一种用于矫正握笔方式与坐姿的正姿笔的制作方法

1.本技术涉及正姿笔技术领域，尤其是涉及一种用于矫正握笔方式与坐姿的正姿笔。


背景技术：

2.对于学前教育和小学初期阶段的学生，养成良好的坐姿和正确的书写习惯十分重要，若长时间坐姿不正确，导致眼睛离书本距离太近，不仅容易导致驼背，也很容易使眼睛近视，影响学生身体健康。而学生在写作时也难以时时刻刻能有人在旁进行监督或纠正坐姿，因此可以让学生使用正姿笔以起到监督和纠正学生坐姿的作用。
3.相关技术中采用的正姿笔，通常是在笔筒内安装红外探测器，使用简单的红外近距离测距功能，设定一个距离阈值。在使用过程中，红外探测器可以检测书写人头部与书本的距离，当红外探测器获得的检测值低于预设的阈值时，就判定书写人头部与书本的距离太近，随即发出预警。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：在书写过程中无法判定笔的姿态，若握笔姿势不正确，例如垂直握笔书写或近乎水平握笔，均无法作出预警，使得使用者不仅容易疲劳、影响学习效果，长时间错误握笔还很容易影响手指骨骼和肌肉的发育。


技术实现要素：

5.为了改善正姿笔难以矫正握笔方式的缺陷，本技术提供一种用于矫正握笔方式与坐姿的正姿笔。
6.本技术提供的一种用于矫正握笔方式与坐姿的正姿笔采用如下的技术方案：一种用于矫正握笔方式与坐姿的正姿笔，包括笔壳和正姿模块；所述正姿模块设于所述笔壳内，所述笔壳的侧壁位于所述正姿模块的位置处开设有用于所述正姿模块检测距离的窗口；所述正姿模块用于检测使用者头部与书写水平面的距离和所述笔壳与所述书写水平面的角度；若所述距离和/或所述角度超出预设值时，所述正姿模块将发出预警。
7.通过采用上述技术方案，正姿模块可以通过笔壳上的窗口检测使用者头部与书写水平面的距离，若检测的距离超出正姿模块内预设的距离值时，正姿模块将对使用者发出预警；正姿模块还可以检测笔壳与书写水平面之间的角度，若检测的角度超出正姿模块内预设的角度值时，正姿模块同样会对使用者发出预警，因此使用者因坐姿不标准而靠近书写水平面或因握笔方式不标准而导致笔壳与书写水平面角度太偏，正姿笔均会发出预警，提醒使用者改变坐姿或握笔方式，从而起到矫正使用者握笔方式与坐姿的效果。
8.可选的，所述笔壳包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳的一端与所述第二外壳的一端连接，所述第一外壳内穿设有笔芯，所述正姿模块设于所述第二外壳内，所述窗口
开设于所述第二外壳侧壁上。
9.通过采用上述技术方案，第一外壳可以对笔芯起到保护作用，第二外壳可以对正姿模块起到保护作用，并且通过两个外壳的设置，将正姿笔内的笔芯与正姿模块隔开，使用者需要更换笔芯时仅需拆下第一外壳即可进行更换，而不会影响到第二外壳内的正姿模块。
10.可选的，所述正姿模块包括：测距单元，所述测距单元设于所述第二外壳内开设有所述窗口的位置处，所述测距单元用于检测所述距离并输出测距数据；角度测量单元，所述角度测量单元用于测量所述角度并输出角度测量数据；控制器，连接于所述测距单元以接收所述测距数据，连接于所述角度测量单元以接收所述角度测量数据，预设有第一距离阈值、第二距离阈值、第一角度阈值和第二角度阈值，所述第一距离阈值小于所述第二距离阈值，所述第一角度阈值小于所述第二角度阈值并大于0
°
，所述第二角度阈值小于等于45
°
；若所述测距数据小于所述第一距离阈值或所述测距数据大于所述第二距离阈值时，则所述控制器输出第一预警信号；若所述角度测量数据小于所述第二角度阈值时，则所述控制器输出第二预警信号；预警单元，连接于所述控制器以接收所述第一预警信号和所述第二预警信号，响应于所述第一预警信号和所述第二预警信号并发出预警提示。
