專利名稱：一種預(yù)防近視的報(bào)警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電子報(bào)警裝置，尤其是提醒使用者注意用眼衛(wèi)生的全方位預(yù)防近 視報(bào)警裝置。
背景技術(shù)：
目前，近視發(fā)病率較高，并且有年輕化的趨勢，國家教委和衛(wèi)生部的調(diào)查顯示，目前 我國學(xué)生的近視率已經(jīng)居世界第二位。中小學(xué)生近視率已達(dá)34.6%,高中生近視率達(dá)70%， 我國青少年因近視致盲的人數(shù)已達(dá)30萬人，可見如何預(yù)防青少年近視刻不容緩。
近視是由多種因素導(dǎo)致的，普遍認(rèn)為以下3個(gè)因素是近視的頭號元兇l.近距離用眼 一般來說看書寫字時(shí)眼睛與書本的距離為1尺左右最佳，但青少年讀書寫字時(shí)都喜歡趴在 桌子上，眼睛離書本距離太近，坐姿不正確；2.用眼時(shí)間過長 一次學(xué)習(xí)時(shí)間不宜過長， 一般成人45分鐘——l個(gè)小時(shí)、小孩30分鐘左右就應(yīng)該讓眼睛休息一會(huì)兒，遠(yuǎn)眺遠(yuǎn)方或 者做眼保健操；3環(huán)境因素青少年學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)有良好的照明條件，過暗的環(huán)境容易導(dǎo)致用 眼疲勞。因此預(yù)防青少年近視應(yīng)該全方位，從上述3個(gè)方面入手。
目前用于防止近視的裝置以矯正坐姿為主，比如讓用戶佩戴一個(gè)小裝置(一般是在
耳朵上)，如公開于2008年03月12日、公告號為CN201035707、名稱為防近視報(bào)警裝置 的實(shí)用新型專利；或者采用桌面防止欄桿或檢測桿的方式防止用戶頭部距離桌面過近，此 類裝置復(fù)雜，如公開于2008年5月14日、公告號為CN201060538的用于預(yù)防近視的報(bào)警 裝置；還有一類裝置是采用電子測距的方式檢測頭部與桌面的距離，比如公開于2006年 06月28日、公告號為CN2791769的超聲波防近視裝置實(shí)用新型專利。他們的共同缺點(diǎn)是 只檢測用戶眼睛與桌面的距離，沒有考慮其他因素，而用眼時(shí)間過長或者光線太暗都會(huì)導(dǎo) 致視力下降。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種預(yù)防近視的報(bào)警裝置， 它通過防止用戶眼睛和桌面距離過近、用眼時(shí)間過長和光線太暗的方式全方位預(yù)防近視， 解決了現(xiàn)有防近視報(bào)警裝置單一檢測距離的問題。本裝置抗干擾性能好，檢測精度高(尤 其是在一尺左右的距離)，將本裝置放在桌子上即可使用，使用方便，美觀大方，用戶無 需佩戴裝置，不會(huì)讓用戶感覺不適，不影響用戶的學(xué)習(xí)及工作。
3實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下
一種預(yù)防近視的報(bào)警裝置，包括控制及定時(shí)模塊、超聲波測距模塊、亮度檢測模塊、 報(bào)警模塊及電源模塊，所述超聲波測距模塊、亮度檢測模塊和報(bào)警模塊分別與控制及定時(shí) 模塊連接，電源模塊與其他所述模塊連接，所述控制及定時(shí)模塊包含一單片機(jī)，超聲波測 距模塊包括超聲波發(fā)射器及接收器，亮度檢測模塊包括一光電傳感器，報(bào)警模塊包括一語 音合成芯片。
上述警裝置中，所述超聲波發(fā)射器通過推挽放大電路與所述單片機(jī)連接，所述超聲波 接收器將接收到的信號傳輸給二級放大電路再依次通過帶通濾波電路和雙閾值比較器與單 片機(jī)連接。所述光電傳感器為光電池，光電池采集的亮度信號經(jīng)高精度放大器放大后，由 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，傳輸給單片機(jī)處理。所述單片機(jī)內(nèi)置計(jì)數(shù)器，單片機(jī)還與 按鍵電路連接，按鍵用于設(shè)置報(bào)警裝置的報(bào)警時(shí)間間隔。所述語音合成芯片通過串口接收 單片機(jī)的報(bào)警信號，音頻輸出信號經(jīng)音頻放大器放大后通過喇叭輸出。所述單片機(jī)還將報(bào)
警信號傳輸給LED顯示電路顯示。
整個(gè)報(bào)警裝置的定時(shí)模塊采用單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，并由單片機(jī)的I/O 口連接了 四個(gè)按鍵，分別對應(yīng)不同的定時(shí)時(shí)間15分鐘、30分鐘、45分鐘、l個(gè)小時(shí)，方便不同年 齡層的用戶使用。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與積極效果本實(shí)用新型是一種能綜合預(yù)防近視的報(bào)警裝置，它通
過防止用戶眼睛和桌面距離過近、用眼時(shí)間過長和光線太暗的方式全方位預(yù)防近視，解決
了現(xiàn)有防近視報(bào)警裝置單一檢測距離的問題；本裝置使用方便，美觀大方，輸出的報(bào)警信 號自然動(dòng)聽，并伴有背景音樂，用戶無需佩戴裝置，不會(huì)讓用戶感覺不適，不影響用戶的 學(xué)習(xí)及工作；本裝置抗干擾性能好，采用雙閥值比較器檢測回波，避免了采用固定閥值檢
