本發(fā)明涉及一種基于頭部姿態(tài)的用眼距離采集裝置和方法。

背景技術(shù)：

少年兒童自我控制能力相對較差，學(xué)習(xí)過程中，坐姿經(jīng)常出現(xiàn)一些不良習(xí)慣，比如坐姿不正，閱讀書寫時用眼距離太近等等。如果對學(xué)生學(xué)習(xí)坐姿進(jìn)行采集記錄，反映存在的問題，可以有效幫助少年兒童的成長。穿戴設(shè)備由于受體積限制，電池續(xù)航能力有限，如何降低功耗是關(guān)鍵，同時，對多個傳感器采集的數(shù)據(jù)，如果記錄數(shù)據(jù)過多，隨著時間積累，數(shù)據(jù)量越來越大，不便于存儲和后續(xù)處理分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于頭部姿態(tài)的用眼距離采集裝置和方法，通過頭部姿態(tài)控制用眼距離的采集記錄，降低能耗，簡化數(shù)據(jù)記錄。

本發(fā)明的內(nèi)容，一種基于頭部姿態(tài)的用眼距離采集裝置，包括：頭戴式框架，置于框架上的頭部姿態(tài)傳感器、用眼距離傳感器、微處理器、存儲器，其特征是頭部姿態(tài)傳感器采集頭部姿態(tài)信號，傳送微處理器；如果當(dāng)前頭部姿態(tài)處于設(shè)定范圍，微處理器控制用眼距離傳感器采集用眼距離，傳送存儲器記錄；當(dāng)頭部姿態(tài)發(fā)生變化，微處理器計(jì)算本次頭部姿態(tài)穩(wěn)定的時間，作為本次用眼距離持續(xù)時間，傳送存儲器記錄；如果當(dāng)前頭部姿態(tài)仍處于設(shè)定范圍，微處理器控制用眼距離傳感器采集新的用眼距離，存儲器記錄新一輪的用眼距離和持續(xù)時間。

本發(fā)明另一個內(nèi)容，一種基于頭部姿態(tài)的用眼距離采集記錄方法，其特征包括頭部姿態(tài)傳感器采集頭部姿態(tài)信號；如果當(dāng)前頭部姿態(tài)處于設(shè)定范圍，控制用眼距離傳感器采集記錄用眼距離；當(dāng)頭部姿態(tài)發(fā)生變化，記錄本次頭部姿態(tài)穩(wěn)定的時間，作為本次用眼距離持續(xù)時間；如果當(dāng)前頭部姿態(tài)仍處于設(shè)定范圍，控制用眼距離傳感器采集新一輪的用眼距離，記錄新一輪的用眼距離和持續(xù)時間。

本發(fā)明通過頭部姿態(tài)控制用眼距離的采集記錄，把頭部姿態(tài)傳感器作為第一傳感器，頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)的采集貫穿整個記錄過程，用眼距離傳感器作為第二傳感器，根據(jù)頭部姿態(tài)的狀態(tài)、變化采集用眼距離數(shù)據(jù)。由于頭部姿態(tài)傳感器功耗相對距離傳感器較低，可以省電；兩種數(shù)據(jù)配合，可以濾掉次要的干擾數(shù)據(jù)，比如，當(dāng)頭部姿態(tài)向下俯視，處于書寫閱讀姿態(tài)時，用眼距離近，控制測距傳感器采集用眼距離，可以避免平視、仰視等狀態(tài)下用眼遠(yuǎn)距離的無用采集和記錄，同時只有頭部姿態(tài)發(fā)生變化，用眼距離才會發(fā)生改變，避免用眼距離的重復(fù)采集和記錄，通過記錄用眼距離和其持續(xù)時間這種點(diǎn)、線結(jié)合方式，節(jié)省存儲空間，并便于后續(xù)數(shù)據(jù)處理。

附圖說明

圖1是用眼距離采集裝置的配置框圖。

圖2是用眼距離采集電路原理示意圖。

圖3是頭部姿態(tài)采集電路原理示意圖。

圖4是用眼距離采集記錄控制流程圖。

具體實(shí)施方式

在圖1所示的配置框圖中，包括頭部姿態(tài)傳感器、用眼距離傳感器、微處理器、存儲器，微處理器分別與頭部姿態(tài)傳感器、用眼距離傳感器、存儲器相連。頭部姿態(tài)傳感器采集頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)傳送至微處理器分析處理；微處理器根據(jù)頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)控制用眼距離傳感器采集用眼距離數(shù)據(jù)，傳送存儲器存儲。

