專利名稱：紅外及超聲波預(yù)防近視端正坐姿臺(tái)燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于日常生活用品技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種燈具，特別是一種有助于中小學(xué)生保持正確讀寫姿勢(shì)并預(yù)防近視的保健臺(tái)燈。
背景技術(shù)：
保持正確合理的讀書寫字姿勢(shì)對(duì)青少年特別是中小學(xué)生來說是至關(guān)重要的。目前，因讀書寫字的視距不當(dāng)、學(xué)習(xí)光線不足、連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間過度用眼和姿勢(shì)不正確等原因而引起的中小學(xué)生視力減退、近視以及頸椎彎曲駝背的現(xiàn)象，已成為社會(huì)廣泛注意的問題。為解決上述問題，近年來本領(lǐng)域相繼開發(fā)出一些利用紅外及超聲波技術(shù)提示報(bào)警的保健臺(tái)燈產(chǎn)品，但此類產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用還存在著監(jiān)控有死角(讀寫者頭過低、頭過于偏斜或身體過度前傾均無法實(shí)施監(jiān)控)、智能化程度和可靠性不高(例如，無論讀寫者是否暫時(shí)來去都需頻繁開關(guān)電源，否則人員離去會(huì)報(bào)警，來時(shí)又往往忘開)等問題，因而也難以有效地達(dá)到促使學(xué)生在學(xué)習(xí)中保持良好的視距和坐姿。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理、智能化程度高且使用效果好的紅外及超聲波預(yù)防近視端正坐姿臺(tái)燈，用以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，充分保證青少年使用者在學(xué)習(xí)時(shí)的正確視距和坐姿，進(jìn)而對(duì)其視力及身體加以有效保護(hù)。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的而設(shè)計(jì)的技術(shù)解決方案是這樣的所提供的包括燈座、燈架、燈罩以及一個(gè)設(shè)在燈體內(nèi)的探測(cè)控制報(bào)警電路，其特征在于所說的探測(cè)控制報(bào)警電路由帶有至少一組發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波頭部探測(cè)電路、帶有發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波人體探測(cè)電路、系統(tǒng)控制電路、電子光敏測(cè)光電路和報(bào)警電路構(gòu)成，其中頭部探測(cè)電路的發(fā)射探頭和接收探頭設(shè)于燈罩上方，人體探測(cè)電路的發(fā)射探頭和接收探頭及光敏器件設(shè)在燈體上，頭部探測(cè)電路的輸出端與系統(tǒng)控制電路的相應(yīng)輸入端連接，人體探測(cè)電路的輸出端與系統(tǒng)控制電路的相應(yīng)輸入端連接，系統(tǒng)控制電路的報(bào)警控制信號(hào)輸出端接至報(bào)警電路的信號(hào)輸入端。電路得電后，由頭部探測(cè)電路發(fā)射探頭所發(fā)出或接收探頭所接收的紅外線或超聲波在燈體前方某一低位形成一探測(cè)警戒面，低于這一警戒面的物體無法將紅外線或超聲波反射至接收探頭，當(dāng)警戒面與水平面平行時(shí)，該臺(tái)燈的前后移動(dòng)不會(huì)對(duì)效果產(chǎn)生影響(這時(shí)警戒面最好距桌面高為40cm左右)；此外人體探測(cè)電路的發(fā)射探頭和接收探頭亦在燈體正前方形成一警戒面。使用過程中，在電路得電后，當(dāng)臺(tái)燈前探測(cè)范圍內(nèi)有人即當(dāng)使用者坐姿正確時(shí)，人體探測(cè)電路輸出高電平，頭部探測(cè)電路的發(fā)射探頭所發(fā)出的紅外線或超聲波被人體頭部反射，進(jìn)而由該電路的接收探頭接收到對(duì)應(yīng)的信號(hào)，此時(shí)報(bào)警電路不報(bào)警；當(dāng)頭部探測(cè)電路的接收探頭接收不到發(fā)射探頭發(fā)出的信號(hào)，而人體探測(cè)電路輸出為高電平時(shí)(說明此時(shí)使用者頭部距桌面過近、頭部向左右偏斜過大或身體過度前傾)，則系統(tǒng)控制電路中的一個(gè)用來限定使用者暫短低頭、歪頭或身體過度前傾最長(zhǎng)時(shí)間的延時(shí)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，達(dá)到設(shè)定時(shí)間(如20秒)后，報(bào)警電路報(bào)警，敦促使用者坐正姿勢(shì)，直到頭部探測(cè)電路接收探頭再次接收發(fā)射探頭發(fā)出的反射信號(hào)或人體探測(cè)電路輸出為低電平后停止報(bào)警。