多功能防近視桌椅的控制設計研究

高進淵　劉川　匡澤文　李學文　宋志陽　張治娟

【摘 要】多功能防近視桌椅用來實現對學生的實時監督、讓學生慢慢養成良好的學習習慣，進而達到防止近視的目的。本文基于光線傳感器和紅外傳感器實現對光線與紅外信號的采集，由單片機實現對信號的數字化處理輸出，并將測量值與設定值進行對比分析，從而確定燈光及報警系統的工作情況。

【關鍵詞】防近視桌椅；自動控制；多功能；傳感器

Study on The control Design of Multi Function Anti Myopia and Chair

GAO Jin-yuan LIU Chuan KUANG Ze-wen LI Xue-wen SONG Zhi-Yang ZHANG Zhi-juan

（Tarim University Institute of Mechanical and Electrical Engineering， Alare Xinjiang 843300， China）

【Abstract】Multifunctional myopia prevention chairs to achieve real-time monitoring and allows students to gradually form good learning habits of students， and achieve the purpose of preventing myopia. The on light and infrared signal acquisition based on light sensor and infrared sensor， by SCM achieve the signal processing of digital output and the measured value and set value carries on the contrast analysis， to determine the lighting and alarm system.

【Key words】Myopia prevention desk and chair； Auto-Control； Multi-function； Mensor

0 引言

隨著中國教育事業的改革與發展，學生視力問題令人擔憂，高中生至少70%以上近視，大學生、研究生中的比率更高。這樣的學生走出校門，在生活、工作方面會有許多不便。更為嚴重的是，中學生近視眼的發病率在逐年上升，同時始發年齡又有下移的勢頭。更多的人都戴上了眼鏡，甚至連幾歲的小孩都戴上了眼鏡，為什么會出現這樣的結果呢？造成近視有許多原因：學生將書本離眼睛很近，長時間近距離看書、寫字；有些學校教室或者家庭的光線不符合標準；桌椅高矮比例與學生身高配比不合理，在許多學校沒能推廣可調式桌椅，推廣了可調式桌椅的，許多也沒有按實際狀況適時調整。基于以上背景，我們設計的多功能防近視桌椅用來實現對學生的實時監督、讓學生慢慢養成良好的學習習慣。

本文就是由光線傳感器和紅外傳感器實現對光線與紅外信號的采集，由單片機實現對信號的數字化處理輸出，并將測量值與設定值進行對比分析，從而確定燈光及報警系統的工作情況。

1 材料與研究過程

1.1 軟件平臺

Microsoft Visual C++； Keil uvision4； pr0tel 99 Se； STC_ISP_V488.

1.2 實驗的研究對象

以不同身高的人在不同光線強度下等多組變量為實驗對象進行多功能桌椅設計與研究。

2 設計的具體方案

該多功能防近視桌椅基于單片機對光線和紅外信號的采集與處理，共包括三個裝置和二個系統。分別是能量轉化裝置、高壓裝換裝置、電能儲備裝置和燈光系統、防近視系統。

2.1 能量轉化裝置

主要功能是將重力勢能轉化為機械能然后再將機械能通過發電機轉化為電能。可以實現節約用電，達到綠色低碳的目的。

2.2 高壓轉換裝置

主要功能是將外部電源的高壓交流電通過變壓、整流、濾波等電路轉變為低壓直流電。可以實現對多功能防近視桌椅的供電，并保證使用人的安全。

2.3 電能儲備裝置

主要功能是能將機械能轉化為的電能和通過變壓、整流、濾波等電路轉變成的低壓直流電存儲在電池組中并供其他系統使用。所儲存的電能還可以提供應急照明、手機充電，為我們的生活提供更多的便利。

2.4 燈光系統

該系統由手動和智能兩部分構成。手動系統主要用于停電但又急需光源等特殊情況下，利用手動產生的機械能，再轉化為電能供燈光利用。智能系統主要用于在光線強度不足時燈光的自動開啟以實現對光線的補充，保護使用者的眼睛。

2.5 防近視系統

該系統由外部支架防護和智能防護二部分裝置組成。外部支架防護裝置是利用一個小的支架以限制人與課桌的距離，使其保證離桌一拳。智能防護裝置由傳感器距離的采集裝置、信號的轉換裝置、智能處理和蜂鳴器的報警裝置構成。當人體離桌子的距離小于設定值時將進行警報明示。

3 多功能防近視桌椅的工作流程

本多功能桌椅上的單片機通過電路與參數設定模塊相連以通過參數設定模塊設定參數，桌子上的光線傳感器和紅外傳感器將采集的光線與紅外信號通過轉換電路將電信號傳送到單片機，單片機將光線傳感器和紅外傳感器的測量值與參數設定模塊設定的范圍進行對比，當光線傳感器的測量值小于參數設定模塊設定的光線強度下限時，單片機通過電路使燈光控制模塊增加燈光強度；同時紅外傳感器將實時監測到的信號傳送至單片機，當紅外傳感器的測量值大于參數設定模塊設定的數值上限時，報警蜂鳴器發出警報聲。具體工作流程圖如圖1：

4 研究結果分析

該多功能防近視桌椅比現在常見智能桌椅裝置更精確耐用、系統穩定，且系統所需的工作電力部分來自其將機械能轉換為電能的能量轉化裝置，可以有效的節約資源，并很好解決現在及將來一段時間內智能桌椅的供電問題，具有結構簡單、成本低、節能減排、方便升級改造且自動化程度高、控制精確的特點。當然該多功能防近視桌椅的智能系統也存在一定紕漏，由于一些干擾因素的影響可能會出現實驗偏差。比如理論與實驗之間的誤差，它主要來源于試驗中存在電路連線阻止變化等一些其他的偶然誤差。

5 結論

近年來，幼兒及青少年近視發病率逐年上升，“小眼鏡”現象越來越嚴重，這一問題引起了“兩會”代表委員的關注。今年“二會”代表提出《將“防控近視眼”列入石家莊市“十三五”規劃》的建議，建議將視覺健康納入市民健康保障計劃。本文基于單片機對光線和紅外信號采集與處理的設計進行了研究開發，進而達到該桌椅防近視的目的。本文的設計思路也可以應用在其它智能防近視桌椅的設計中，為相關的設計研究奠定了重要的基礎。

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[責任編輯：楊玉潔]