11.通过采用上述技术方案，测距单元可以通过窗口检测使用者头部与书写水平面的距离，并将检测的距离输出至控制器内，角度测量单元可以检测笔壳与书写水平面之间的角度，并将检测的角度输出至控制器内，控制器将检测的距离和角度与控制器内预设的阈值进行比对，若检测值超出阈值，控制器将向预警单元发出预警信号，预警单元接收预警信号后将向使用者发出预警提示，以提示使用者纠正握笔方式或坐姿。
12.可选的，所述正姿模块还包括延时单元；所述延时单元设于所述控制器与所述预警单元之间并预设有第一延时时间，所述延时单元与所述控制器连接以接收所述第二预警信号，所述延时单元与所述预警单元连接以向所述预警单元输出所述第二预警信号；若所述延时单元接收到所述第二预警信号的时间大于所述第一延时时间时，所述延时单元向所述预警单元输出所述第二预警信号。
13.通过采用上述技术方案，使用者在使用正姿笔书写时，可能在书写部分字时，笔壳与书写水平面之间的角度会瞬时超出控制器内的角度阈值，通过延时单元的设置，若笔壳与书写水平面之间的角度超出控制器内的角度阈值的时间超过预设时间，预警单元才会向使用者发出预警信号，因此延时单元降低了预警单元发出预警的敏感度，减少误预警的可能。
14.可选的，若所述控制器所接收的所述角度测量数据小于所述第一角度阈值时，则所述控制器输出第三预警信号；所述延时单元接收所述第三预警信号并预设有第二延时时间；若所述延时单元接收到所述第三预警信号的时间大于所述第二延时时间时，所述
延时单元向所述预警单元输出所述第三预警信号，所述预警单元接收所述第三预警信号并响应于所述第三预警信号以发出预警提示。
15.通过采用上述技术方案，当使用者握笔方式错误或者未使用正姿笔进行书写，而是把玩正姿笔或进行其他操作时，笔壳与书写水平面之间的角度可能会超过第一角度阈值，若超过第一角度阈值的时间大于第二延时时间，预警单元将会向使用者发出预警提示。
16.可选的，所述正姿模块还包括供电单元；所述供电单元连接于所述控制器；所述供电单元用于向所述控制器供电。
17.通过采用上述技术方案，控制器可以通过供电单元供的电进行工作，因此正姿笔可以不需要外接电源即可进行正常工作，方便了使用者的使用。
18.可选的，所述供电单元与所述控制器之间设有电源开关；所述电源开关的输入端与所述供电单元连接，所述电源开关的输出端与所述控制器连接；所述电源开关用于控制所述供电单元向所述控制器的供电。
19.通过采用上述技术方案，当使用者需要使用正姿笔时可以打开电源开关，当使用者不需要使用正姿笔时可以关闭电源开关，避免正姿笔在收纳时因放置角度和位置而持续发出预警，导致供电单元的电能被持续消耗，因此通过电源开关的设置，有利于节省供电单元内的电能。
20.可选的，所述第二外壳远离第一外壳的一端穿设并滑动连接有笔帽，所述笔帽用于控制所述电源开关。
21.通过采用上述技术方案，使用者可以通过按压笔帽控制电源开关，当需要使用正姿笔时，使用者可以按压笔帽打开电源开关，使得供电单元向控制器进行供电，当不需要使用正姿笔时，使用者再次按压笔帽即可关闭电源开关，控制器断电停止工作。
22.可选的，所述正姿模块还包括自动断电单元；所述自动断电单元设于所述控制器与所述电源开关之间，所述自动断电单元分别与所述控制器和所述电源开关连接；若所述控制器所接收的所述角度测量数据等于0
°
时，则所述控制器输出断电信号，所述自动断电单元接收所述断电信号并响应于所述断电信号以切断所述供电单元向所述控制器的供电。
23.通过采用上述技术方案，当使用者使用完正姿笔平放于水平面并忘记关闭电源开关时，控制器将向自动断电单元输出断电信号，自动断电单元接收断电信号后将切断供电单元的供电，通过自动断电单元的设置，有利于节省供电单元内的电能。
