一種頭戴式智能視力保護儀的製作方法

2023-09-11 04:22:40

專利名稱：一種頭戴式智能視力保護儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，尤其涉及一種頭戴式智能視力保護儀，用戶可以通過在學習的過程中使用本產品，保持正確的學習姿勢並養成習慣，有效的預防因為青少年在學習時因為不良坐姿、較差的光環境、過長學習時間而造成的近視問題。
背景技術：
I、在當前的信息社會中，人類獲得外界信息，有八成以上通過視覺來完成。數據顯示我國人群中近視眼的患病率約達33%，也就是說，4億人是近視眼。更令人關注的是，國內約有3000萬人是高於600度並伴有眼底改變的病理性近視眼患者。這樣的近視眼可並
發視網膜脫離、青光眼、核心白內障等。與此同時，青少年的斜視、弱視也成了視覺醫學領域不可忽視的一大問題。2、越來越多的中小學生因為過多的作業負擔而學習時間過長不注意眼休息，不正確的坐姿學習也是近視發生的主要原因。3、目前的一些發明，如CN97221900. 5《電子視力保護器》，CN99210689. 3《學生專用多功能視力保護檯燈》等，無法做到頭部傾斜角度的檢測，並且無法做到科學的計算並分配學習和休息的時間，使用光敏電阻也無法準確的檢測當前的光強。4、試驗表明，在人心情愉悅或靜思冥想時，一直興奮的腦電波@波、S波或0波此刻弱了下來，a波相對來說得到了強化，因為這種波形最接近右腦的腦電生物節律，於是人的靈感狀態就出現了。因此國外一些著名的科學家(如羅扎諾夫)有過相關著作，通過播放某種音樂，可以使腦電波進入a波狀態。

發明內容
針對目前發明中的一些不足，本發明提出了一種頭戴式智能視力保護儀，特點在於，針對之前功能單一的視力保護儀或者是檯燈型的視力保護儀，本發明採用頭戴的形式，對使用者的用眼距離，頭部的傾斜角度，用眼時間，光照強度等影響視力的因素做出全面，準確的檢測，保證使用者在學習時的姿勢正確合理，學習和休息時間的科學分配。本發明還可以增加遠程報警，學習環境檢測，腦電波檢測刺激等額外升級功能，做到一機多用，可以在保護使用者視力的同時，提高使用者的學習效率。本發明的技術方如下一種頭戴式智能視力保護儀，包括傳感器、控制器和報警裝置；傳感器對距離、光強、或傾角進行測量，其中距離測量採用紅外PSD、紅外TOF或者雷射測量技術，光強測量採用光敏傳感器，傾角測量採用重力加速度傳感器，傳感器測得相應數據傳輸給控制器，控制器根據測量結果與設定值相比較，如果超出設定範圍，則觸發報警裝置發出報警。設備還可以採集環境信息，通過環境信息分析出環境是否利於提高學習效率；同時採集大腦的腦電波，分析大腦是否處於a波狀態，如果大腦不在a波狀態則通過聲、光、電、氣味、超聲波等外部刺激，誘導大腦進入a波狀態。設備同時提供遠程報警功能，可以使報警信息通過網絡、BT等傳輸媒介提醒使用者的監護人，並告知目前的設備的開關、使用狀態和報警狀態。
此外本發明還包括計時裝置，利用接近傳感器感知人體後開始計時，在設定的時間到達時做出提醒。紅外PSD、紅外TOF或者雷射測量得到相應的距離值，傳輸給控制器。重力加速度傳感器、光敏傳感器及檢測模塊採用I2C、UART, USB、SDIO接口和控制器相連。 本發明可以通過攝像設備、分貝計、光譜測量模塊、氣味傳感器、重力加速度傳感器、陀螺儀、探測器等採集周圍環境因素，傳至處理器或者後臺伺服器，進行處理，並根據處理結果進行判斷，用戶所處的環境是否符合學習要求。報警器可根據控制器發出的不同信號，做出聲音、振動及發光不同形式的或不同形式組合的報警。本發明可以把報警信號用無線以點對點或伺服器中轉的方式傳送給其它各類終端。本發明通過探測器對學習環境中的光譜進行探測，並對探測結果進行分析，如果環境中某些容易引起視力疲勞的光線、紅外線或者紫外線超出範圍，則產生報警。本發明可以採用一次性或者可充電電池供電，並適時對電池電壓進行檢測，如有需要及時通知用戶充電或者更換電池。本發明包括距離測量電路、提示電路、光強檢測、光譜檢測、控制器、傾角檢測、學習計時、人體接近探測、腦電波檢測、腦電波刺激、環境檢測等模塊。本發明的有益效果在於，跟桌上擺放型和檯燈式的視力保護儀相比，採用頭戴式的方式可以靈活方便的攜帶，適合在任何學習場合使用，並且可以準確的測量用眼距離、頭部傾斜角度、光強等影響視力的因素。