當(dāng)人體探測(cè)電路輸出為低電平時(shí)，說明學(xué)習(xí)桌前無人，報(bào)警電路不報(bào)警。此外系統(tǒng)控制電路還可根據(jù)人體探測(cè)電路的輸出信號(hào)來限定使用者一次可持續(xù)學(xué)習(xí)的最長(zhǎng)時(shí)間和間歇期間應(yīng)休息的最短時(shí)間，同時(shí)還可對(duì)環(huán)境光線進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述的預(yù)防近視端正坐姿臺(tái)燈具有結(jié)構(gòu)通用性強(qiáng)、可靠性好、智能化程度高等優(yōu)點(diǎn)，其產(chǎn)品能隨時(shí)提醒使用者特別是中小學(xué)生注意保護(hù)視力，有效地促使他們養(yǎng)成正確的讀寫姿勢(shì)，保證他們的視力以及身心的健康成長(zhǎng)。


圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)外型示意圖。
圖2為本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)外型示意圖。
圖3為本實(shí)用新型可采用的一種電路框圖。
圖4為本實(shí)用新型可采用的另一種電路框圖。
圖5為本實(shí)用新型可采用的系統(tǒng)控制及電子光敏測(cè)光電路原理圖。
圖6為本實(shí)用新型可采用的紅外發(fā)射/接收探測(cè)電路原理圖。
圖7為本實(shí)用新型可采用的超聲波發(fā)射/接收探測(cè)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參見附圖，本實(shí)用新型所述的紅外及超聲波預(yù)防近視端正坐姿臺(tái)燈由燈座7、不可隨意彎曲的燈架6、燈罩5以及設(shè)在燈體內(nèi)的探測(cè)控制報(bào)警電路構(gòu)成。頭部探測(cè)電路的發(fā)射探頭1和接收探頭2安裝在燈罩5上，人體探測(cè)電路的發(fā)射探頭10和接收探頭11設(shè)在燈座7，具體實(shí)施結(jié)構(gòu)中，頭部發(fā)射探頭1和接收探頭2的數(shù)量可以為一組，也可以為多組，另外在燈體上還設(shè)有光敏器件3、調(diào)光開關(guān)8及高亮度發(fā)光管9。該臺(tái)燈之探測(cè)警戒面的設(shè)立可通過圖1或圖2給出的兩種實(shí)施例結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其一是在燈罩上的頭部發(fā)射探頭1或接收探頭2前設(shè)有引波體4(引波體可采用如圖1所示的遮擋板結(jié)構(gòu)，也可是發(fā)射探頭上用的套管)，利用引波體4使頭部發(fā)射探頭1發(fā)出或接收的紅外線光波或超聲波在低位形成警戒面；其二則是使頭部探測(cè)電路發(fā)射探頭1的發(fā)射中軸線斜行向上并與水平面成α角，α≤75°。
本實(shí)用新型中探測(cè)控制報(bào)警電路的工作結(jié)構(gòu)可采用圖3或圖4的形式，該電路由帶有發(fā)射探頭1和接收探頭2的紅外或超聲波頭部探測(cè)電路12、帶有發(fā)射探頭10和接收探頭11的紅外或超聲波人體探測(cè)電路13、系統(tǒng)控制電路16、電子光敏測(cè)光電路14和聲光報(bào)警電路15構(gòu)成。工作過程中，無論頭部探測(cè)電路12和人體探測(cè)電路13選用紅外發(fā)射/接收電路或超聲波發(fā)射/接收電路，當(dāng)前方探測(cè)范圍內(nèi)有物體時(shí)，接收電路均可接收到反射信號(hào)并向輸出高電平，否則輸出為低電平。裝置內(nèi)電子光敏測(cè)光電路14與光敏器件3、調(diào)光開關(guān)8及高亮度發(fā)光管9配合設(shè)置，其設(shè)置用意在于當(dāng)環(huán)境光線不能達(dá)到學(xué)習(xí)要求時(shí)，提示使用者開燈或調(diào)整調(diào)光開關(guān)。