24.可选的，所述延时单元与所述自动断电单元连接并预设有第三延时时间；若所述控制器所接收的所述角度测量数据等于0
°
时，则所述控制器输出断电信号，若所述延时单元接收到断电信号的时间大于所述第三延时时间时，所述延时单元向所述自动断电单元输出所述断电信号。
25.通过采用上述技术方案，若控制器所接收的所述角度测量数据等于0
°
的时间超出第三延时时间时，控制器才会通过延时单元向自动断电单元输出断电信号，由于使用者在使用正姿笔时可能会不小心将正姿笔横置，因此通过延时单元的延时，可以减少自动断电
单元在使用者使用过程中进行误断电的可能。
26.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.正姿模块可以通过笔壳上的窗口检测使用者头部与书写水平面的距离，若检测的距离超出正姿模块内预设的距离值时，正姿模块将对使用者发出预警；正姿模块还可以检测笔壳与书写水平面之间的角度，若检测的角度超出正姿模块内预设的角度值时，正姿模块同样会对使用者发出预警，因此使用者因坐姿不标准而靠近书写水平面或因握笔方式不标准而导致笔壳与书写水平面角度太偏，正姿笔均会发出预警，提醒使用者改变坐姿或握笔方式，从而起到矫正使用者握笔方式与坐姿的效果。
27.2.当使用者使用完正姿笔平放于水平面并忘记关闭电源开关时，控制器将向自动断电单元输出断电信号，自动断电单元接收断电信号后将切断供电单元的供电，通过自动断电单元的设置，有利于节省供电单元内的电能。
附图说明
28.图1是本技术实施例中用于矫正握笔方式和坐姿的正姿笔的结构示意图。
29.图2是本技术实施例中用于矫正握笔方式和坐姿的正姿笔的剖面图。
30.图3是本技术实施例中正姿模块于笔壳内的结构示意图。
31.图4是本技术实施例中正姿模块的结构示意图。
32.附图标记说明：1、笔壳；2、正姿模块；3、笔帽；4、笔夹；5、笔芯；11、第一外壳；12、第二外壳；121、窗口；21、测距单元；22、角度测量单元；23、控制器；24、预警单元；25、延时单元；26、供电单元；27、电源开关；28、自动断电单元。
具体实施方式
33.以下结合附图1
‑
4对本技术作进一步详细说明。
34.本技术实施例公开一种用于矫正握笔方式与坐姿的正姿笔。参照图1、图2，用于矫正握笔方式与坐姿的正姿笔包括笔壳1，笔壳1包括第一外壳11和第二外壳12，第一外壳11与第二外壳12均为空心圆柱体，第一外壳11一端为空心圆锥，第一外壳11另一端与第二外壳12的一端可拆卸连接，第一外壳11内沿第一外壳11长度方向穿设有笔芯5。第二外壳12内固定连接有用于检测使用者头部与书写水平面的距离和笔壳1与书写水平面的角度的正姿模块2，第二外壳12侧壁开设有用于正姿模块2测距的窗口121，窗口121为椭圆形。第二外壳12远离第一外壳11的一端穿设并滑动连接有笔帽3，通过按压笔帽3可以控制正姿模块2的启闭。第二外壳12外侧壁固定连接有笔夹4。
35.参照图3、图4，正姿模块2包括供电单元26，供电单元26可以为电池组，供电单元26固定连接于第二外壳12内侧壁的一侧。供电单元26电连接有电源开关27，电源开关27为按钮开关，电源开关27固定连接于第二外壳12内靠近笔帽3的一端，电源开关27的按钮朝向笔帽3。正姿模块2还包括测距单元21，测距单元21可以为红外探测器，测距单元21固定连接于第二外壳12内靠近窗口121的位置处，测距单元21通过第二外壳12的窗口121检测使用者头部与书写水平面的距离。正姿模块2还包括控制器23，控制器23可以为微控制单元(microcontroller unit；mcu)，控制器23固定连接于第二外壳12内位于电源开关27与测距单元21之间的位置处，控制器23与测距单元21电连接，控制器23可以接收测距单元21所测