測回波信號可能導(dǎo)致的越過門檻的時(shí)刻前后移動(dòng)而產(chǎn)生所謂的土i周期誤差，提高了檢測精
度，實(shí)驗(yàn)表明本系統(tǒng)檢測誤差在0.5cm以內(nèi)，使用效果理想。本裝置不僅可用于青少年預(yù) 防近視，對于已有近視的人群也可使用，幫助端正姿勢，建立正確用眼習(xí)慣，防止用眼疲 勞。


圖l是本實(shí)用新型防近視報(bào)警裝置的使用示意圖。圖中l(wèi).書桌、2.全方位預(yù)防近視 報(bào)警裝置、3.書。圖2是本實(shí)用新型預(yù)防近視報(bào)警裝置的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明。
本實(shí)施例方式中的預(yù)防的近視報(bào)警裝置，其總體結(jié)構(gòu)由五部分組成以單片機(jī)為核心 的控制及定時(shí)模塊、超聲波發(fā)射器及接收器為核心的超聲波測距模塊、以光電池為核心的 亮度檢測模塊、以音頻輸出及LED為核心的報(bào)警模塊及電源模塊。
如圖2所示，控制及定時(shí)模塊采用性能優(yōu)越、高速、低功耗的單片機(jī)作為整個(gè)裝置的 控制核心部件，另外，超聲波檢測模塊采用發(fā)射器與接受器分體形式，兩探頭的位置為4cm 左右，測量一尺左右的距離不會(huì)產(chǎn)生測量錯(cuò)誤及盲區(qū)。其中發(fā)射端采用單片機(jī)發(fā)射40kHZ 的脈沖信號并通過推挽電路放大實(shí)現(xiàn)功率放大，發(fā)射器直接接在推挽電路的輸出端，發(fā)出 40kHZ的正弦波。接收電路由超聲波接收器、放大電路、濾波電路及雙閥值比較電路組成。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明一尺左右的距離時(shí)，接收器的輸出信號很微弱，因此放大電路采用二級放大， 以實(shí)現(xiàn)在lm以內(nèi)接收到的超聲波的信號的放大；為了消除噪音信號的影響，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 一級帶通濾波電路，中心頻率為40kHZ，帶寬為5M;濾波后的信號同時(shí)接人比較器反相輸 入端，兩比較器的參考電壓端分別為2.4V和3.4V，比較器的輸出分別接單片機(jī)的兩個(gè)定
時(shí)器輸入端。單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器完成6、"的計(jì)時(shí)，進(jìn)而通過幾何分析求出回波前沿所 對應(yīng)的時(shí)間f。，可表示為
'o'1 '。* J^—J/'
之后根據(jù)速度距離公式s-c /e/2 (其中c為超聲波的傳播速度)求出人眼與書本的距離，
用此方法明顯提高了檢測精度。本裝置采用的精密低噪聲運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換速率高，以實(shí)現(xiàn) 40kHZ的信號處理。本超聲波檢測模塊抗干擾性能好，檢測精度高，尤其是檢測一尺左右 的距離。
光電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的將光能直接轉(zhuǎn)變成電能的一種器件，光電池核心部 分是一個(gè)PN結(jié)，做成面積較大的薄片狀，來接收更多的入射光。光電池的輸出電壓與光線 強(qiáng)度成正比，性能穩(wěn)定。由于光電池的輸出電壓較小，且輸出電壓范圍與A/D轉(zhuǎn)換器的參 考電壓范圍不匹配，故采用以高精度雙電源運(yùn)算放大器為主的放大電路模塊對光電池的輸 出電壓進(jìn)行放大。放大后的信號經(jīng)高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后經(jīng)單片機(jī)處理。報(bào)警模塊采用語音合成芯片，音頻輸出信號經(jīng)音頻放大器放大后通過喇叭輸出，以實(shí) 現(xiàn)有背景音樂的語音報(bào)警，語音合成芯片采用異步串口接收單片機(jī)傳送的文本，該文本即 為要報(bào)警的信息如"您的眼睛距離書面太近，請注意用眼衛(wèi)生"或者"您已經(jīng)學(xué)習(xí)了45 分鐘，請休息一會(huì)兒"等，并在輸出報(bào)警信息同時(shí)播放背景音樂，本報(bào)警模塊改變了傳統(tǒng) 單調(diào)的聲音報(bào)警，發(fā)出的背景音樂優(yōu)雅動(dòng)聽，報(bào)警提示音真實(shí)自然。另外在聲音報(bào)警的同
時(shí)，本裝置還加了LED閃爍報(bào)警，聲光報(bào)警同時(shí)進(jìn)行。
本裝置在綜合分析產(chǎn)生近視原因的基礎(chǔ)上，提出了綜合預(yù)防近視的方法。本裝置采用 超聲波測距方法檢測人眼與桌面的距離，使用戶端正姿勢，保持距離在一尺左右；采用光 電池檢測用戶學(xué)習(xí)工作環(huán)境的亮度，如果太暗則提示音報(bào)警；通過外部按鈕設(shè)置一次連續(xù) 工作時(shí)間，采用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器定時(shí)15分鐘、30分鐘、45分鐘或者1個(gè)小時(shí)，當(dāng)時(shí) 間到，本裝置會(huì)提示用戶應(yīng)該休息一下，遠(yuǎn)眺或者做在眼保健操，防止用眼時(shí)間過長。
