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        多功能防近視桌椅系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

        2018-11-08 02:32:30李邦彥
        電子制作 2018年20期
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)系統(tǒng)學(xué)生

        李邦彥

        (徐州市第三中學(xué),江蘇徐州,221005)

        0 前言

        隨著教育水平的不斷提升以及升學(xué)壓力的不斷增大,青少年學(xué)生的課程負(fù)擔(dān)越來越重,各種課后輔導(dǎo)以及課后習(xí)題撲面而來,其不僅增加學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān),長(zhǎng)時(shí)間埋頭苦學(xué)也給學(xué)生的身體(特別是眼睛)造成嚴(yán)重的傷害。近年來,我國(guó)青少年近視發(fā)病率不斷升高:全國(guó)小、初、高、大學(xué)生的視力不良率分別為45.71%、74.36%、83.28%和86.36%,而造成這種狀況的主要原因之一就是:學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間看書寫字時(shí)坐姿不正確,眼睛距離書本太近[1]。另一個(gè)造成學(xué)生近視的主要原因就是桌椅高矮比例與學(xué)生身高配比不合理[2]。近年來,有些學(xué)校利用“防近視欄桿”迫使學(xué)生保持用眼距離[3],如圖1所示,這種強(qiáng)迫給學(xué)生帶來諸多不便,同時(shí)可能會(huì)使學(xué)生依賴上這種欄桿,不利于良好習(xí)慣的養(yǎng)成。

        圖1 “防近視欄桿”

        鑒于學(xué)生視力問題越來越令人擔(dān)憂,而目前尚缺乏解決這一問題的有效方法,創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種多功能防近視桌椅系統(tǒng),進(jìn)而來實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)督,有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)眼睛和書本保持良好的距離,讓學(xué)生慢慢養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。該多功能防近視桌椅系統(tǒng)通過紅外感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)人體頭部與桌面之間距離和人體背部與椅背之間距離的檢測(cè),由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的數(shù)字化處理并輸出,然后將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比分析,進(jìn)而確定報(bào)警系統(tǒng)的工作情況。同時(shí)使用者可以通電電動(dòng)推桿調(diào)節(jié)座椅的高度,從而使該桌椅系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同身高的使用者。

        1 多功能防近視桌椅系統(tǒng)的技術(shù)方案

        多功能防近視桌椅系統(tǒng)主要包括桌椅本體(座椅內(nèi)部設(shè)有椅高調(diào)節(jié)系統(tǒng)),防近視系統(tǒng),電源系統(tǒng)等。該多功能防近視桌椅系統(tǒng)的示意圖如圖2所示。

        圖2 多功能防近視桌椅系統(tǒng)的示意圖

        ■1.1 多功能防近視桌椅系統(tǒng)的桌椅本體

        如圖2所示,多功能防近視桌椅系統(tǒng)的桌椅本體主要包括課桌本體和座椅本體。課桌本體上設(shè)置有智能調(diào)光臺(tái)燈和儲(chǔ)物盒。智能調(diào)光臺(tái)燈上裝有光敏傳感器,采用無頻閃的LED燈,根據(jù)實(shí)時(shí)亮度調(diào)節(jié)燈光,以打造最適學(xué)習(xí)環(huán)境,減少用眼疲勞。在桌椅本體的側(cè)邊設(shè)置有置物筐,可以用來放置書包等。桌面上設(shè)置有支撐臺(tái),該支撐臺(tái)可以調(diào)整角度,方便使用者閱讀時(shí)使用。同時(shí),桌面上設(shè)置有可以調(diào)節(jié)高度的閱讀支架,使用者可以用來放置書本,進(jìn)而避免在學(xué)習(xí)中反復(fù)低頭。所述座椅本體的坐墊下方設(shè)置有電動(dòng)推桿,坐墊在電動(dòng)推桿的作用下可以進(jìn)行升降,進(jìn)而調(diào)整座椅的高度,使得該桌椅系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同身高的使用者。

        ■1.2 多功能防近視桌椅的防近視系統(tǒng)