量的数据信息。
36.参照图3、图4，正姿模块2还包括预警单元24，预警单元24固定连接于第二外壳12内远离笔帽3的一端，预警单元24为震动器，预警单元24与控制器23电连接，预警单元24可以通过接收控制信号而开始产生震动。控制器23内预设有第一距离阈值和第二距离阈值，第一距离阈值小于第二距离阈值。第一距离阈值指使用者头部与书写水平面的最近距离，第二距离阈值指使用者头部与书写水平面的最远距离，第一距离阈值与第二距离阈值之间的距离为正确坐姿时使用者头部与书写水平面保持的距离。
37.当测距单元21所检测的使用者头部与书写水平面的距离小于第一距离阈值或大于第二距离阈值时，控制器23信号将向预警单元24输出第一预警信号，预警单元24接收第一预警信号并响应于第一预警信号开始产生震动，通过震动提醒使用者矫正坐姿。
38.举例来说，假设第一距离阈值预设为30cm，第二距离阈值预设为40cm，若测距单元21检测到使用者头部与书写水平面的距离为25cm时，此时使用者坐姿可能处于驼背状态，控制器23将发出第一预警信号使得预警单元24振动，提醒使用者改变坐姿；若测距单元21检测到使用者头部与书写水平面的距离为35cm时，控制器23不会输出第一预警信号；若测距单元21检测到使用者头部与书写水平面的距离为42cm时，此时使用者坐姿可能处于后仰状态，控制器23将发出第一预警信号使得预警单元24振动，提醒使用者改变坐姿。
39.参照图3、图4，正姿模块2还包括角度测量单元22，角度测量单元22固定连接于第二外壳12内位于预警单元24右侧的位置处，角度测量单元22与控制器23电连接。
40.角度测量单元22为三轴加速度计，三轴加速度计可以检测正姿笔于三维空间内受到的惯性力矢量，再测出该矢量于三轴方向上加速度的模拟数据，将模拟数据转换为电压值。三轴加速度计设有初始的灵敏度，再将测得的电压值引入三轴加速度计的灵敏度进行计算，即可获得正姿笔在空间内三轴方向的加速度。根据三轴方向的加速度可以得到惯性力矢量于三轴上的矢量分量，再通过三角函数定理计算惯性力矢量与水平面轴向上分量之间的夹角，即可获得正姿笔与书写水平面之间的角度值。
41.角度测量单元22将检测出的角度测量数据输出至控制器23内，控制器23内预设有第二角度阈值，第二角度阈值小于等于45
°
。由于人正常书写时，若握笔方式正确，则笔壳1与书写水平面之间的夹角范围为45
°
至60
°
，第二角度阈值指正确握笔方式时笔壳1与书写水平面之间的最小夹角，因此可以将第二角度阈值设为45
°
。若角度测量单元22检测出笔壳1与书写水平面之间的夹角小于第二角度阈值，控制器23将向预警单元24输出第二预警信号，预警单元24接收到第二预警信号将响应于第二预警信号并开始产生震动。
42.在另一实施例中还可以在控制器23内预设第三角度阈值，第三角度阈值可以预设为60
°
，若角度测量单元22检测出笔壳1与书写水平面之间的角度超过第三角度阈值时，控制器23将向预警单元24输出第二预警信号，预警单元24接收到第二预警信号将响应于第二预警信号并开始产生震动。
43.参照图3、图4，正姿模块2还包括延时单元25，延时单元25固定连接于第二外壳12内位于角度测量单元22与预警单元24之间的位置处。延时单元25分别与控制器23和预警单元24电连接，角度测量单元22将检测到的角度输出至控制器23内，控制器23将角度与第二角度阈值进行比较，若超出第二角度阈值则先向延时单元25输出第二预警信号。延时单元25内预设有第一延时时间，若延时单元25接收到第二预警信号的时间超过第一延时时间，
则延时单元25将第二预警信号输出至预警单元24使其发出震动警示。
