一种脊柱侧凸动态矫姿系统的制作方法

本实用新型属于运动器材技术领域，尤其涉及一种脊柱侧凸动态矫姿系统。

背景技术：

现有脊柱侧凸动态矫姿系统只注重胸腰段侧弯的问题，并没有囊括了头部、颈胸腰椎及骨盆，并且现有脊柱侧凸动态矫姿系统智能化程序不高，不能够快速并人性化帮助使用者实现矫姿目的。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种脊柱侧凸动态矫姿系统解决了现有脊柱侧凸动态矫姿系统没有囊括了头部、颈胸腰椎及骨盆的调整问题。

为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案为：

本方案提供一种脊柱侧凸动态矫姿系统，包括脊柱侧凸动态矫姿系统本体、用于将脊柱侧凸动态矫姿系统本体贴合于人体的脊柱侧弯支具、设置于脊柱侧弯支具上的控制机构以及颈椎位置感应装置；

所述控制机构包括控制器，以及分别与所述控制器连接的温度传感器、压力传感器、电源电路以及报警器；

所述电源电路分别与所述温度传感器、压力传感器以及报警器连接；

所述颈椎位置感应装置与所述控制器连接。

本实用新型的有益效果是：本申请通过温度传感器、压力传感器以及颈椎位置感应装置所采集的人体体态信息，将该信息传送至控制器，由控制器判断使用者的体态是否正常，若不正常则通过报警器发出震动，提醒使用者对体态进行调整。本申请囊括了头部、颈胸腰椎及骨盆的调整，改变传统脊柱侧凸动态矫姿系统只注重胸腰段侧弯的问题，从而能够快速并人性化帮助使用者实现矫姿目的。本申请解决了现有脊柱侧凸动态矫姿系统只解决胸腰段侧弯的问题，改变过去脊柱侧凸动态矫姿系统被动调整患者姿态，控制系统装置将通过震动提醒佩戴者进行主动姿态调整，从而更好的激活神经肌肉控制系统以提升疗效。本申请能动态监测使用者的体姿、体态问题，改变既往矫姿器仅仅只能达到静态牵伸的作用。

再进一步地，所述脊柱侧弯支具为绑带式结构，将脊柱侧凸动态矫姿系统本体绑缚于人体表面，使脊柱侧凸动态矫姿系统本体与人体表面贴合。

上述进一步方案的有益效果是：本申请中对脊柱侧弯支具为使用者提供了便利条件。

再进一步地，所述脊柱侧弯支具与所述脊柱侧凸动态矫姿系统本体可拆卸连接。

上述进一步方案的有益效果是：脊柱侧凸动态矫姿系统本体与脊柱侧弯支具可拆卸连接，不仅使脊柱侧弯支具可以方便地更换，还脊柱侧弯支具可以重复使用，节约了成本。

再进一步地，所述控制器包括型号为at89c51的单片机芯片u1，所述芯片u1的第5引脚与发光二极管d1的负极连接，发光二极管d1的正极与接地电阻r3连接，所述芯片u1的第31引脚与电容c3的一端连接，并接地，所述芯片u1的第9引脚分别与电容c3的另一端以及电阻r1的一端连接，所述芯片u1的第11引脚与所述电源电路连接，所述芯片u1的第18引脚分别与晶体振荡器x1的一端以及电容c2的一端连接，所述芯片u1的第19引脚分别与晶体振荡器以及电容c1的一端连接，电容c1的另一端分别与电容c2的另一端以及电阻r1的另一端连接，并接地，所述芯片u1的第16引脚分别与电阻r2的一端以及所述温度传感器连接，电阻r2的另一端分别与所述温度传感器和所述电源电路连接，所述芯片u1的第13引脚与所述电源电路连接，所述芯片u1的第12引脚与所述压力传感器连接，所述芯片u1的第14引脚与所述颈椎位置感应装置连接。