所述頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)包括頭部傾角、臉部方向中的一種或多種。頭部姿態(tài)傳感器包括加速度傳感器、陀螺儀、地磁傳感器中的一種或多種，用眼距離傳感器包括紅外線測距儀、超聲波測距儀、激光測距儀中的任一種。下面分別通過ADXL345加速度傳感器監(jiān)測頭部姿態(tài)、GP2D12紅外線測距儀監(jiān)測用眼距離為例，說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，其中微處理器采用具有存儲器的ADuC7024，通過UART進(jìn)行編程，SW2和SW3分別是復(fù)位和下載開關(guān)， SW1是電源開關(guān)。在以下電路原理示意圖中，顯示了通信連接，未顯示去耦和所有連接。

在圖2所示用眼距離傳感器的電路原理示意圖中，紅外測距傳感器GP2D12的探測范圍10~80cm，對應(yīng)輸出2.55~0.42V的模擬電壓，測距與電壓成反比。微處理器ADuC7024的模擬輸入端ADC4與紅外測距傳感器GP2D12的輸出端Vout相連，接收紅外測距傳感器GP2D12輸出的模擬信號。紅外測距傳感器GP2D12輸入的模擬電壓，經(jīng)微處理器ADuC7024內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓。

在圖3所示加速度傳感器的電路連接原理示意圖中，微處理器ADuC7024和數(shù)字加速度傳感器ADXL345通過4線式SPI進(jìn)行通信，引腳8、9是中斷控制。加速度傳感器ADXL345置于頭部，用來監(jiān)測頭部姿態(tài)，當(dāng)頭部發(fā)生傾斜時，重力在X、Y、Z三個軸向的重力分量輸出信號發(fā)生改變，輸出的大小與3個軸向與豎直方向的夾角有關(guān)，軸向與豎直方向的夾角越小，其輸出就越大，反之，輸出就越小。通過3個軸向輸出的重力分量大小，可以推出3個軸向與豎直方向夾角，從而解算出頭部傾角信息。

頭部姿態(tài)傳感器采集頭部姿態(tài)信號；如果當(dāng)前頭部姿態(tài)處于設(shè)定范圍，控制用眼距離傳感器采集記錄用眼距離；當(dāng)頭部姿態(tài)發(fā)生變化，把本次頭部姿態(tài)穩(wěn)定的時間，作為本次用眼距離持續(xù)時間；如果當(dāng)前頭部姿態(tài)仍處于設(shè)定范圍，控制用眼距離傳感器采集記錄新一輪的用眼距離和持續(xù)時間。在圖4所示用眼距離采集記錄控制流程圖中，具體步驟如下：

<1> 通過頭部姿態(tài)傳感器采集頭部姿態(tài)信號，進(jìn)入下一步；

<2> 判斷當(dāng)前頭部姿態(tài)是否處于設(shè)定范圍？如果是，進(jìn)入下一步，如果否，轉(zhuǎn)入步驟<6>；

<3> 判斷當(dāng)前頭部姿態(tài)是否發(fā)生變化，如果否，進(jìn)入下一步，如果是，轉(zhuǎn)入步驟<6>；

<4> 判斷當(dāng)前頭部姿態(tài)下是否需要采集用眼距離，即采集次數(shù)N是否小于設(shè)定值K？如果是，即N<K，進(jìn)入下一步，如果否，即N>=K，轉(zhuǎn)入步驟<1>；

<5> 采集當(dāng)前用眼距離，令采集次數(shù)N=N+1，轉(zhuǎn)入步驟<1>；

<6> 判斷是否采集過用眼距離，即采集次數(shù)N>0？如果是，進(jìn)入下一步，如果否，轉(zhuǎn)入步驟<1>；

<7> 記錄用眼距離和持續(xù)時間，令采集次數(shù)N=0，轉(zhuǎn)入步驟<1>。

所述頭部姿態(tài)設(shè)定范圍包括書寫或閱讀時的頭部姿態(tài)，此時用眼距離近，屬于用眼距離監(jiān)控范圍，避免在平視、仰視等狀態(tài)的運(yùn)距離采集記錄，進(jìn)而節(jié)省電源和存儲空間。

