一种带声音提示的洗澡背刷
阅读说明：本技术 一种带声音提示的洗澡背刷 (Back of body of bathing of voiced sound suggestion is brushed ) 是由 罗少轩 乔爱民 汤庆国 于 2019-03-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种带声音提示的洗澡背刷,背刷的刷头和刷柄通过连接件连接,在刷柄的内腔中安装有压力传感器、信号处理电路板和可充电式锂电池。所述的压力传感器中设置有悬臂梁式弹性体和构成惠更斯电桥结构的4片金属箔式应变片；刷头与人体皮肤间的压力通过连接件传递到所述压力传感器,并引起惠更斯电桥输出电压变化；所述的信号处理电路板上设置有惠更斯电桥信号处理电路、蜂鸣器驱动电路和锂电池充电电路；带声音提示的背刷可以在人们洗澡刷背时,实时检测刷头对皮肤的压力,并与压力阈值进行比较,当检测到的压力高于压力阈值时,自动发出提示声音,能有效避免洗澡刷背时因用力过大而对皮肤造成损伤的情况。(The invention discloses a back brush with voice prompt for bathing, wherein a brush head of the back brush is connected with a brush handle through a connecting piece, and a pressure sensor, a signal processing circuit board and a rechargeable lithium battery are arranged in an inner cavity of the brush handle. The pressure sensor is provided with a cantilever beam type elastic body and 4 metal foil type strain gauges forming a Wheatstone bridge structure; the pressure between the brush head and the skin of the human body is transmitted to the pressure sensor through the connecting piece, and the output voltage of the Wheatstone bridge is changed; the signal processing circuit board is provided with a Wheatstone bridge signal processing circuit, a buzzer driving circuit and a lithium battery charging circuit; the back brush with the voice prompt function can detect the pressure of the brush head on the skin in real time when people brush the back in a bath, and compares the detected pressure with a pressure threshold value, when the detected pressure is higher than the pressure threshold value, the back brush automatically sends out the prompt voice, and the condition that the skin is damaged due to excessive force when people brush the back in the bath can be effectively avoided.)
技术领域
本发明属于日常生活用品领域，特别涉及一种可以在洗澡刷背时检测刷头对人体皮肤的压力，并在压力过大时自动发出提示声音的洗澡背刷。