44.举例来说，假设延时单元25内预设的第一延时时间为2s，第二角度阈值为45
°
，角度检测单元检测到笔壳1与书写水平面之间的角度为50
°
，并持续了0.5s，此时使用者可能是采用正确握笔方式在书写时正在写较为特殊的字，在书写某一笔画的过程中刚好使得笔壳1与书写水平面之间的角度呈50
°
。控制器23此时向延时单元25输出0.5s的第二预警信号，由于第二预警信号持续时间小于2s，因此延时单元25不会向预警单元24输出第二预警信号。通过延时单元25的设置，可以避免使用者正常握笔方式书写时因部分特殊时候而导致预警单元24发出误警示的情况。
45.控制器23内还预设有第一角度阈值，第一角度阈值小于第二角度阈值并大于0
°
，第一角度阈值可以预设为20
°
。当角度测量单元22检测出笔壳1与书写水平面之间的角度小于第一角度阈值时，控制器23将向延时单元25输出第三预警信号，延时单元25内预设有第二延时时间，若延时单元25接收到第三角度阈值的时间超过第二延时时间时，延时单元25将向预警单元24输出第三预警信号。
46.举例来说，假设延时单元25内预设的第二延时时间为3s，第一角度阈值为20
°
，角度测量单元22检测出笔壳1与书写水平面之间的角度在5
°
与10
°
之间，并持续了3s以上，此时使用者可能在电源开关27打开的过程中在把玩正姿笔。控制器23此时向延时单元25输出3s以上的第三预警信号，由于第三预警信号持续时间大于3s，因此延时单元25将向预警单元24输出第三预警信号，预警单元24接收第三预警信号并响应于第三预警信号开始产生震动，提醒使用者关闭电源开关27或停止把玩。
47.参照图3、图3，正姿模块2还包括自动断电单元28，自动断电单元28固定连接于第二外壳12内位于电源开关27与控制器23之间的位置处，自动断电单元28分别与电源开关27和控制器23电连接，自动断电单元28还与延时单元25电连接。延时单元25内还预设有第三延时时间，当角度测量单元22检测出笔壳1与书写水平面之间的角度为0
°
时，控制器23将会向延时单元25输出断电信号，若延时单元25接收断电信号的时间超过第三延时时间时，延时单元25将断电信号输出至自动断电单元28，自动断电单元28接收断电信号并响应于断电信号以切断控制器23的供电，同时复位电源开关27。
48.举例来说，假设第三延时时间为30s，角度测量单元22检测出笔壳1与书写水平面之间的角度为0
°
，并持续了32s，此时使用者可能使用完正姿笔并平放于桌面上，忘记关闭电源开关27。控制器23此时向延时单元25输出32s的断电信号，由于断电信号持续时间超过30s，因此延时单元25向自动断电单元28输出断电信号，自动断电单元28接收断电信号后切断向控制器23供电的电源，并复位电源开关27。通过自动断电单元28的设置，可以在使用者将正姿笔放置于水平桌上并忘记关电源开关27时，将控制器23自动断电，有利于节省供电单元26内的电能，也有利于延长正姿模块2整体的使用寿命。
49.本技术实施例中用于矫正握笔方式和坐姿的正姿笔的实施原理为：使用者使用正姿笔进行书写时，可以按下笔帽3打开电源开关27，此时正姿模块2内的测距单元21将实时检测使用者头部与书写水平面之间的距离，正姿模块2内的角度测量单元22将实时检测笔壳1与书写水平面之间的角度，若检测的距离超出控制器23内的阈值时，控制器23将控制预警单元24产生震动，提醒使用者调整坐姿；若检测的角度超出控制器23内的阈值一段时间后，控制器23也将控制预警单元24产生震动，提醒使用者调整握笔
方式。当不需要使用正姿笔时，可以再次按下笔帽3关闭电源开关27，并将正姿笔进行收纳。
50.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。