用戶在使用本裝置過程中，通過紅外或者雷射檢測本發明和書本或者目標物體的距離，當這個距離低於某一距離(如33cm)，將提醒用戶保持合適距離。使用紅外TOF技術可以使產品體積更小，功耗更低，並且測量最遠距離可以達到2米，這樣用戶佩戴起來會更輕巧，更舒服，測量距離更精確。當用戶的頭部偏離超過某個預設角度時，將會提醒用戶端正頭部姿勢。當用戶使用本發明超過一定的時間(例如45分鐘)，將提醒用戶休息一段時間。本發明還可以對當前的用眼環境中光的強度進行測量，當光的強度低於或者高於某一不利於用眼的值時，將提醒用戶採用適宜的光源學習。用戶長期使用本發明，在學習中可以自然的形成規範的、正確的學習姿勢，從而保護了視力。本發明可以把報警信號用無線以點對點或伺服器中轉的方式傳送給其它各類終端，提醒監護人督促用戶改正學習姿勢或者更換合適的學習環境。本發明通過攝像設備、光譜分析模塊、分貝計、重力加速度傳感器、陀螺儀等對用戶的學習環境進行採集，通過計算後，得出結論，環境是否適合學習並反饋給使用者或監護人。本發明還可以通過貼在大腦上的電極檢測腦電波的類型，確認是否是適合學習的類型，如果不是還可以通過刺激裝置，通過聲、光、電、氣味或者超聲波等外部刺激使腦電波類型變成適合學習的類型。


圖I為本發明實施例的電源電路圖。圖2為本發明實施例的主控邏輯電路圖。圖3為本發明實施例的語音及指示燈警示電路圖。
圖4為本發明實施例的距離測量電路圖。圖5為本發明實施例的傳感器電路圖。圖6是本發明實施例的學習狀態轉換圖。圖7為本發明實施例的新型智能視力保護儀的工作流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細闡述。本實施例主要包括主控邏輯單元、檢測單元、提示報警單元。其中檢測單元包括傾角檢測、光強檢測、距離檢測、人體接近檢測、電壓檢測。圖I 5是各個模塊單元的電路原理圖，其中傾角測量單元、光強測量單元、人體接近檢測單元都是通過I2C總線和主控邏 輯單元相連後進行數據傳輸和模塊控制。警示電路中，雙色燈起狀態指示的作用；語音電路起語音報警作用。距離測量電路是利用位置傳感器，採用三角形測距原理實現對距離測量的。電源電路包括鋰電池及鋰電池充電電路,系統開關電路和LDO電源轉換電路。本實施例的工作原理如下如圖I電源電路，按鍵Kl是整個電路的開關按鍵，U2是雙穩態電路，按一下Kl鋰電池LIl就和VCC_BP導通給系統電路供電，實現開啟系統的功能；再按一下Kl鋰電池LIl就和VCC_BP斷開，起到關閉的作用。而圖3中的LED指示燈在系統開啟的狀態下呈綠燈顯示，關閉的時候滅燈。Kl開啟之後，系統由主控邏輯單元進行控制，首先對鋰電池電量進行檢測，圖2中電池電壓經過R9\R10分壓後輸入主控邏輯單元進行電壓的檢測，當電池電壓低於3. 3V時，指示燈呈綠燈閃爍狀態，系統不進行其他檢測工作，並提示用戶需要充電。充電時可以通過圖I中JlO輸入5V，經過U3電池充電晶片對鋰電池充電，在充電過程中，充電晶片通過CHG_S信號點亮指示燈並使之呈紅燈狀態，並通知主控單元當前的充電狀態，當電池充滿後紅燈熄滅。當檢測到電池電壓大於3. 3V後，則進行人體接近檢測，人體接近檢測功能由圖5的人體接近傳感器U9實現。當主控邏輯單元通過人體接近傳感器檢測到有人體接近時，則進入學習狀態，開始學習時間計時；在學習狀態中，如果使用者摘下本視力保護儀，則轉入待學習狀態並開始記算離開時間，如果離開超過一定時間，將對之前的學習時間清零，當再次有人體接近後重新計算學習時間；如果離開時間未達到將之前學習時間清零的標準，則使用者再次使用時將累計上次的學習時間，當學習時間到達設定值後轉入休息狀態，在休息狀態中不檢測是否有人體靠近，也不進行各種傳感測量，只對休息時間進行計時，這樣就起到了強制休息的作用，達到保護視力的目的。休息時間結束後，系統轉入待學習狀態。圖6是本實施例的各種狀態之間的轉換圖。在學習狀態中，將進行目視距離、光強和頭部坐姿檢測。圖4是目視距離測量電路，測距方法是位置傳感器的三角形測距法。圖中主控邏輯單元發送700HzPWM波給紅外發射管(圖4中NI顯示)發射紅外波，位置傳感器D2接收到由桌面或書本反射回來的紅外波，並產生兩個電流II、12輸出，II、12經過放大器進行放大並轉換成電壓信號傳送到主控邏輯單元中，主控邏輯單元經過相應的數據處理得到對應的距離參數。圖5中光強檢測單元由環境光傳感器檢測當前光強，傳感器將數據傳回主控邏輯單元進行判斷當前光強是否適合學習。