圖3為本實(shí)用新型的兩個(gè)探測(cè)電路12、13中一個(gè)采用紅外電路而另一個(gè)采用超聲波電路或當(dāng)頭部探測(cè)電路12的接收探頭2緊貼引波體4時(shí)可采用的電路框圖。圖中頭部探測(cè)電路12和人體探測(cè)電路13的輸出端分別與系統(tǒng)控制電路16的相應(yīng)輸入端連接，系統(tǒng)控制電路16的光敏測(cè)光控制信號(hào)輸出端和報(bào)警控制信號(hào)輸出端分別與電子光敏測(cè)光電路14和聲光報(bào)警電路15的信號(hào)輸入端連接。工作中，頭部探測(cè)電路12和人體探測(cè)電路13將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成高低電平送給系統(tǒng)控制電路16，系統(tǒng)控制電路16對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)判別后，輸出相應(yīng)信號(hào)控制報(bào)警電路15和電子光敏測(cè)光電路14工作。當(dāng)頭部探測(cè)電路12的接收探頭2緊貼遮擋體4且頭部探測(cè)電路12和人體探測(cè)電路13采用同種信號(hào)發(fā)射時(shí)，兩個(gè)探測(cè)電路12、13的發(fā)射探頭可共用同一發(fā)射電路。
圖4為本實(shí)用新型的兩個(gè)探測(cè)電路12、13同時(shí)采用紅外電路或超聲波電路，且當(dāng)頭部探測(cè)電路12的發(fā)射探頭1緊貼引波體4或當(dāng)發(fā)射探頭1的發(fā)射中軸線與水平面形成夾角α?xí)r可采用的電路框圖。圖中頭部探測(cè)電路12和人體探測(cè)電路13的輸出/輸入端分別接至系統(tǒng)控制電路16的相應(yīng)輸入/輸出端，系統(tǒng)控制電路16的光敏測(cè)光控制信號(hào)輸出端和報(bào)警控制信號(hào)輸出端分別接至電子光敏測(cè)光電路14和聲光報(bào)警電路15的信號(hào)輸入端。工作中，系統(tǒng)控制電路16不同時(shí)將高電平送入頭部探測(cè)電路12和人體探測(cè)電路13來控制它們分時(shí)工作(頭部探測(cè)電路12發(fā)射和接收停止后人體探測(cè)電路13才開始發(fā)射和接收，反之亦然)，頭部探測(cè)電路12和人體探測(cè)電路13將接收到的反射信號(hào)轉(zhuǎn)換成高低電平送給系統(tǒng)控制電路16，系統(tǒng)控制電路16對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)判別后，輸出相應(yīng)信號(hào)控制報(bào)警電路15和電子光敏測(cè)光電路14工作。由于兩個(gè)探測(cè)電路12、13分時(shí)發(fā)射，當(dāng)頭部探測(cè)電路的發(fā)射探頭1緊貼引波體4時(shí)，兩個(gè)探測(cè)電路12、13的接收探頭可共用同一接收電路，由系統(tǒng)控制電路16來區(qū)分接收到的信號(hào)來自哪一個(gè)發(fā)射探頭。
本實(shí)用新型的系統(tǒng)控制電路16內(nèi)設(shè)有至少三級(jí)延時(shí)計(jì)時(shí)裝置，其工作過程為當(dāng)臺(tái)燈前探測(cè)范圍內(nèi)有人時(shí)，人體探測(cè)電路13輸出高電平，此時(shí)系統(tǒng)控制電路16中用于限定使用者連續(xù)學(xué)習(xí)時(shí)間的第一計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到設(shè)定時(shí)間(如45分鐘)后，報(bào)警電路15開始提醒使用者應(yīng)該休息，直到使用者離開桌面，其后人體探測(cè)電路13轉(zhuǎn)輸出低電平，報(bào)警停止；隨之系統(tǒng)控制電路16中用于限定使用者最少應(yīng)休息時(shí)間的第二計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到設(shè)定時(shí)間(如5分鐘)后若人體探測(cè)電路13輸出仍為低電平(使用者仍未回到桌前)，則第一和第二計(jì)時(shí)器都清零；若使用者在第二計(jì)時(shí)器在設(shè)定時(shí)間內(nèi)回到桌前，此時(shí)有兩種情況(1)當(dāng)?shù)谝挥?jì)時(shí)器設(shè)定時(shí)間未計(jì)滿時(shí)第一計(jì)時(shí)器仍在計(jì)時(shí)，第二計(jì)時(shí)器會(huì)自動(dòng)清零，(2)當(dāng)?shù)谝挥?jì)時(shí)器設(shè)定時(shí)間已計(jì)滿時(shí)，報(bào)警電路15仍會(huì)報(bào)警，第二計(jì)時(shí)器不清零仍在計(jì)時(shí)，直到第二計(jì)時(shí)器計(jì)滿設(shè)定時(shí)間。第三計(jì)時(shí)器的作用則如前述，用于限定使用者在讀寫過程中暫短低頭、歪頭或身體過度前傾的最長(zhǎng)時(shí)間。