背景技术
很多人在洗澡时有搓背和刷背的习惯，而且经常不经意就用力过大，洗完澡才发现皮肤被红肿并出现损伤。有别于一般性的背刷，带声音提示的背刷可以在人们洗澡刷背时，实时检测刷头对人体皮肤的压力，并在压力过大时自动发出提示声音，可以避免刷背时不慎用力过大而对皮肤造成损伤。带声音提示的背刷在应用时，一方面要解决如何检测刷头对皮肤压力的问题；另一方面要解决压力检测电路及声音提示电路的供电和防水问题。
目前，日常使用的背刷并没有压力检测和声音提醒功能，人们在洗澡刷背时只能凭自身感觉控制力道，往往容易越刷越重，会出现用力过大而损伤皮肤并影响身体健康的情况。
发明内容
本发明的目的在于一种可以在洗澡刷背时实时检测刷头对人体皮肤的压力，并在压力过大时自动发出提示声音的背刷。避免刷背时用力过大而对皮肤造成损伤，影响身体健康。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种带声音提示的背刷，包括刷头和刷柄两部分。刷头和刷柄之间采用可拆卸式连接，刷柄中安装有微型悬臂式压力检测传感器、信号处理电路板和可充电锂电池。
所述的刷头可以通过连接件与刷柄连接，所述的刷柄内部加工有内腔，内腔中安装有微型悬臂式压力检测传感器、信号处理电路板和可充电锂电池。
所述的刷头通过连接件与刷柄紧密连接，刷头对皮肤的压力通过连接件传递到刷柄内腔中的微型悬臂式压力检测传感器。所述的微型悬臂式压力检测传感器包括悬臂式弹性体、电阻式应变片和导线。
所述的信号处理电路板包括用于处理微型悬臂式压力传感器中电桥信号的信号处理电路、蜂鸣器提示音驱动电路和可充电锂电池的充电接口电路。
所述的信号处理电路包括与电阻式应变片构成的惠斯通电桥相连的接线端子P1，所述的接线端子P1的引脚3、4分别与GND、4.2V电压源连接，所述的接线端子P1的引脚1、2分别作为电桥信号的S+、S-输出端与电阻R5、R6连接，所述的电阻R5、R6分别经电容C2、C3与GND连接，所述的电阻R5、R6还分别与信号放大器U1的引脚3、2连接，信号放大器U1型号为AD620，所述的信号放大器U1的引脚1依次经电阻R8、电位器R9与信号放大器U1的引脚8连接，所述的信号放大器U1的引脚7分别与4.2V电压源、电容C1连接，引脚5与2.5V电压源连接。电阻R4经电位器R3、电阻R1与电阻R2的输入端连接，所述的电位器R3还经电阻R2与GND连接。
所述的蜂鸣器提示音驱动电路包括与放大器U1相连的运算放大器U2，U2的型号是OP07，U2的引脚3与U1的引脚7连接，U2的引脚2与电位器R13和电阻R14构成的电阻分压器连接，U2的引脚7、4分别与4.2V电压源和GND连接，U2的引脚6通过电阻R7与NPN型三极管Q1的基极连接，NPN型三极管Q1的型号是9013，Q1的集电极与蜂鸣器LS1的负极连接，Q1的发射极与GND连接，蜂鸣器LS1的正极与4.2V电压源连接。
所述的可充电锂电池的充电接口电路包括整流桥D1，220V交流电的火线L通过电阻R10和电容C4后与D1的引脚4连接，220V交流电的零线N与D1的引脚2连接，D1的引脚1、3分别与电解电容C5的正、负极连接，电解电容C5的正、负极同时与电源基准D2的引脚3、2连接，电源基准D2的型号是TL431，D2的引脚1与电阻R11、R12连接，电阻R11、R12的另外两端分别与接线端子P2的引脚1、2连接，接线端子P2是锂电池的充电接线端子，P2的引脚1、2分别为4.2V电压源和GND。
上述技术方案中，刷柄的内部空腔中放置了压力传感器的弹性体，弹性体上安装有4个金属箔式应变片，构成惠斯通电桥结构用于压力测量。在使用背刷时，刷头与皮肤接触并对皮肤产生压力，此压力通过刷头和连接器传递到刷柄中的弹性体，使弹性体和粘贴在弹性体上的4个金属箔式应变片产生形变，金属箔式应变片构成的惠斯通电桥输出的mV级电压信号也会相应发生改变，且输出电压的变化与压力大小成线性关系。利用运算放大器对惠斯通电桥输出的mV级电压信号进行幅值放大，然后通过与电压比较器与预先设置的压力阈值相比较，当压力高于预设阈值时，电压比较器的输出会驱动蜂鸣器鸣响，提示用力过大。上述压力阈值是通过多次实验测量得出的数值，当刷头与皮肤的接触压力超过此数值时，可能会对皮肤产生损伤。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明工作原理框图；