圖5中傾斜角度測量單元採用重力加速度傳感器或陀螺儀，重力加速度傳感器或者陀螺儀檢測人體頭部的傾斜角度，當頭部往左或往右傾斜大於某一角度時，將通過主控邏輯單元觸發報警裝置。最後是報警提示，報警提示電路主要是由語音晶片完成，通過檢測主控邏輯單元發出的報警信號類型進行報警，通過語音提示使用者當前學習姿勢不正確、需要休息、需要充電等。綜上所述是產品工作一次的主要步驟，在整個流程完成後系統將休眠2s後再進行下一次的檢測。本實施例還通過探測器對學習環境中的光譜進行探測，並對探測結果進行分析，如果環境中某些容易引起視力疲勞的光線、紅外線或者紫外線超出範圍，則產生報警。研究表明，波長在380 495nm附近的藍光的能量較強，是引起視網膜功能衰退的原因，波長在780nm至2. 5um的近紅外線照射的眼睛溫度高的話，眼睛的水分就容易蒸發，這也是引發幹 眼症的原因所在。
本實施例的頭戴式智能視力保護儀，其保護方式在於(如圖7所示)
步驟101開機後進行程序初始化；
步驟102進行電池電量檢測，計算是否處於低電量狀態，如果是低電量，則提醒用戶需要進行充電或者更換電池；
步驟103如果電量檢測的結果是非低電量，則進行人體接近探測，此步驟的目的是檢測本裝置是否開始被使用，如果檢測到無人體接近，則重新回到步驟102 ；
步驟104如果檢測有人體接近，則表明本裝置開始被使用，開始學習的時間計時；
步驟105在開始計時後，測量頭部至前面目標物體的距離；
步驟106測量環境中光的強度；
步驟107測量頭部的傾斜角度；
步驟108當上述步驟測量完成後，開始檢測環境，並把環境檢測結果傳送至處理器；步驟109根據步驟104、105、106、107、108的測量結果，當有不滿足條件的測量結果時，系統判斷是哪種類型的報警，並且會觸發步驟110、111 ；
步驟110根據步驟109的判斷結果，如需報警，系統根據報警類型的不同，用聲音、振動及發光等不同的形式或者不同形式的組合告知用戶；
步驟111如需報警，則把報警信息通過無線以點對點或伺服器中轉的方式傳送給其它終端；
步驟112通過傳感器檢測腦電波的狀態，並把測試結果傳遞給處理器，判斷是否是適合學習的類型，並可以通過刺激裝置以聲、光、電、氣味或者超聲波等方式促使腦電波處於適合學習的狀態。上述步驟中步驟105 108沒有先後順序，步驟112與步驟105 111順序可以互換。以上實施例只是對於本發明的部分功能進行描述，但實施例和附圖並不是用來限定本發明的。在不脫離本發明之精神和範圍內，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬於本發明之保護範圍。因此本發明的保護範圍應當以本申請的權利要求所界定的內容為標準。
權利要求
1.一種頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於，包括傳感器、控制器和報警裝置； 所述傳感器對距離、光強或者傾角進行測量，其中對距離進行測量的採用紅外PSD、紅外TOF或者雷射測量單元，對光強進行測量的採用光敏傳感器，對傾角進行測量的採用重力加速度傳感器或者陀螺儀； 所述控制器接收來自所述傳感器測得相應數據，所述控制器根據測量結果與設定值相比較，如果超出設定範圍，則觸發所述報警裝置發出報警； 所述報警裝置根據所述控制器的控制命令進行報警。
2.根據權利要求I所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於所述傳感器還進行環境測量，並根據測量結果判定所處環境是否適合學習。
3.根據權利要求I所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於所述傳感器還進行腦電波狀態採集，並用外部刺激使腦部狀態有利於學習。
4.根據權利要求I所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於還包括計時裝置，利用接近感器感知人體後開始計時，在達到設定的時間時做出提醒。
5.根據權利要求I至4之一所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於所述紅外PSD、紅外TOF或者雷射測量單元進行距離測量，並把測量結果傳遞給所述控制器。