上述进一步方案的有益效果是：本申请利用at89c51的单片机的int0引脚获取压力传感器所采集的使用者不同体位状态下的压力状态，通过wr引脚获取温度传感器所采集的使用者双侧肌肉代谢状态，从而动态观测两侧肌肉运动是否均衡，通过to引脚获取颈椎位置感应装置所采集的使用者头部位置状态，本申请中控制器采集温度传感器、脊椎本体传感器以及压力传感器所传递的信息，计算并判断出使用者的姿态是否需要调整，若使用者体态需要调整，控制器将发出震动信号，提醒使用者进行姿态调整，通过刺激青少年主动有意识的调整姿态，达到重建神经－肌肉调控机制的目的，最终达到矫正体态的目的。

再进一步地，所述温度传感器包括型号为ds18b20的温度传感芯片u2，所述芯片u2的第3引脚分别与电阻r2的另一端以及所述电源电路连接，所述芯片u2的第2引脚与所述芯片u1的第16引脚连接，所述芯片u2的第1引脚接地。

上述进一步方案的有益效果是：本申请中ds18b20的温度传感芯片为数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小，成本低，抗干扰能力强，精度高的特点。由于运动后肌肉的代谢及血循会增加，故局部温度会升高，本申请中通过温度感应装置能测出脊柱两侧的肌肉代谢状态，从而动态观测两侧肌肉运动是否均衡，当两侧温度不均等状态持续10分钟以上，控制器将发出震动信号，刺激温度及压力较低侧，提醒使用者进行姿态调整。

再进一步地，所述压力传感器包括滤波子电路、放大子电路以及比较子电路；

所述滤波子电路包括型号为max267的滤波芯片u3，所述芯片u3的第1引脚与所述放大子电路连接，所述芯片u3的6引脚与所述芯片u3的第7引脚连接，并接地，所述芯片u3的第8引脚分别与所述芯片u3的第9引脚以及第10引脚连接，并接地，所述芯片u3的第14引脚与所述芯片u3的第17引脚连接，并接地，所述芯片u3的第15引脚、所述芯片u3的第16引脚、所述芯片u3的第13引脚、所述芯片u3的第19引脚分别与所述电源电路，所述芯片u3的第20引脚接地，所述芯片u3的第21引脚分别与所述芯片u3的第22引脚以及所述电源电路连接，所述芯片u3的第23引脚接地。

再进一步地，所述放大子电路包括型号为max4471的运算放大芯片u4；

所述芯片u4的第8引脚与所述电源电路，所述芯片u4的第2引脚分别与电阻r9的一端以及所述芯片u3的第2引脚连接，所述芯片u4的第3引脚与接地电阻r5连接，所述芯片u4的第4引脚接地，所述芯片u4的第1引脚分别与所述芯片u4的第5引脚以及电阻r9的另一端连接，所述芯片u4的第7引脚分别与光敏电阻r11的一端以及电附件c4的一端连接，电容c4的另一端与所述比较子电路连接，光敏电阻r11的另一端分别与接地电阻r10以及所述芯片u4的第6引脚连接。

再进一步地，所述比较子电路包括型号为max9028的比较芯片u5；

所述芯片u5的第1引脚分别与电容c4的另一端以及电阻r6的一端连接，所述芯片u5的第2引脚接地，所述芯片u5的第3引脚分别与电阻r8的一端以及光敏电阻r7的一端连接，光敏电阻r7的另一端与电阻r6的另一端连接并接地，电阻r8的另一端与所述电源电路连接，所述芯片u5的第4引脚接地，所述芯片u5的第5引脚分别与所述芯片u1的第12引脚以及电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端与所述电源电路连接。

上述进一步方案的有益效果是：本申请中压力传感器由滤波子电部、放大子电路和比较子电路组成。其中，max267芯片是一个集成滤波器，可以构成低通、带通、高通等多种方式，使用灵活，性能远远优于采用集成运放组成的滤波电路，max4471芯片是低功耗的放大器，max9028是低功耗的比较器。滤波子电路采用max267构成带通滤波器(允许0.8～38hz的信号通过)，滤掉信号中的直流成分和电源，以及皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰，然后经过放大子电路进行进一步放大，得到控制器匹配的电压信号，监视使用者不同体位状态下的压力状态，同时该信号通过低功耗比较器子电路转换成脉冲信号，触发单片机工作。

