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。