一种基于激光测距的坐姿提醒仪的制作方法

1.本实用新型涉及坐姿校正技术领域，涉及一种坐姿提醒仪，尤其涉及一种采用激光测距的坐姿提醒仪。


背景技术：

2.对于中小学学生来说，每日学习的学习状态是一个不容忽视的问题，好的学习状态可以集中注意力、提高学习效率。学习状态好坏的一个明显指标就是个人的坐姿规范程度，规范的坐姿让他人一见就觉得此人正处于专心致志的状态。而不规范的坐姿，不仅可能导致注意力不够集中，影响学习效率，更严重的还会影响身体健康。有研究表明，学生在学习时头部前倾、看书写字距离书本过近，都将影响其视力，且长时间不能坐姿不规范将导致产生近视、高度近视等情形。学生坐姿不端、保持弯腰驼背的习惯，不仅影响个人的形象和气质，而且影响学生的正常发育，诱发多种疾病比如脊柱侧弯、颈椎病、腰椎病等。
3.对于如何使学生保持正确坐姿，对于自律的学生，并不担忧其坐姿问题；然而对于不自律的学生，只能靠老师或家长平时的督促，但是这种方式的效果不见得理想，因为有些学生的坐姿不端，往往多是无意识的，久而久之就自然形成了习惯，进而影响到了学习状态。对于老师来说，在讲台上讲课的同时，还要关注台下全班几十号人的学习状态或坐姿是否存在问题，这几乎是不可能做到的事。而对于家长来说，也只能偶尔看看子女学习的情况，不可能时刻盯着子女的坐姿是否标准。为此，逐渐产生了坐姿提醒相关的仪器、装置。
4.现有的坐姿提醒仪器设备，主要有挂脖式、桌面承托式以及桌面放置式。
5.所谓挂脖式，如附图1所示，其是指使用者将仪器挂在脖子上、主要仪器贴靠在背部，当使用者弯腰歪头时，将带动仪器的倾角产生变化并触发阈值后进行提醒，提示使用者调整并保持规范坐姿。该挂脖式提醒仪虽通过检测背部的弯曲幅度提醒使用者规范坐姿，但是该挂脖式提醒仪由于贴靠在使用者背部，其并不能检测使用者的眼睛距离桌面的距离，对使用者的坐姿校正作用有限。
6.所谓桌面承托式，如附图2所示，其是指将承托装置固定在桌面上，承托装置一方面可限制头部距离桌面的最低距离，避免头部、眼睛距离桌面过近；承托装置另一方面也可以限制使用者身体过于前倾。该承托式装置能够有效避免使用者的眼睛距离桌面过近，但是在实际使用过程中，尤其是长期使用过程中，使用者会习惯性将身体靠压在承托式装置上，头部直接放置在承托式装置的u型放置架上，使用者桌面以上身体部分都直接靠压在承托式装置上，自己无需或者使用少部分力量即可，久而久之形成更糟糕的坐姿习惯。
7.所谓桌面放置式，如图3所示，其是指将提醒仪放置在桌面作业本正前方一定距离，且提醒仪通过测量使用者头部或者是眼睛距离提醒仪的距离，当距离过近时提醒使用者调整坐姿。但是，该提醒仪仅能测量使用者头部或眼睛距离提醒仪的距离，当该距离尚未触发阈值时，但此时使用者头部或眼睛已经距离桌面过近了，所以这类提醒仪也无法准确检测使用者眼睛距离桌面过近的问题。
8.现有的提醒仪，为实现距离检测，因普通激光具有较强的光线，极易对使用者的眼
睛造成伤害，所以都会采用超声波测距或者红外测距的原理进行距离检测；当检测到的距离小于阈值后将触发提醒、提示。但是，采用超声波测距或者红外测距的提醒仪在使用时，超声波测距或者红外测距都会存在较明显的近场探测现象，造成这类提醒仪存在严重的误报情形，影响使用者的使用效果。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的在于：为了解决现有技术中存在的采用超声波或红外测距时造成提醒仪误报严重的问题，本实用新型提供一种基于激光测距的坐姿提醒仪。
10.本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
11.一种基于激光测距的坐姿提醒仪，包括壳体，壳体内设置有微处理单元mcu、激光测距模块以及提示模块，激光测距模块的信号输出端与微处理单元mcu的距离信号输入端连接，微处理单元mcu的报警信号输出端与提示模块的输入端连接，所述激光测距模块采用tof激光测距模块。
12.作为优选，所述tof激光测距模块采用型号为vl53l0x或vl53l1x的tof激光测距模块。
13.作为优选，tof激光测距模块发射出的激光经壳体顶面上的激光孔射出后形成锥度θ为2
°‑3°