再进一步地，所述颈椎位置感应装置7为耳挂式装置，其内设有微机电陀螺仪传感器。

上述进一步方案的有益效果是：由于头颈部的活动度较大，没有运动支点，侧弯支具难以固定，本申请颈椎本体感受器为利用耳挂式装置，能准确的获取使用头部的位移信息。

再进一步地，所述微机电陀螺仪传感器的型号为pa-ars-500b，其输出端与所述芯片u1的第14引脚，其电源端与所述电源电路连接。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型中pa-ars-500b为测量角速率的无旋转马达的固态角速率传感器，其具有体积小和高精度测量的特点，本实用新型利用其的测量加速度的原理来测量使用者头部位置的变化，预先设置当使用者头部的位置超过2cm且持续时间超过10分钟则通过报警器发出报警，微机电陀螺仪传感器采集使用者头部位置的移动信息，并将该信息发送至控制器，控制器接收该信息，并判断是否超过预设的范围，若超过，则利用控制器向报警器发出报警信号，报警器发出震动信号，提醒使用者进行头颈部位置调整。

再进一步地，所述电源电路包括型号为pl3500a50的电源芯片u6、mos场效应管q1以及三极管q2；

所述芯片u6的第1引脚接地，所述芯片u6的第2引脚分别与接地电容c4、所述芯片u3的第8引脚、所述芯片u4的第8引脚、电阻r8的另一端、所述芯片u5的第6引脚以及电阻r12的另一端连接，所述芯片u6的第3引脚与所述mos场效应管q1的源极连接，所述mos场效应管q1的漏极分别与电阻r13的一端以及纽扣电池bt3的正极连接，纽扣电池bt3的负极与纽扣电池bt2的正极连接，纽扣电池bt2的负极与纽扣电池bt1的正极连接，纽扣电池bt1的负极接地，所述mos场效应管q1的栅极分别与电阻r13的另一端、二极管d3的正极以及三极管q2的集电极连接，二极管d3的负极分别与二极管d2的负极以及开关s1的一端连接，开关s1的另一端接地，二极管d2的正极与所述芯片u1的第13引脚连接，所述三极管q2的基极分别与电阻r14的一端以及电阻r15的一端连接，电阻r14的另一端与所述芯片u1的第11引脚连接，所述三极管q2的发射极与电阻r15的另一端连接并接地。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型将三个纽扣电池提供的9v左右的电压转换为5v稳定电压，不仅为控制器提供5v稳压电源，以保障主控芯片稳定工作，还为温度传感器、压力传感器以及颈椎本体传感电路提供5v稳压电源，保障控制器以及各传感电路的正常工作。

再进一步地，所述报警器为震动报警器，其输入端与所述芯片u1的第17引脚连接，所述电源电路为报警器供电。

上述进一步方案的有益效果是：本申请中报警器接收控制器将发出震动信号，提醒使用者进行姿态调整，以达到矫正体态的目的。

附图说明

图1为本实用新型中脊柱侧凸动态矫姿系统的结构示意图。

图2为本实用新型中控制机构的结构示意图。

图3为本实用新型中控制机构与颈椎位置感应装置的连接图。

图4为本实用新型中控制器与温度传感器的电路图。

图5为本实用新型中压力传感器的电路图。

图6为本实用新型中电源电路的电路图。

其中，1-脊柱侧凸动态矫姿系统本体，2-脊柱侧弯支具，3-控制机构，4-控制器，5-温度传感器，6-压力传感器，7-颈椎位置感应装置，8-电源电路，9-报警器。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

实施例

如图1-图3所示，本申请公开了一种脊柱侧凸动态矫姿系统，包括脊柱侧凸动态矫姿系统本体1、用于将脊柱侧凸动态矫姿系统本体1贴合于人体的脊柱侧弯支具2、设置于所述脊柱侧凸动态矫姿系统本体上的控制机构3以及颈椎位置感应装置7；

