基于超聲波的護眼小衛士防近視儀

魏斐 王維

摘 要：本文在調研了我國青少年視力情況和市場上主要防近視產品的基礎上，設計了一種新型超聲波防近視儀，并對該超聲防近視儀的原理和主要功能進行了闡述。該儀器小巧玲瓏，攜帶方便，功能豐富，它還具有實時顯示時間和溫度，鬧鐘等功能，與其他的防近視儀器相比，它具有設備簡單，運用靈活而且能從根源防止近視的特點。

關鍵詞：眼睛；單片機；超聲波

防近視儀根據超聲波測距原理，實時的檢測出人的眼睛距離屏幕或者前方障礙物的距離，并由單片機控制，當超出使用者提前設定的安全距離或者用眼時間超過設定時間時，該防近視儀可以自動報警并提示使用者保持適當距離或休息，從而能更有效地防止距離過近或用眼時間過長而帶來的近視問題。

1 設計思想

眾所周知，根據視物不同，眼睛觀看的最佳距離和使用的最佳時間也不同為了能夠根據具體情況最大程度的保護視力，特別設計了防近視儀器，它能夠根據使用者事先設定的視物確定使用時間、安全距離等參數，在超出參數確定的范圍時自動報警提醒使用者休息，防止過度用眼。

針對超聲波探測距離的特性，本防近視儀器可以由使用者根據用眼時面對的是電腦，電視，紙質書本，還是電子書等來設定不同的安全距離，再對應不同的用眼情況確定最佳一次使用時間，以計時器計時，超過最佳一次使用時間時儀器將會提醒使用者休息，防止過度用眼。

本實用新型小發明涉及一種超聲波測距模塊，其包括超聲波發射與接收裝置、數據采集裝置、障礙物檢測以及單片機控制工作模式等裝置。該系統實時性高，正確識別率高滿足使用要求，解決了超聲波測距系統中對人體部位與屏幕距離的自動檢測，自動報警和提醒等問題。

2 設計原理

超聲波測距在0.11m到4m范圍內能精確測距，測量精度在2cm內，系統工作穩定。

采用的測量原理：超聲波發生器T在某一時刻發出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計算出從發出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發生器與反射物體的距離。計算公式為距離S=速度V×信號往返時間T÷2。要想通過測量超聲波傳播的時間準確確定距離，聲速v必須準確選定。實際上聲速隨介質，溫度，壓力等變化而變化。由于大氣壓力變化很小，因此傳播速度主要受溫度的影響。在我們的設計測距系統中采用測量溫度的方法補償聲速，即用測溫元件測量實際環境溫度修正聲速。空氣中的聲速與溫度的關系近似用下式表示：V=331.4+0.607T m/s T-℃

3 設計過程

本儀器主要致力于通過對使用者用眼距離以及用眼時間的提示并糾正，幫助保護使用者的眼睛，防止用眼不當和用眼過度引起的近視。

超聲波探測器具有感應物體表面并探測距離的功能，可以采用人性化設計，使用遙控器上的按鍵由使用者自己控制。面對紙質書本時，探測器的工作模式為⑴由使用者自行設定安全距離和最佳一次使用時間；面對電子書時，探測器的工作模式為；⑵面對電腦屏幕時，探測器的工作模式為；⑶面對電視屏幕時，探測器的工作模式為；⑷這些模式之間的切換使用遙控器上的按鍵實現。同時為了增加增加探測器的使用時間，探測器的電源設計為可充電電源。

4 功能分析

本防近視儀器可以實現以下幾個工作模塊。

功能一、愛眼功能。根據不同工作模式設定不同的閥值，即報警距離。當測距模塊所測距離小于使用者設定的閥值時，說明距離過近，喇叭報警提醒，延時一段時間后，待使用者調整好距離，繼續檢測；功能二、計時功能。根據使用者設定的閥值以及對應不同的用眼情況來確定最佳一次使用時間，以計時器計時；功能三、電子時鐘功能。除使用者在調整參數時，顯示屏在系統打開的情況下，始終顯示電子時鐘，日期，溫度；功能四、鬧鐘功能。當電子時鐘達到設定鬧鐘時間后，需要讓超聲波測距模塊所測距離的變化超過一定的范圍時才能解除鬧鈴。

溫度傳感器不僅起到顯示溫度的作用，還能有測距矯正的作用，提高測距模塊數據的準確性。有些模塊可以同時工作。

各個模式都可以通過遙控器打開及關閉，參數也都可以通過遙控進行調整，這樣大大提高了端口利用率，同時使儀器的設計更加人性化，功能更加靈活和豐富。

5 總結

該防近視儀所用的器件不多，主要由單片機控制，使儀器所測數據和功能都得到了盡可能多的應用，硬件電路簡單且成本低，實現了各個模式的工作既不沖突，又盡可能簡潔。

本方案屬于原理設計，并根據原理設計出簡單的使用模型，是對超聲波波防近視儀的一個改進思想。

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