所述頭部姿態(tài)發(fā)生變化包括頭部姿態(tài)波動大于設(shè)定閾值，或頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)由一個分段區(qū)段落入另一個分段區(qū)段。所述變化包括M個頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)中有N個數(shù)據(jù)發(fā)生變化，或連續(xù)M時段頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)中有N時段數(shù)據(jù)發(fā)生變化，其中，M大于N，N為連續(xù)或不連續(xù)。當(dāng)頭部姿態(tài)向下俯視，處于書寫閱讀姿態(tài)時，計(jì)算M個（如5、10個…）頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)平均值，或計(jì)算M時段（如5、10秒…）頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)平均值，如果這M個數(shù)據(jù)中有N個數(shù)據(jù)與平均值的差絕對值即波動均大于設(shè)定值，或者M(jìn)時段數(shù)據(jù)中有N時段數(shù)據(jù)與平均值的差絕對值即波動均大于設(shè)定值，可以判定頭部姿態(tài)發(fā)生變化，控制用眼距離傳感器采集用眼距離。如果設(shè)定頭部姿態(tài)分段區(qū)間，在M個頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)中有N個數(shù)據(jù)落在新的區(qū)段，或M時段頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)中有N時段數(shù)據(jù)落在新的區(qū)段，可以判斷頭部姿態(tài)發(fā)生變化。根據(jù)多個頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)判斷其變化，可以避免單個異常頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)，或偶爾出現(xiàn)的頭部姿態(tài)異常數(shù)據(jù)造成的影響。對改變后的頭部姿態(tài)的變化判斷，可以對新的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，也可以把在上一姿態(tài)中的N個數(shù)據(jù)作為新姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

所述持續(xù)時間包括當(dāng)前頭部姿態(tài)的開始和結(jié)束時間，或當(dāng)前頭部姿態(tài)開始和結(jié)束采集序次，或當(dāng)前頭部姿態(tài)穩(wěn)定時長，或當(dāng)前頭部姿態(tài)累計(jì)采集頻數(shù)。如果頭部姿態(tài)采集時間間隔固定不變，采集序次與采集時間間隔的乘積，就是自采集序次開始以來的累計(jì)時間長度。采集開始的時間一旦確定，其后的采集時間便可以通過采集序次進(jìn)行換算，兩次采集序次之差是采集頻數(shù)，與采集間隔的乘積是累計(jì)時長。本發(fā)明用頭部姿態(tài)的穩(wěn)定時間，反映該姿態(tài)下的用眼距離保持時間，簡單易行。

設(shè)定值K是一個頭部姿態(tài)穩(wěn)定時段用眼距離最大采集次數(shù)，最小值為1。通過改變設(shè)定值K，可以調(diào)整在頭部姿態(tài)一個穩(wěn)定時段內(nèi)的用眼距離采集次數(shù)，根據(jù)頭部姿態(tài)穩(wěn)定時間長短調(diào)整K值大小，當(dāng)頭部姿態(tài)穩(wěn)定時間比較長，其間多采集幾次用眼距離，記錄這幾次的用眼距離平均值。

進(jìn)一步優(yōu)化，所述采集裝置還包括數(shù)據(jù)傳輸模塊，通過有線或無線方式把存儲器中記錄數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵鈬O(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸模塊可以是存儲卡等介質(zhì)，直接傳送記錄數(shù)據(jù)，或傳輸模塊通過RS232或USB等有線方式，或者以藍(lán)牙或射頻或zigbee或wifi技術(shù)等無線方式傳輸記錄數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、手機(jī)或PC機(jī)等外圍設(shè)備處理。

進(jìn)一步優(yōu)化，所述裝置包括提醒裝置，當(dāng)頭部姿態(tài)、或用眼距離超出設(shè)定提醒值時，微處理器啟動提醒裝置。提醒裝置可以是光、聲、震動、微電刺激、骨傳導(dǎo)技術(shù)等，在圖2、圖3中，微處理器啟動LED燈變亮。