)點(diǎn)一是控制方式由傳統(tǒng)的鍵盤和鼠標(biāo)改為頭部運(yùn)動控制，二是游戲的場景設(shè)置符合頸椎運(yùn)動的科學(xué)規(guī)律，可以達(dá)到放松和保健的效果。整個系統(tǒng)只需要感知帽這一外在實(shí)物，適合于在辦公和家庭等場所使用，具有成本低、智能化、科學(xué)性和娛樂性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1 本發(fā)明提出的頸椎趣味保健系統(tǒng)組成示意中，100-感知帽，102-微型加速度傳感器，104-微型陀螺儀，106-微控制器， 108-音頻功放電路，110-揚(yáng)聲器，112-編碼轉(zhuǎn)換電路，114-人體輸入輸出設(shè)備模塊，116-電源，118-互動平臺，120-計(jì)算機(jī)
具體實(shí)施例方式
參閱圖1和圖2，本實(shí)施例公開的一種頸椎趣味保健系統(tǒng)，包括微型加速度傳感器 102、微型陀螺儀104、微控制器106、音頻功放電路108、揚(yáng)聲器110、編碼轉(zhuǎn)換電路112、人體輸入輸出設(shè)備模塊114、電源116、互動平臺118，所述的互動平臺118安裝在計(jì)算機(jī)120上，其余部分均安裝在感知帽100上；本實(shí)施例中電源120為計(jì)算機(jī)USB總線中的供電線路，用于給微型加速度傳感器 102、微型陀螺儀104、微控制器106、音頻功放電路108、揚(yáng)聲器110、編碼轉(zhuǎn)換電路112、人體輸入輸出設(shè)備模塊114供電；微型加速度傳感器102為美新公司加速度計(jì)傳感器，型號為 MXC6202XG/H/M/N ；微型陀螺儀104為中星測控公司的單軸陀螺儀，型號為CS-ARS-OlA ；微控制器106為愛特梅爾公司的單片機(jī)，型號為AT89S52 ；微控制器106接收來自微型加速度傳感器102和微型陀螺儀104的信號，判斷出人體頸部運(yùn)動的實(shí)時姿態(tài)，通過編碼轉(zhuǎn)換電路 112發(fā)送控制信號到人體輸入輸出設(shè)備模塊114，將相應(yīng)信息發(fā)送至計(jì)算機(jī)120 ；計(jì)算機(jī)120 將收到的信息發(fā)送至互動平臺118 ；互動平臺118根據(jù)程序設(shè)定判斷用戶是否正確執(zhí)行了規(guī)定的頸部運(yùn)動，并將信息通過人體輸入輸出模塊114和音頻功放電路108以聲音的形式在揚(yáng)聲器110上播放進(jìn)行提示，同時互動平臺118將相應(yīng)結(jié)果在計(jì)算機(jī)120上以畫面方式顯不。本實(shí)施例的頸椎趣味保健系統(tǒng)的具體操作步驟如下(1)戴上感知帽，并將其與計(jì)算機(jī)相連；(2)運(yùn)行安裝在計(jì)算機(jī)上的互動平臺；(3)運(yùn)動根據(jù)互動平臺中給出的提示進(jìn)行頸部運(yùn)動；(4)互動平臺對用戶頸部運(yùn)動情況給予反饋，如果運(yùn)動方式不正確，感知帽將發(fā)出提示音；(5)取下感知帽，關(guān)閉互動平臺。本實(shí)施例的頸椎趣味保健系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包括感知帽的實(shí)現(xiàn)方法和互動平臺的實(shí)現(xiàn)方法兩部分，其感知帽的實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟步驟一微型加速度傳感器102和微型陀螺儀104實(shí)時檢測用戶頸部運(yùn)動過程中的X向加速度信號Ax、y向加速度信號Ay、ζ向角速度信號Wz ；所述χ向、y向、ζ向的定義為用戶人體的右方、正前方和正上方分別為X軸、Y軸和Z軸的正向，步驟二 對步驟一中產(chǎn)生的χ向加速度信號Ax、y向加速度信號Ay和角速度信號 W進(jìn)行處理，判斷出用戶頸部運(yùn)動的實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)；其處理判斷依據(jù)是當(dāng)滿足Ax彡0. 8g，Ay彡1. 2g，W ^ -35° /s,實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為左轉(zhuǎn)；當(dāng)滿足Ax彡1.2g，Ay彡1.2g，W彡35° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為右轉(zhuǎn)；當(dāng)滿足Ax = 0g, Ay彡1. 2g，W = 0° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為前傾當(dāng)滿足Ax = 0g, Ay^O. 8g, W = 0° /s,實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為后仰當(dāng)滿足Ax彡0. 8g，Ay = 0g，W = 0° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為左斜當(dāng)滿足:Ax彡1. 2g，Ay = Og, W = 0° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為右斜步驟三微控制器106根據(jù)頸部運(yùn)動姿態(tài)通過編碼轉(zhuǎn)換電路112發(fā)送控制信號到人體輸入輸出設(shè)備模塊114 ；步驟四人體輸入輸出設(shè)備模塊114將收到的信息發(fā)送至計(jì)算機(jī)120 ；步驟五重復(fù)步驟一 _步驟五，連續(xù)檢測、發(fā)送頸部的實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)；其互動平臺的實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟步驟一計(jì)算機(jī)120將收到的信息發(fā)送至互動平臺118 ；步驟二 互動平臺118根據(jù)程序設(shè)定判斷用戶是否正確執(zhí)行了規(guī)定的頸部運(yùn)動，并將信息分別通過音頻功放電路108以聲音的形式在揚(yáng)聲器110上播放進(jìn)行提示和計(jì)算機(jī) 120上以畫面方式顯示； 步驟三重復(fù)步驟一 _步驟三，連續(xù)對用戶頸部運(yùn)動進(jìn)行判斷和反饋。
權(quán)利要求