附圖5為本實(shí)用新型所述實(shí)施例結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)際電路圖，該結(jié)構(gòu)中系統(tǒng)控制電路16采用了一種利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由單片機(jī)U2完成邏輯及第一、第二和第三計(jì)時(shí)器的功能。單片機(jī)U2采用89C2051單片機(jī)，它根據(jù)頭部探測(cè)電路12和人體探測(cè)電路13的輸出信號(hào)決定第一、第二和第三計(jì)時(shí)器程序的運(yùn)行和清零進(jìn)而輸出相應(yīng)的高低電平控制信號(hào)。圖5中由電阻R1、電容C1、非門U1、二極管D1組成單片機(jī)復(fù)位電路，其利用了電容C1在加電瞬間兩端電壓不能發(fā)生突變的原理，在加電瞬間非門U1的輸入端和輸出端分別為低電平和高電平，二極管D1導(dǎo)通，單片機(jī)U2復(fù)位，隨著非門U1輸入端電壓的升高，二極管D1截止，結(jié)束復(fù)位。電容C2、C3和諧振器V組成為單片機(jī)U2提供時(shí)鐘信號(hào)的振蕩器。本實(shí)用新型中的電子光敏測(cè)光電路14由光敏電阻RG、可變電阻RP、電阻R2～R5、三極管VT1、VT2、與門U3、Y976報(bào)警集成電路U4、電容C4和發(fā)光管LED組成，臺(tái)燈使用過程中，當(dāng)環(huán)境光線較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG呈現(xiàn)低電阻，三極管VT1導(dǎo)通，VT2截止，經(jīng)與門U3后報(bào)警集成電路U4的5腳為低電平，其處于靜態(tài)無輸出；當(dāng)環(huán)境光線較弱時(shí)，光敏電阻RG呈現(xiàn)的阻值較大，當(dāng)光線照度降至100LX時(shí)，三極管VT1截止，VT2導(dǎo)通(用可變電阻RP調(diào)整而達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn))且其發(fā)射極電位為高電平，此時(shí)當(dāng)人體探測(cè)電路13的輸出為高電平時(shí)，單片機(jī)U2的18腳也輸出高電平，經(jīng)與門U3后報(bào)警集成電路U4的5腳為高電平，其輸出使發(fā)光管LED即燈座上的高亮度發(fā)光管9陣陣閃光(也可用音響報(bào)警或語音提醒)，提醒使用者通過調(diào)整開關(guān)8調(diào)節(jié)環(huán)境光線；當(dāng)人體探測(cè)電路13的輸出為低電平時(shí)，單片機(jī)U2的18腳輸出也為低電平，則報(bào)警集成電路U4處于靜態(tài)無輸出。當(dāng)然，電子光敏測(cè)光電路也可獨(dú)立于其它電路，亦可無需報(bào)警集成電路U4和與門U3而將U3的輸入信號(hào)直接輸入給系統(tǒng)控制電路，由系統(tǒng)控制電路控制報(bào)警電路報(bào)警。
本實(shí)用新型所用的紅外或超聲波頭部探測(cè)電路12、紅外或超聲波人體探測(cè)電路13以及報(bào)警電路15在實(shí)際應(yīng)用中均有多種已知成熟電路可供選擇，其中紅外發(fā)射/接收探測(cè)電路和超聲波發(fā)射/接收探測(cè)電路可分別采用圖6和圖7所示的電路結(jié)構(gòu)。
圖6中的紅外發(fā)射/接收電路由反相器U11、U12、U13、U14、LM567頻率譯碼器U20、紅外發(fā)射二極管D3、紅外接收二極管D2等組成，頻率譯碼器U20的中心振蕩頻率由串聯(lián)在其第5腳上的電阻R11和電容C7決定，它的振蕩頻率由第5腳引出經(jīng)電阻R6到三極管VT3的基極，再經(jīng)三極管VT3放大后加在紅外發(fā)射二極管D3上，紅外發(fā)射的頻率與頻率譯碼器U20的中心振蕩頻率完全一致。如紅外發(fā)射二極管D3前方有阻擋物，部分調(diào)制信號(hào)被反射至紅外接收二極管D2，經(jīng)U11、U12、U13和電阻R9、R10組成的線性放大器放大后送入頻率譯碼器U20的3腳，經(jīng)U20識(shí)別譯碼，其8腳由高電平轉(zhuǎn)為低電平，再經(jīng)反相器U14反相后轉(zhuǎn)為高電平；當(dāng)紅外發(fā)射二極管D3前方無阻擋物時(shí)，反相器U14輸出為低電平。