另外整個(gè)裝置的定時(shí)模塊采用單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，并由單片機(jī)的I/O 口連接了 4個(gè)按鍵，分別對應(yīng)不同的定時(shí)時(shí)間15分鐘、30分鐘、45分鐘、l個(gè)小時(shí)，以適應(yīng)不同 的用戶人群。
本裝置具體使用方式如下本裝置為一長方形盒子，美觀大方。使用時(shí)，用戶將其放 在桌子上，如放在臺燈周圍，并將其超聲波發(fā)射器對著用戶的眼睛，開啟開關(guān)，通過按鍵 設(shè)置定時(shí)時(shí)間，該裝置即可正常工作。本裝置內(nèi)部的單片機(jī)預(yù)先存儲不同的提示音報(bào)警信 號，當(dāng)某個(gè)模塊檢測到用戶有用眼不當(dāng)?shù)那闆r出現(xiàn)或者定時(shí)時(shí)間到時(shí)，單片機(jī)就會(huì)提取相 應(yīng)的報(bào)警信息，提示用戶注意用眼衛(wèi)生，如用戶距離桌子太近，喇叭就會(huì)發(fā)出"您的眼睛 距離書面太近，請注意用眼衛(wèi)生"聲音；或者定時(shí)時(shí)間到，喇叭就會(huì)發(fā)出"您已經(jīng)學(xué)習(xí)了 45分鐘，請休息一會(huì)兒"。
權(quán)利要求1、一種預(yù)防近視的報(bào)警裝置，其特征在于包括控制及定時(shí)模塊及與控制及定時(shí)模塊連接的超聲波測距模塊、亮度檢測模塊和報(bào)警模塊，電源模塊與其他所述模塊連接，所述控制及定時(shí)模塊包含一單片機(jī)，超聲波測距模塊包括超聲波發(fā)射器及接收器，亮度檢測模塊包括一光電傳感器，報(bào)警模塊包括一語音合成芯片。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的報(bào)警裝置，其特征在于所述超聲波發(fā)射器通過推挽放大電路 與所述單片機(jī)連接，所述超聲波接收器將接收到的信號傳輸給二級放大電路再依次通過帶 通濾波電路和雙閾值比較器與單片機(jī)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的報(bào)警裝置，其特征在于所述光電傳感器為光電池，光電池采 集的亮度信號經(jīng)高精度放大器放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，傳輸給單片機(jī)處 理。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的報(bào)警裝置，其特征在于所述單片機(jī)內(nèi)置計(jì)數(shù)器，單片機(jī)還與 按鍵電路連接，按鍵用于設(shè)置報(bào)警裝置的報(bào)警時(shí)間間隔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的報(bào)警裝置，其特征在于所述按鍵電路包括四個(gè)定時(shí)按鍵，該 四個(gè)定時(shí)按鍵分別對應(yīng)不同的定時(shí)時(shí)間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的報(bào)警裝置，其特征在于所述語音合成芯片通過串口接收單片 機(jī)的報(bào)警信號，音頻輸出信號經(jīng)音頻放大器放大后通過喇叭輸出。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的報(bào)警裝置，其特征在于單片機(jī)還將報(bào)警信號傳輸給LED顯示 電路顯示。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種預(yù)防近視的報(bào)警裝置，它通過防止用戶眼睛和桌面距離過近、用眼時(shí)間過長和光線太暗的方式全方位預(yù)防近視，解決了現(xiàn)有防近視報(bào)警裝置單一檢測距離的問題。該報(bào)警裝置總體結(jié)構(gòu)由五部分組成控制及定時(shí)模塊、超聲波測距模塊、亮度檢測模塊、報(bào)警模塊及電源模塊。所述超聲波測距模塊、亮度檢測模塊和報(bào)警模塊分別與控制及定時(shí)模塊連接，其中超聲波測距模塊采用推挽放大驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器，接收電路采用二級放大和帶通濾波，并用雙閥值比較器計(jì)算超聲波到達(dá)時(shí)間，抗干擾性能好，檢測精度高，本裝置使用方便，輸出的報(bào)警信號自然動(dòng)聽，并伴有背景音樂，用戶無需佩戴裝置，不會(huì)讓用戶感覺不適，不影響用戶的學(xué)習(xí)及工作。
文檔編號G08B21/00GK201278205SQ20082005146
公開日2009年7月22日 申請日期2008年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者雯 劉, 秦華標(biāo), 鐘世廣 申請人:華南理工大學(xué)