6.根據權利要求I至4之一所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於所述重力加速度傳感器、光敏傳感器、檢測模塊採用接口和所述控制器相連。
7.根據權利要求I至4之一所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於所述報警裝置可根據所述控制器發出的不同信號，做出聲音、振動及發光不同形式的或不同形式組合的報警信息。
8.根據權利要求7所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於所述報警信息通過無線以點對點或伺服器中轉的方式傳送給其它各類終端。
9.根據權利要求2所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於所述環境測量是通過探測器對學習環境中的光譜進行探測，並對探測結果進行分析，如果環境中某些容易引起視力疲勞的光線、紅外線或者紫外線超出範圍，則產生報警。
10.根據權利要求9所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於探測結果是波長在380 495nm附近的藍光超出範圍，則通過所述控制器觸發所述報警裝置。
11.根據權利要求9所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於探測結果是波長在780nm至2. 5um的近紅外線超出範圍，則通過所述控制器觸發所述報警裝置。
12.根據權利要求2所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於通過所述傳感器，把周圍環境信息傳至處理器或者後臺伺服器，進行處理，並根據處理結果進行判斷，用戶所處的環境是否符合學習要求。
13.根據權利要求3所述的頭戴式智能視力保護儀，其特徵在於通過傳感器監測腦部的腦電波類型，如果腦電波的類型是適合學習的類型，表明大腦處於最佳憶狀態，適合學習；如果探測結果為不適合學習的類型，將通過外部對人體的刺激，促使使用者大腦的腦電波類型改變為適合學習的類型。
14.一種視力保護方法，使用於權利要求I至13之一所述的產品，其特徵在於 步驟101開機後進行程序初始化； 步驟102進行電池電量檢測，計算是否處於低電量狀態，如果是低電量，則提醒用戶需要進行充電或者更換電池； 步驟103如果電量檢測的結果是非低電量，則進行人體接近探測，此步驟的目的是檢測本裝置是否開始被使用，如果檢測到無人體接近，則回到步驟102 ； 步驟104如果檢測有人體接近，則表明本裝置開始被使用，開始學習的時間計時； 步驟105在開始計時後，開始測量本裝置與前面目標物體之間的距離； 步驟106測量環境中光的強度； 步驟107測量頭部的傾斜角度； 步驟108當上述步驟測量完成後，開始檢測環境，並把環境檢測結果傳送至處理器；步驟109根據步驟104、105、106、107、108的測量結果，當有不滿足條件的測量結果時，系統判斷是哪種類型的報警，並且會觸發步驟110、111 ； 步驟110根據步驟109的判斷結果，如需報警，系統根據報警類型的不同，用聲音、振動及發光等不同的形式或者不同形式的組合告知用戶； 步驟111如需報警則同時把報警信息通過無線以點對點或伺服器中轉的方式傳送給其它終端； 步驟112產品通過傳感器檢測腦電波的狀態，並把檢測結果傳遞給處理器，判斷是否是適合學習的類型，並通過外部刺激促使腦電波處於適合學習的狀態。
全文摘要
本發明公開了一種頭戴式智能視力保護儀，它包括傳感器、控制器和報警裝置；所述傳感器對距離、光強或者傾角進行測量，其中採用紅外PSD、紅外TOF或者雷射測量單元對距離進行測量的，採用光敏傳感器對光強進行測量，採用重力加速度傳感器或者陀螺儀對傾角進行測量；所述控制器接收來自所述傳感器測得相應數據，所述控制器根據測量結果與設定值相比較，如果超出設定範圍，則觸發所述報警裝置發出報警；所述報警裝置根據所述控制器的控制命令進行報警。本發明的有益效果在於，通過對用戶學習姿勢的監控，幫助用戶在學習中養成良好的學習姿勢，從而有效的保護視力。
文檔編號G01S17/08GK102743252SQ20121025233
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年6月4日
發明者侯力宇, 倪璞 申請人:南京智啟軟體開發有限公司