所述控制机构3包括控制器4，以及分别与所述控制器4连接的温度传感器5、压力传感器6、电源电路8以及报警器9；

所述电源电路8分别与所述温度传感器5、压力传感器6以及报警器9连接；

所述颈椎位置感应装置7与所述控制器4连接。

所述脊柱侧弯支具2为绑带式结构，将脊柱侧凸动态矫姿系统本体1绑缚于人体表面，为使脊柱侧弯支具可以方便地更换以及可以重复使用，所述脊柱侧弯支具2与所述脊柱侧凸动态矫姿系统本体1可拆卸连接。所述报警器9为震动报警器，其输入端与所述芯片u1的第17引脚连接。

本实施例中，通过温度传感器5、压力传感器6以及颈椎位置感应装置7所采集的人体头部、颈胸腰椎及骨盆体态信息，将该信息传送至控制器4，由控制器4判断使用者的体态是否正常，若不正常则通过报警器发出震动报警，提醒使用者对体态进行调整。本申请囊括了头部、颈胸腰椎及骨盆的调整，改变传统脊柱侧凸动态矫姿系统只注重胸腰段侧弯的问题，从而能够快速并人性化帮助使用者实现矫姿目的。

本实施例中，压力传感器6用于感应人体部位的应变量，监视使用者不同体位状态下的压力状态,当应变量超出预设的临界值时，控制器4通过预设的临界值监视使用者不同体位状态下的压力状态，同时该信号通过低功耗比较器子电路转换成脉冲信号，触发单片机工作控制报警器发出震动，提醒使用者对体态进行调整所述临界值为人体部位出现不舒适感觉时的数值。

本实施例中，预设测脊柱两侧的温度的温差为1°，通过温度传感器5动态监测脊柱两侧的肌肉代谢状态，从而动态观测两侧肌肉运动是否均衡，控制器4通过预设的温差判断两侧温差是否超过1°且状态持续10分钟以上，若是，则控制器4控制报警器发出震动，提醒使用者对体态进行调整。

本实施例中，对脊柱侧凸动态矫姿系统本体1的结构形式没有特殊限制，其可以是绑带结构，也可以是背带结构。

本实施例中，脊柱侧弯支具2的结构形式没有特殊的限定，脊柱侧弯支具2可以为粘黏片，将脊柱侧凸动态矫姿系统本体1粘贴于人体表面；也可以为绑带式结构，将脊柱侧凸动态矫姿系统本体1绑缚于人体表面，使脊柱侧凸动态矫姿系统本体1与人体表面贴合。

如图4所示，所述控制器4包括型号为at89c51的单片机芯片u1，所述芯片u1的第5引脚与发光二极管d1的负极连接，发光二极管d1的正极与接地电阻r3连接，所述芯片u1的第31引脚与电容c3的一端连接，并接地，所述芯片u1的第9引脚分别与电容c3的另一端以及电阻r1的一端连接，所述芯片u1的第11引脚与所述电源电路连接，所述芯片u1的第18引脚分别与晶体振荡器x1的一端以及电容c2的一端连接，所述芯片u1的第19引脚分别与晶体振荡器以及电容c1的一端连接，电容c1的另一端分别与电容c2的另一端以及电阻r1的另一端连接，并接地，所述芯片u1的第17引脚与所述报警器9连接，所述芯片u1的第16引脚分别与电阻r2的一端以及所述温度传感器连接2，电阻r2的另一端分别与所述温度传感器2和所述电源电路8连接，所述芯片u1的第13引脚与所述电源电路8连接，所述芯片u1的第12引脚与所述压力传感器6连接，所述芯片u1的第14引脚与所述颈椎位置感应装置7连接。

本实施例中，利用at89c51的单片机的int0引脚获取压力传感器所采集的使用者不同体位状态下的压力状态，通过wr引脚获取温度传感器所采集的使用者双侧肌肉代谢状态，从而动态观测两侧肌肉运动是否均衡，通过to引脚获取颈椎位置感应装置所采集的使用者头部位置状态，本申请中控制器采集温度传感器、颈椎位置感应装置以及压力传感器所传递的信息，通过预设的临界值以及温差计算并判断出使用者的姿态是否需要调整，若使用者体态需要调整，控制器将发出震动信号，提醒使用者进行姿态调整，通过刺激青少年主动有意识的调整姿态，达到重建神经－肌肉调控机制的目的，最终达到矫正体态的目的。