1.一種頸椎趣味保健系統(tǒng)，包括微型加速度傳感器(102)、微型陀螺儀(104)、微控制器(106)、音頻功放電路(108)、揚(yáng)聲器(110)、編碼轉(zhuǎn)換電路(112)、人體輸入輸出設(shè)備模塊 (114)、電源(116)、互動平臺(118)，所述的互動平臺(118)安裝在計(jì)算機(jī)(120)上，其余部分均安裝在感知帽(100)上；所述微型加速度傳感器(102)為美新公司加速度計(jì)傳感器，型號為 MXC6202XG/H/M/N ；微控制器(106)接收來自微型加速度傳感器(102)和微型陀螺儀(104)的信號，判斷出人體頸部運(yùn)動的實(shí)時姿態(tài)，通過編碼轉(zhuǎn)換電路(112)發(fā)送控制信號到人體輸入輸出設(shè)備模塊(114)，將相應(yīng)信息發(fā)送至計(jì)算機(jī)(120)；計(jì)算機(jī)(120)將收到的信息發(fā)送至互動平臺 (118)；互動平臺(118)根據(jù)程序設(shè)定判斷用戶是否正確執(zhí)行了規(guī)定的頸部運(yùn)動，并將信息通過人體輸入輸出模塊(114)和音頻功放電路(108)以聲音的形式在揚(yáng)聲器(110)上播放進(jìn)行提示，同時互動平臺(118)將相應(yīng)結(jié)果在計(jì)算機(jī)(120)上以畫面方式顯示；所述電源(116)給微型加速度傳感器(102)、微型陀螺儀(104)、微控制器(106)、音頻功放電路 (108)、揚(yáng)聲器(110)、編碼轉(zhuǎn)換電路(112)、人體輸入輸出設(shè)備模塊(114)供電。
2.一種如權(quán)利要求1所述的頸椎趣味保健系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括感知帽的實(shí)現(xiàn)方法和互動平臺的實(shí)現(xiàn)方法兩部分，其感知帽的實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟步驟一微型加速度傳感器(102)和微型陀螺儀(104)實(shí)時檢測用戶頸部運(yùn)動過程中的χ向加速度信號Ax、y向加速度信號Ay、ζ向角速度信號Wz ；所述χ向、y向、ζ向的定義為用戶人體的右方、正前方和正上方分別為X軸、Y軸和Z軸的正向，步驟二 對步驟一中產(chǎn)生的χ向加速度信號Ax、y向加速度信號Ay和角速度信號W進(jìn)行處理，判斷出用戶頸部運(yùn)動的實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)；其處理判斷依據(jù)是當(dāng)滿足Ax彡0. 8g，Ay彡1. 2g，W ^ -35° /s,實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為左轉(zhuǎn)； 當(dāng)滿足Ax彡1. 2g，Ay彡1. 2g，W彡35° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為右轉(zhuǎn)； 當(dāng)滿足-M = 0g, Ay彡1. 2g，W = 0° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為前傾； 當(dāng)滿足Ax = 0g, Ay^O. 8g,ff = 0° /s,實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為后仰； 當(dāng)滿足Ax彡0. 8g，Ay = 0g,ff = 0° /s,實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為左斜； 當(dāng)滿足:Ax彡1. 2g，Ay = 0g，W = 0° /s，實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)為右斜； 步驟三微控制器(106)根據(jù)頸部運(yùn)動姿態(tài)通過編碼轉(zhuǎn)換電路(112)發(fā)送控制信號到人體輸入輸出設(shè)備模塊(114)；步驟四人體輸入輸出設(shè)備模塊(114)將收到的信息發(fā)送至計(jì)算機(jī)(120)； 步驟五重復(fù)步驟一 _步驟五，連續(xù)檢測、發(fā)送頸部的實(shí)時運(yùn)動姿態(tài)； 其互動平臺的實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟 步驟一計(jì)算機(jī)(120)將收到的信息發(fā)送至互動平臺(118)； 步驟二互動平臺(118)根據(jù)程序設(shè)定判斷用戶是否正確執(zhí)行了規(guī)定的頸部運(yùn)動，并將信息分別通過音頻功放電路(108)以聲音的形式在揚(yáng)聲器(110)上播放進(jìn)行提示和計(jì)算機(jī)(120)上以畫面方式顯示；步驟三重復(fù)步驟一 _步驟三，連續(xù)對用戶頸部運(yùn)動進(jìn)行判斷和反饋。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頸椎趣味保健系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，尤其涉及一種基于微型傳感器和計(jì)算機(jī)平臺的頸椎趣味保健系統(tǒng)，屬于頸椎趣味保健領(lǐng)域。它集成在一頂特制的帽子上，用加速度傳感器和微型陀螺儀全面、實(shí)時地檢測頸部運(yùn)動情況，通過微控制器實(shí)現(xiàn)判斷并將結(jié)果發(fā)送至互動平臺。互動平臺根據(jù)有關(guān)保健資料，合理設(shè)定頸部的科學(xué)運(yùn)動方法，根據(jù)檢測到的用戶頸部真實(shí)運(yùn)動情況進(jìn)行反饋，并將結(jié)果以聲音和畫面的方式提示，便于用戶糾正不正確的頸部運(yùn)動方法。整個系統(tǒng)只需要感知帽這一外在實(shí)物，適合于在辦公和家庭等場所使用，具有成本低、智能化、科學(xué)性和娛樂性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G06F19/00GK102178535SQ20111008133
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者何洋, 尹恒許, 朱霄波, 楊海博, 謝中建, 高滋 申請人:西北工業(yè)大學(xué)