、高度h为2cm-500cm的光锥。
14.本实用新型的有益效果如下：
15.本实用新型中，该坐姿提醒仪采用tof激光测距模块，tof激光测距模块可选用vl53l0x或vl53l1x，其内置的940nmvcsel发射器可发射完全不为人眼所见的一类激光，一类激光对人眼无伤害作用，可放置在使用者的下巴正下方，能够直接检测使用者头部或头部部分区域(比如眼睛)距离桌面的距离，该检测距离可直观地反应出使用者眼睛距离桌面的距离，眼睛距离桌面的距离检测精度更高，同时也能在坐姿不规范导致头部或眼睛距离桌面较近时能够及时进行提醒、提示；此外，tof激光测距模块产生的激光并向外发射后，可形成锥角较小的光锥，所能产生的近场探测作用较弱，使用者在靠近座位并坐下、正常书写的过程中不易被探测到，只有在头部垂下到距离桌面一定距离或者因坐姿不规范致使使用者头、胸、肩等部位进入到测距模块的探测光锥范围内一定时长才会触发进行提醒、提示，该提醒仪不易造成误报，提醒准确性较高。
附图说明
16.图1是现有技术中挂脖式提醒仪的结构示意图；
17.图2是现有技术中桌面承托式提醒仪的结构示意图；
18.图3是现有技术中桌面放置式提醒仪的结构示意图；
19.图4是本实用新型的结构示意图；
20.图5是本实用新型中坐姿提醒仪的结构示意图；
21.图6是本实用新型中激光孔与菲涅尔镜的安装示意图；
22.图7是本实用新型中激光测距模块与红外人体感应模块的安装示意图；
23.图8是本实用新型中坐姿提醒仪的使用状态示意图；
24.其中，附图标记为：1-壳体、2-激光孔、3-菲涅尔镜、4-提示灯带、5-扬声器、6-安装
槽、7-激光测距模块、8-红外人体感应模块、9-安装底座。
具体实施方式
25.实施例1
26.本实施例提供一种基于激光测距的坐姿提醒仪，包括壳体，在壳体内设置有微处理单元mcu、激光测距模块以及提示模块，激光测距模块的信号输出端与微处理单元mcu的距离信号输入端连接，激光测距模块采集到的距离数据可传输至微处理单元mcu，微处理单元mcu对采集到的距离数据进行数据处理，判断其是否低于预先设置的阈值并输出对应的报警信号。微处理单元mcu的报警信号输出端与提示模块的输入端连接，微处理单元mcu的报警信号可传输至提示模块，提示模块根据报警信号给出是否提醒的动作。
27.本实施例中，微处理单元mcu采用蓝牙芯片，其承担计算、判断以及控制等任务。该蓝牙芯片可采用挪威品牌：nordic、厂家型号：nrf52832-qfaa-r，或者国产品牌：泰凌微电子、厂家型号：tlsr8258f512et48的产品。。
28.该激光测距模块采用tof激光测距模块，该tof激光测距模块采用型号为vl53l0x或vl53l1x的tof激光测距模块。vl53l0x、vl53l1x均是新一代飞行时间tof激光测距模块，其采用目前市场上最小的封装，无论目标反射率如何，都能提供精确的距离测量；vl53l0x可以测量2m的绝对距离，vl53l1x可以测量5m的绝对距离，其集成了一个领先的spad阵列(单光子雪崩二极管)，并内嵌st的第二代flightsense技术；且其940nm vcsel发射器(垂直腔面发射激光器)所发射的激光完全不为人眼所见，不会对人眼造成伤害，再加上内置的物理红外滤光片，使其测距距离更长，对环境光的免疫性更强，对盖片的光学串扰具有更好的稳定性。
29.该tof激光测距模块发射出的激光经壳体顶面上的激光孔射出后形成锥度θ为2
°‑3°
、高度h为2cm-500cm的光锥。
30.还包括手持终端，手持终端与坐姿提醒仪通过蓝牙、wifi、4g或5g进行连接，通过手持终端设置坐姿提醒仪的警示距离阈值、触发时长阈值，并选择提醒方式及提醒强度。该手持终端可以是手机或平板，通过在手机、平板上安装对应app，通过app实现数据的传输，包括设置坐姿提醒仪的警示距离阈值、触发时长阈值，并选择提醒方式及提醒强度；当然，该手持终端还可以是控制器，控制器直接通过控制器上的对应按钮实现对坐姿提醒仪的警示距离阈值、触发时长阈值、提醒方式及提醒强度的设置、选择。
31.该坐姿提醒仪的工作过程为：