如图4所示，所述温度传感器5包括型号为ds18b20的温度传感芯片u2，所述芯片u2的第3引脚分别与电阻r2的另一端以及所述电源电路8连接，所述芯片u2的第2引脚与所述芯片u1的第16引脚连接，所述芯片u2的第1引脚接地。

本实施例中，由于运动后肌肉的代谢及血循会增加，故局部温度会升高，本申请中通过温度感应装置能测出脊柱两侧的肌肉代谢状态，从而动态观测两侧肌肉运动是否均衡，当两侧温差为1度且状态持续10分钟以上，控制器将发出震动信号，刺激温度及压力较低侧，提醒使用者进行姿态调整。

如图5所示，所述压力传感器6包括滤波子电路、放大子电路以及比较子电路；所述滤波子电路包括型号为max267的滤波芯片u3，所述芯片u3的第1引脚与所述放大子电路连接，所述芯片u3的6引脚与所述芯片u3的第7引脚连接，并接地，所述芯片u3的第8引脚分别与所述芯片u3的第9引脚以及第10引脚连接，并接地，所述芯片u3的第14引脚与所述芯片u3的第17引脚连接，并接地，所述芯片u3的第15引脚、所述芯片u3的第16引脚、所述芯片u3的第13引脚、所述芯片u3的第19引脚分别与所述电源电路8，所述芯片u3的第20引脚接地，所述芯片u3的第21引脚分别与所述芯片u3的第22引脚以及所述电源电路8连接，所述芯片u3的第23引脚接地；

所述放大子电路包括型号为max4471的运算放大芯片u4；所述芯片u4的第8引脚与所述电源电路8，所述芯片u4的第2引脚分别与电阻r9的一端以及所述芯片u3的第2引脚连接，所述芯片u4的第3引脚与接地电阻r5连接，所述芯片u4的第4引脚接地，所述芯片u4的第1引脚分别与所述芯片u4的第5引脚以及电阻r9的另一端连接，所述芯片u4的第7引脚分别与光敏电阻r11的一端以及电附件c4的一端连接，电容c4的另一端与所述比较子电路连接，光敏电阻r11的另一端分别与接地电阻r10以及所述芯片u4的第6引脚连接；

所述比较子电路包括型号为max9028的比较芯片u5；所述芯片u5的第1引脚分别与电容c4的另一端以及电阻r6的一端连接，所述芯片u5的第2引脚接地，所述芯片u5的第3引脚分别与电阻r8的一端以及光敏电阻r7的一端连接，光敏电阻r7的另一端与电阻r6的另一端连接并接地，电阻r8的另一端与所述电源电路8连接，所述芯片u5的第4引脚接地，所述芯片u5的第5引脚分别与所述芯片u1的第12引脚以及电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端与所述电源电路8连接。

本实施例中，脊柱侧凸动态矫姿系统本体1内置压力感应器6，分别置于标记点：双侧胸廓、肩峰、肩胛骨顶点、髂棘、腹直肌、竖脊肌。压力感应器6将通过检测标记点压力状况，来检测青少年在不同体位状态下体态是否对称以及是否存在骨盆前倾问题。

所述颈椎位置感应装置7为耳挂式装置，其内设有微机电陀螺仪传感器。所述微机电陀螺仪传感器的型号为pa-ars-500b，其输出端与所述芯片u1的第14引脚，其电源端与所述电源电路连接。

本实施例中，颈椎位置感应装置7为是利用耳挂式结构，其使用微机电陀螺仪传感器，本实用新型中pa-ars-500b为测量角速率的无旋转马达的固态角速率传感器，其具有体积小和高精度测量的特点，本实用新型利用其的测量加速度的原理来测量使用者头部位置的变化，预先设置当使用者头部的位置超过2cm且持续时间超过10分钟则通过报警器发出报警，微机电陀螺仪传感器采集使用者头部位置的移动信息，并将该信息发送至控制器，控制器接收该信息，并判断是否超过预设的范围，若超过，则利用控制器向报警器发出报警信号，报警器发出震动信号，提醒使用者进行头颈部位置调整。