圖7中的超聲波發(fā)射/接收電路由三極管VT4、VT5、超聲波發(fā)送器T-40-16、超聲波接收器R-40-16、運(yùn)放器LM324組成，三極管VT4、VT5組成的強(qiáng)反饋穩(wěn)頻振蕩器的振蕩頻率等于超聲波發(fā)送器T-40-16的共振頻率，此時(shí)T-40-16作為反饋耦合元件又是輸出換能器，當(dāng)接通電源時(shí)，T-40-16便可反射出一串振蕩波形近似于方波的一串超聲波信號(hào)，若前方有阻擋物將部分超聲波信號(hào)反射至圖中超聲波接收器R-40-16并被其接收后，經(jīng)三極管VT6、VT7兩級(jí)放大后，送入運(yùn)放LM324進(jìn)行放大、整形，然后由LM324的第6腳輸出高電平，當(dāng)T-40-16前方無阻擋物時(shí)，運(yùn)放LM324的6腳為低電平。
報(bào)警電路15可采用通用的聲光報(bào)警、振動(dòng)報(bào)警、語音報(bào)警或熄燈方式提醒電路，本文不再贅述。
在實(shí)現(xiàn)附圖4所示的電路時(shí)，單片機(jī)U2的17腳和19腳可分別輸出高電平和低電平，通過電子開關(guān)(電子開關(guān)可由三極管組成)來控制頭部探測(cè)電路12和人體探測(cè)電路13是否得電工作，從而達(dá)到分時(shí)發(fā)射和接收的目的。
權(quán)利要求1.一種紅外及超聲波預(yù)防近視端正坐姿臺(tái)燈，包括燈座(7)、燈架(6)、燈罩(5)以及一個(gè)設(shè)在燈體內(nèi)的探測(cè)控制報(bào)警電路，其特征在于所說的探測(cè)控制報(bào)警電路由帶有至少一組發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波頭部探測(cè)電路(12)、帶有發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波人體探測(cè)電路(13)、系統(tǒng)控制電路(16)、電子光敏測(cè)光電路和報(bào)警電路(15)構(gòu)成，其中頭部探測(cè)電路(12)的發(fā)射探頭(1)和接收探頭(2)設(shè)于燈罩(5)上方，人體探測(cè)電路(13)的發(fā)射探頭(10)和接收探頭(11)及光敏器件設(shè)在燈體上，頭部探測(cè)電路(12)的輸出端與系統(tǒng)控制電路(16)的相應(yīng)輸入端連接，人體探測(cè)電路(13)的輸出端與系統(tǒng)控制電路(16)的相應(yīng)輸入端連接，系統(tǒng)控制電路(16)的報(bào)警控制信號(hào)輸出端接至報(bào)警電路(15)的信號(hào)輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外及超聲波預(yù)防近視端正坐姿臺(tái)燈，其特征是頭部探測(cè)電路(12)的發(fā)射探頭(1)和接收探頭(2)設(shè)于燈罩(5)上，在頭部發(fā)射探頭(1)或接收探頭(2)前設(shè)有引波體(4)。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外及超聲波預(yù)防近視端正坐姿臺(tái)燈，其特征是頭部探測(cè)電路(12)的發(fā)射探頭(1)和接收探頭(2)設(shè)于燈罩(5)上，發(fā)射探頭(1)的發(fā)射中軸線斜行向上并與水平面成小于75°的夾角。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種有助于中小學(xué)生保持正確讀寫姿勢(shì)并預(yù)防近視的保健臺(tái)燈，由燈座、燈架、燈罩及設(shè)在燈體內(nèi)的探測(cè)控制報(bào)警電路組成，所說的探測(cè)控制報(bào)警電路由帶有發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波頭部探測(cè)電路、帶有發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波人體探測(cè)電路、系統(tǒng)控制電路和報(bào)警電路等構(gòu)成。電路得電后，由頭部探測(cè)電路發(fā)射探頭發(fā)出的紅外線或超聲波在燈體前方形成一探測(cè)警戒面，低于這一警戒面的物體無法將紅外線或超聲波反射至接收探頭，當(dāng)使用者出現(xiàn)視距過近及坐姿不正時(shí)臺(tái)燈均將發(fā)出提示報(bào)警，敦促其坐正姿勢(shì)，此外該臺(tái)燈還可根據(jù)人體探測(cè)電路的輸出信號(hào)來限定使用者持續(xù)學(xué)習(xí)和間歇休息的時(shí)間。
文檔編號(hào)F21S6/00GK2700701SQ20042004207
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2004年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者曹慶民 申請(qǐng)人:曹慶民