32.预设tof激光测距模块的光锥的阈值高度、保持时间(比如阈值高度设置为30cm、保持时间是5s，即当异物进入光锥且距离提醒仪的距离小于30cm，并该状态维持时间超过5s，就会触发提醒功能)，将坐姿提醒仪放置在书桌的适当位置(靠近胸口位置)，使用者落座，坐姿提醒仪开启工作模式；工作模式下，tof激光测距模块通过发射对人体(尤其是眼睛)没有伤害的一类激光，实时检测坐姿提醒仪正上方的情况；当微处理单元mcu分析出使用者的头部、脖子、胸部或者肩部等部位进入光锥的阈值高度范围(比如进入光锥的头部、脖子、胸部或者肩部等部位距离提醒仪的最小距离小于30cm)内时，且这一状态保持5s及以上，提示模块将会产生提醒提示信号，进行提醒、提示，该提示信号可以是语音提示(比如语音播报：请注意坐姿)、振动提示(比如振动器振动)、灯光提示(比如提示灯点亮并进行闪
烁)。
33.实施例2
34.现有的提醒仪大多直接放置在桌面上，但是使用者或者周围人员在有意或无意过程中会将提醒仪的位置进行了移动，比如碰撞到桌子使提醒仪掉落。
35.为此，本实施例还配套设置有用于安装到载体上的安装底座，载体包括学习桌、书桌、办公桌等可供使用者书写、学习的地方；在壳体底部设置有安装槽，该安装槽的大小、形状与安装底座的大小、形状相适配。
36.优选地，该安装底座通过磁性吸附的方式吸附在壳体底部的安装槽内。
37.使用时，安装底座预先安装在载体上，然后将提醒仪安装在安装底座上，且安装底座卡接在提醒仪底部的安装槽内；由于安装底座卡在安装槽内，提醒仪将固定在安装底座位置处，在不经意的触碰倒提醒仪或者碰撞桌子的情况下，提醒仪很难在桌面上产生移动，更不易从桌面上掉落。
38.实施例3
39.由于坐姿提醒仪放置到桌面上后，激光测距模块产生的激光通常是垂直向上的，且激光的锥角较小，因而坐姿提醒仪很难探测到使用者是否在坐姿提醒仪周围。
40.为此，本实施例中的坐姿提醒仪增加了红外近场探测功能，即在壳体内还设置有红外人体感应模块，红外人体感应模块与微处理单元mcu连接，壳体顶面安装有菲涅尔镜，人体红外抖动信号经菲涅尔镜折射后射入壳体里的红外人体感应模块，红外人体感应模块采用现有的常规的红外人体感应模块即可。设置菲涅尔镜并调整菲涅尔镜的安装位置，其目的在于调整菲涅尔镜的偏折情况，使其能够更大范围地搜集周围的红外光。
41.具体检测步骤为：
42.坐姿检测前，预设红外人体感应模块的近场距离阈值、近场时长阈值；坐姿检测时，红外人体感应模块检测近场距离阈值范围内红外抖动情况；稳定的人体红外光通过菲涅尔镜进入到人体红外感应器里，并不触发任何反应；如果有红外光的抖动，就触发并产生一个电信号，随机判定为周围有人。
43.检测时，若微处理单元mcu判断出近场距离阈值范围内有红外抖动，且红外抖动的持续时间超过近场时长阈值，则触发唤醒，激光测距模块开始检测；若微处理单元mcu判断出近场距离阈值范围内没有红外抖动或者红外抖动的时长未超过近场时长阈值，则触发休眠，激光测距模块停止检测。
44.该坐姿提醒仪的工作过程为：
45.将坐姿提醒仪安装/放置在桌面上，使用者落座后，在菲涅尔镜的作用下，更大范围内的人体红外光可通过菲涅尔镜进入壳体内，并被红外人体感应模块所接收；提醒仪的红外人体感应模块感应到周围20cm范围内有人体红外抖动信号并持续该状态一定时间，然后红外人体感应模块输出检测信号至微处理单元mcu，微处理单元mcu输出控制信号并唤醒提醒仪；使用者离开座位后，提醒仪的红外人体感应模块感应到周围20cm范围内没有人体红外抖动信号并持续该状态一定时间，然后红外人体感应模块输出检测信号至微处理单元mcu，微处理单元mcu输出控制信号并使提醒仪进入休眠模式。
46.实施例4
47.本实施例中，提示模块包括扬声器、振动器、提示灯带，扬声器、振动器、提示灯带
采用常规的器件即可，且扬声器、振动器、提示灯带均分别与微处理单元mcu电连接。
48.使用时，当使用者的头部、脖子、胸部或者肩部等部位进入光锥的阈值高度范围内并持续一定时间后，微处理单元mcu经控制信号分别输送至扬声器、振动器、提示灯带，扬声器发出“请注意坐姿”的语音提示，振动器产生振动，提示灯带的灯光点亮，从语音、振动、光等多方面提醒使用者调整坐姿。此外，扬声器、振动器、提示灯带是择一选择还是组合选择，扬声器的音量大小，振动器的振动强度，提示灯带的亮度及颜色等，均可以进行个性化设置。