        防近視系統(tǒng)其工作原理在于通過紅外感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)人體頭部與桌面之間距離和人體背部與椅背之間距離的檢測(cè),由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的數(shù)字化處理并輸出,然后將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比分析,進(jìn)而確定報(bào)警系統(tǒng)是否工作。如圖2所示,防近視系統(tǒng)主要包括背部紅外感應(yīng)器,頭部紅外感應(yīng)器,智能處理器(單片機(jī))及蜂鳴器,高壓轉(zhuǎn)換裝置等。頭部紅外感應(yīng)器設(shè)置于可升降閱讀支架上,其主要用來檢測(cè)人體頭部與桌面之間的距離。背部紅外感應(yīng)器設(shè)置于座椅本體靠背上,其主要用來檢測(cè)人體背部與椅背之間的距離。高壓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為低壓直流電進(jìn)而對(duì)防近視系統(tǒng)供電,并保證使用者的安全。單片機(jī)通過電路與參數(shù)設(shè)定模塊相連,通過參數(shù)設(shè)定模塊設(shè)定參數(shù)。課桌和座椅上的紅外感應(yīng)器將采集的紅外信號(hào)通過轉(zhuǎn)換電路將電信號(hào)傳送到單片機(jī),單片機(jī)將頭部紅外感應(yīng)器和背部紅外感應(yīng)器的測(cè)量值與參數(shù)設(shè)定模塊的設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比;當(dāng)頭部紅外感應(yīng)器的測(cè)量值小于設(shè)定值而背部紅外感應(yīng)器的測(cè)量值大于設(shè)定值時(shí),報(bào)警蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。

        2 多功能防近視桌椅系統(tǒng)的工作過程

        圖3 工作流程

        多功能防近視桌椅系統(tǒng)通過課桌、座椅靠背及坐墊上的三個(gè)傳感器綜合測(cè)量,來檢測(cè)人體的坐姿是否正確。紅外感應(yīng)器作為智能防近視桌椅的“眼睛”,主要檢測(cè)人體坐姿的變化,并將信息傳遞給系統(tǒng)的“大腦”單片機(jī)控制器?!按竽X”單片機(jī)將“眼睛”觀測(cè)的數(shù)據(jù)與設(shè)定值對(duì)比,如果超出設(shè)定范圍,其會(huì)發(fā)出提醒,促使使用者及時(shí)調(diào)整坐姿,達(dá)到預(yù)防近視的目的。座椅上所設(shè)置的壓力傳感器可以判定防近視系統(tǒng)是否工作,以防止當(dāng)使用者離開座椅時(shí)產(chǎn)生的誤報(bào)警。即防近視系統(tǒng)接通電源后,首先進(jìn)入待機(jī)模式,然后座椅上的壓力傳感器判斷學(xué)生是否入座學(xué)習(xí)。若達(dá)到壓力設(shè)定值,則防近視系統(tǒng)開始工作,實(shí)時(shí)監(jiān)督。當(dāng)學(xué)生從座椅上站起來休息時(shí),壓力減小,此時(shí)防近視系統(tǒng)不工作,以防止產(chǎn)生不必要的報(bào)警。其具體工作流程如圖3所示。

        3 總結(jié)

        創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種多功能防近視桌椅系統(tǒng),通過紅外感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)人體坐姿的檢測(cè),然后借助于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的數(shù)字化處理并輸出,進(jìn)一步將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比分析,來確定報(bào)警系統(tǒng)是否報(bào)警。其創(chuàng)新點(diǎn)在于:①同時(shí)檢測(cè)人體頭部與桌面之間距離和人體背部與椅背之間距離,進(jìn)而綜合判斷,使得報(bào)警更加準(zhǔn)確;②防近視系統(tǒng)的工作與否通過座椅上壓力傳感器來判斷,進(jìn)而防止學(xué)生離開座椅時(shí)產(chǎn)生的誤報(bào)警;③通過電動(dòng)推桿調(diào)節(jié)座椅的高度,從而使該桌椅系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同身高的使用者。該多功能防近視桌椅系統(tǒng)能有助于學(xué)生養(yǎng)好良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,遠(yuǎn)離近視的困擾。

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