如图6所示，所述电源电路8包括型号为pl3500a50的电源芯片u6、mos场效应管q1以及三极管q2；所述芯片u6的第1引脚接地，所述芯片u6的第2引脚分别与接地电容c4、所述芯片u3的第8引脚、所述芯片u4的第8引脚、电阻r8的另一端、所述芯片u5的第6引脚、电阻r16的另一端、所述芯片u7的第1引脚以及电阻r12的另一端连接，所述芯片u6的第3引脚与所述mos场效应管q1的源极连接，所述mos场效应管q1的漏极分别与电阻r13的一端以及纽扣电池bt3的正极连接，纽扣电池bt3的负极与纽扣电池bt2的正极连接，纽扣电池bt2的负极与纽扣电池bt1的正极连接，纽扣电池bt1的负极接地，所述mos场效应管q1的栅极分别与电阻r13的另一端、二极管d3的正极以及三极管q2的集电极连接，二极管d3的负极分别与二极管d2的负极以及开关s1的一端连接，开关s1的另一端接地，二极管d2的正极与所述芯片u1的第13引脚连接，所述三极管q2的基极分别与电阻r14的一端以及电阻r15的一端连接，电阻r14的另一端与所述芯片u1的第11引脚连接，所述三极管q2的发射极与电阻r15的另一端连接并接地。

本实施例中，使用者将脊柱侧弯支具2贴合于脊柱侧凸动态矫姿系统本体1上，通过温度传感器5、压力传感器6以及颈椎位置感应装置7所采集的颈胸腰椎、骨盆体态信息以及人体头部信息，将所采集的信息传送至控制器4，控制器4收接到温度传感器5和压力传感器7的信息，计算出脊柱两侧的肌肉运动及姿态是否对称，当两侧温度及压力不均等状态持续10分钟以上，控制器4通过报警器9发出震动信号，刺激温度及压力较低侧，提醒使用者进行姿态调整。当控制器4接收到颈椎位置感应装置7所采集的使用者头部运动范围超过2cm，且持续时间超过10分钟，通过报警器9发出震动信号，提醒使用者进行头颈部位置调整。通过刺激青少年主动有意识的调整姿态，达到重建神经－肌肉调控机制的目的，最终达到矫正体态的目的，

本实施例中，温度感应器5能测出双侧肌肉代谢状态，从而动态观测两侧肌肉运动是否均衡。

本实施例中，压力传感器7分别置于标记点：双侧胸廓、肩峰、肩胛骨顶点、髂棘、腹直肌、竖脊肌。压力传感器7将通过检测标记点压力状况，来检测青少年在不同体位状态下体态是否对称以及是否存在骨盆前倾问题。

本实施例中，由于头颈部的活动度较大，没有运动支点，侧弯支具难以固定，颈椎本体感受器即是利用耳挂式装置，装置内使用微机电陀螺仪传感器，铁球会随着头部的位置变化而发生位移。正常状态下，铁球的左右运动范围在1-2cm之内，当铁球的运动范围超过2cm，且持续时间超过10分钟，装置将发出震动信号，提醒使用者进行头颈部位置调整。

本实施例中，本申请的矫正装置通过脊柱侧弯支具在各标记点进行监控和采集人体信息，各传感器与人体部位曲度完全一致，能准确测量使用者身份部位的曲度，如颈椎，当控制器4所采集身体姿势过超过预设的临界值或温差时报警，从而提醒使用者进行姿态的调整，本申请结构简单，成本低，使用方便，通过与脊柱侧弯支具拆卸连接可重复使用，市场前景好。

本申请通过以上设计，囊括了头部、颈胸腰椎及骨盆的调整，改变传统脊柱侧凸动态矫姿系统只注重胸腰段侧弯的问题，改变过去脊柱侧凸动态矫姿系统被动调整患者姿态，本申请将通过震动提醒使用者进行主动姿态调整，从而更好的激活神经肌肉控制系统以提升疗效，本申请能动态监测患儿的体姿、体态问题，改变既往矫姿器仅仅只能达到静态牵伸的作用，从而能够快速并人性化帮助使用者实现矫姿目的。