摘 要:防近視多功能學(xué)習(xí)椅是一種矯正坐姿的功能性椅子,為了使得防近視多功能學(xué)習(xí)椅能夠準(zhǔn)確提醒使用者坐姿錯誤,專門設(shè)計了一套控制系統(tǒng),采用光電耦合器作為防近視多功能學(xué)習(xí)椅的傳感器,經(jīng)測試,使用此控制系統(tǒng)后的防近視多功能學(xué)習(xí)椅的控制靈敏,達到技術(shù)要求。
關(guān)鍵詞:學(xué)習(xí)椅;控制系統(tǒng);設(shè)計
1 概述
長期不正確的坐姿會導(dǎo)致用眼姿勢不正常,從而影響眼球的正常發(fā)育,很容易導(dǎo)致近視眼的形成。防近視多功能學(xué)習(xí)椅是一種適合工作學(xué)習(xí)等近距離用眼的功能椅,從矯正坐姿出發(fā)保證使用者的眼睛距書本30cm左右,是預(yù)防近視的一種有效手段。為了矯正錯誤的姿勢,采用提示音提醒使用者注意,因此,防近視多功能學(xué)習(xí)椅設(shè)計了報警裝置[1]。
2 防近視多功能學(xué)習(xí)椅的控制系統(tǒng)工作原理
防近視多功能學(xué)習(xí)椅主要由擋臂機構(gòu)、椅座、靠背及報警裝置等組成。該報警裝置的信號檢測裝置裝于桿臂連接件的下方,報警喇叭裝于椅背。使用者前傾身體前傾會帶動擋臂旋轉(zhuǎn),擋臂旋轉(zhuǎn)會帶動光電耦合器的圓撥盤轉(zhuǎn)動。圓撥盤部分對應(yīng)的不同角度有孔或無孔,孔可以穿過光線。當(dāng)擋臂處于正常角度時,傳感器發(fā)出信號不觸發(fā)信號,這時候報警蜂鳴器不發(fā)出聲音;而當(dāng)使用者坐姿不端正,擋臂旋轉(zhuǎn)的角度超過正常轉(zhuǎn)動角度范圍時,導(dǎo)致圓形撥盤的轉(zhuǎn)過一定角度,傳感器觸發(fā)信號,則報警蜂鳴器鳴叫,提醒使用者坐姿錯誤,從而實現(xiàn)報警的功能。
3 防近視多功能學(xué)習(xí)椅的控制系統(tǒng)設(shè)計
文章設(shè)計的防近視多功能學(xué)習(xí)椅控制系統(tǒng)采用光電系統(tǒng),光電系統(tǒng)的設(shè)計的主要硬件模塊包括:光電耦合器、電源電路、蜂鳴器驅(qū)動電路、復(fù)位電路等[2]。其控制系統(tǒng)硬件原理圖如圖1所示。擋臂處于正常角度時,光電傳感器不觸發(fā)信號,單片機P2.0輸入的是高電平,這時候蜂鳴器不報警;而當(dāng)使用者坐姿不端正,擋臂旋轉(zhuǎn)的角度超過正常轉(zhuǎn)動角度范圍時,光電傳感器觸發(fā)信號,單片機P2.0輸入的是低電平,這時候程序控制單片機IO口,驅(qū)動蜂鳴器鳴叫。
本控制系統(tǒng)采用的核心芯片為MSP430g2553, MSP430系列單片機是美國德州儀器(TI)1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集(RISC)的混合信號處理器(Mixed Signal Processor)。MSP430單片機稱之為混合信號處理器,是由于其針對實際應(yīng)用需求,將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上。為了精確控制擋臂結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度,控制系統(tǒng)的核心角度傳感器采用了光電耦合傳感器[3]。光耦合器(optical coupler,英文縮寫為OC)亦稱光電隔離器或光電耦合器,簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件,通常把發(fā)光器(紅外線發(fā)光二極管LED)與受光器(光敏半導(dǎo)體管)封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線,受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流,從輸出端流出,從而實現(xiàn)了“電-光-電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器,由于它具有體積小、壽命長、無觸點,抗干擾能力強,輸出和輸入之間絕緣,單向傳輸信號等優(yōu)點,在數(shù)字電路上獲得廣泛的應(yīng)用[4]。
控制系統(tǒng)的程序代碼:
#include
unsigned int i=0;
int main(void)
{
WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;// Stop watchdog timer
/*********************定時器配置**********************/
BCSCTL3 |= LFXT1S_2; // Set LFXT1為vol時鐘即12kHZ
CCTL0|= CCIE; //設(shè)置捕獲/比較控制寄存器,CCIE=0x0010,使能捕獲比較中斷
CCR0 =12000; //設(shè)置捕獲/比較寄存器,初始值為12000,對于ACLK時鐘頻率為12kHz的頻率
TA0CTL = TASSEL_1 +TACLR+MC_1; // 設(shè)置定時器A控制寄存器
/*************蜂鳴器的配置及光電傳感器配置****************/
P1OUT=~BIT1; //蜂鳴器停止鳴叫
P1DIR|=BIT1; //蜂鳴器輸出
P2DIR=~BIT0; //定義P2.0為光電傳感器輸入端
unsigned int flag=0;
for(;;)
{
if(P2IN0x01) //無遮擋時,P2.0為高電平,蜂鳴器鳴叫
{
if(i==0)
P1OUT|=BIT1;
if(i==1)
P1OUT=~BIT1;
flag++;
if(flag==1)
_EINT(); //使能中斷
}
else
{
P1OUT=~BIT1; //有遮擋時,P2.0為低電平,蜂鳴器停止
i=0;
}
}
}
#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR//固定的格式
__interrupt void Timer_A (void) //定時器A的CC0中斷處理程序沒有返回值
{
i++;
}
4 結(jié)束語
防近視多功能學(xué)習(xí)椅的控制系統(tǒng)采用了單片機控制的數(shù)字電路,經(jīng)測試,可以準(zhǔn)確控制防近視多功能學(xué)習(xí)椅的報警動作,運行穩(wěn)定可靠,取得良好的效果。
參考文獻
[1]楊國僑,胡敏烽,等.防近視多功能椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計和有限元分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016(8):25-26.
[2]李進,韓東起.基于單片機的按摩椅的制作[J].科技視界,2013(9):438-440.
[3]郭天祥.51單片機C語言教程-入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.
[4]吳永明.基于單片機PIC16F74的電動按摩椅的研制[J].單片機開發(fā)與應(yīng)用,2006(22):31-33.
作者簡介:胡敏烽,嘉興學(xué)院機電工程學(xué)院機械131卓越班學(xué)生。