图3为信号处理电路板的信号处理电路和蜂鸣器驱动电路示意图；
图4为信号处理电路板的锂电池充电电路示意图。
具体实施方式
结合附图1～4对本发明做出进一步的说明：
一种带声音提示的背刷，如图1所示，刷头1通过连接件2与刷柄3内部的压力传感器7连接，刷背时，刷头1与皮肤间的压力，通过连接件2传递到压力传感器7，使压力传感器7的弹性体8产生微形变，粘贴在弹性体8上面的4片金属箔式应变片9组成的惠斯通电桥的输出电压也相应发生变化，此电压的变化与梳齿1与头皮间的压力大小成近似线性关系，通过检测此电压的变化，就可以检测出压力的大小。压力传感器7的输出电压信号通过电缆10输出到信号处理电路板11进行幅值放大和电压比较，当压力超过设定的阈值时驱动蜂鸣器12发出报警提示音。可充电锂电池5为压力传感器7和信号处理电路板11提供电源供给，充电接口6用于接通外部电源为锂电池5供电。梳柄3内部有空腔4，空腔4的作用是为压力传感器7、信号处理电路板11和锂电池5提供放置空间。
图2是本发明的工作原理框图，刷头1与皮肤的接触压力通过连接件2传递到刷柄3中的压力传感器7，压力传感器7的输出信号为mV级差分电压信号，经过信号处理电路板11上的运算放大器进行电压幅值放大，并通过信号处理电路板11上的电压比较器与预先设置的压力阈值进行比较，比较的结果如果是高于压力阈值，信号处理电路板11上的蜂鸣器驱动电路接通，驱动蜂鸣器12发出提示音，比较的结果如果低于压力阈值，信号处理电路板11上的蜂鸣器驱动电路不会接通，蜂鸣器12也不会发出提示音。可充电式锂电池5为压力传感器7和信号处理电路板11上的各功能部件提供电源供给，包括：应变片9组成的惠斯通电桥、信号处理电路板11上的信号处理电路和蜂鸣器驱动电路。
图3是本发明中信号处理电路板11上的信号处理电路和蜂鸣器驱动电路示意图，实现上述功能的电路位于信号处理电路板11上；接线端子P1与应变片9构成的惠斯通电桥相连接，P1的其中2个引脚分别与4.2V电压源和GND连接，另外两个引脚是惠斯通电桥的输出信号S-和S+；电阻R1、R2、R4和电位器R3构成调零电路，与电桥的输出信号S-相连；R5和C2、R6和C3分别构成RC低通滤波器，作用是在电桥输出信号S-和S+进入信号放大器U1之前进行低通滤波，去除一部分高频干扰信号；信号放大器U1的型号是AD620，其主要实现对电桥输出的差动毫伏信号进行放大，其5号引脚是参考电压输入端接2.5V参考电压，当电桥平衡时，U1输出2.5V；U2是运算放大器OP07，其作用是构成电压比较器，将U1放大后的电压信号与预先设置的电压阈值进行比较；电位器R13和电阻R14构成电阻分压器，其输出作为阈值电压，与U2的引脚2连接，U1的输出电压通过引脚6与U2的引脚3连接；电阻R7和NPN型三极管Q1构成蜂鸣器驱动电路；当U2的引脚3电压高于引脚2电压时，U2的引脚6输出高电平，三极管Q1导通，蜂鸣器LS1的电源接通，发出提示音；当U2的引脚3电压低于引脚2电压时，U2的引脚6输出低电平，三极管Q1截止，蜂鸣器LS1没有接通电源，不会发出提示音。
图4是本发明中信号处理电路板11上的锂电池充电电路示意图，实现上述功能的电路位于信号处理电路板11上；电阻R10和电容C4用于限制充电电流，避免因电流过大损坏锂电池；220V交流电通过整流桥D1后变成直流电，电解电容C5起直流滤波作用；可控精密稳压源D2的型号为TL431，作用是为锂电池5提供稳定的4.2V充电电压，TL431引脚3、2之间的输出电压Vout与电阻R11和R12的关系为：
电阻R11选用阻值为1.7k的电阻，电阻R12选用阻值为2.5k的电阻，这样TL431引脚3、2之间的电压被保持在4.2V，作为锂电池的充电电压。接线端子P2的引脚1、2分别连接锂电池的正、负极。
综上所述，本发明实现了在洗澡刷背时实时检测刷头对皮肤压力，并当压力高于压力阈值时自动发出提示音的功能。一是在刷柄中安装了压力传感器，实现了对刷头压力的检测；二是通过设计信号处理电路和蜂鸣器驱动电路，实现了当刷头压力超过阈值时，自动发出提示音的功能。当人们在刷背过程中用力过大时，背刷会发出声音进行提醒，可以有效避免因刷背时用力过大而损伤皮肤并影响身体健康的情况。