超聲波防近視正坐姿檯燈的製作方法

2023-05-24 01:13:46 2

專利名稱：超聲波防近視正坐姿檯燈的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於日常生活用品技術領域，涉及一種燈具，特別是一種有助於中小學生保持正確讀寫姿勢並預防近視的保健檯燈。
背景技術：
保持正確合理的讀書寫字姿勢對青少年特別是中小學生來說是至關重要的。目前，因讀書寫字的視距不當、學習光線不足、連續長時間過度用眼和姿勢不正確等原因而引起的中小學生視力減退、近視以及頸椎彎曲駝背的現象，已成為社會廣泛注意的問題。為解決上述問題，本人此前在中國申請了《紅外及超聲波預防近視端正坐姿檯燈》專利並獲批准(專利號為ZL 200420042072.4)。而其結構較複雜、成本較高，因而也不便於規模化生產。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種結構更為簡單、集成度更高、成本更低，便於規模生產且使用效果好的超聲波防近視正坐姿檯燈，用以克服現有技術所存在的缺陷，保證了青少年使用者在學習時的正確視距和坐姿，進而對其視力及身體加以有效保護。
為實現上述發明目的而設計的技術解決方案是這樣的所提供的一種超聲波防近視正坐姿檯燈，包括燈座、燈架、燈罩、由超聲波發射電路和接收電路組成的頭部探測電路、由超聲波發射電路和接收電路組成的人體探測電路、系統控制電路、報警電路，其特徵在於所說的頭部探測電路和人體探測電路中有二者共用的超聲波探頭且安裝於燈罩上，頭部探測電路的其它探頭位於燈罩或燈罩的上方(還可並接同功能探頭，以便增加頭部的探測範圍)，人體探測電路的其它探頭位於燈體上，頭部探測電路的輸出端與系統控制電路的相應輸入端連接，人體探測電路的輸出端與系統控制電路的相應輸入端連接，系統控制電路的報警控制信號輸出端接至報警電路的信號輸入端。電路中還可設有電子光敏測光電路，電子光敏測光電路的輸出端與報警電路或系統控制電路的相應輸入端連接相連，其光敏器件安裝於燈體上。
頭部探測電路與人體探測電路可共用同一個超聲波接收電路，且共用的接收探頭設於燈罩上，頭部探測電路的發射探頭設於燈罩上方，人體探測電路的發射探頭設於燈體上，其中兩個超聲波發射電路的輸入端分別與系統控制電路的相應控制端連接，超聲波接收電路的輸出端與系統控制電路的相應輸入端連接。系統控制電路所提供的控制信號使得兩個超聲波發射電路分時工作(不同時工作)，頭部探測電路工作時，由於發射探頭的方向或限波體(可以是窗孔也可以是探頭前某一限定超聲波向下的物體)的遮擋，使其所發出的超聲波在燈體前方某一低位形成一探測警戒面，低於這一警戒面的物體無法將頭部探測電路所發出的超聲波反射至接收探頭。此外人體探測電路工作時，其發射探頭亦在燈體前方形成探測範圍，在電路得電後，系統控制電路由於控制兩個超聲波發射電路誰工作誰不工作，所以可區分開接收探頭所接收到的信號為兩個發射電路誰發出的信號；頭部探測電路與人體探測電路也可共用同一個超聲波發射電路，且共用的發射探頭設於燈體上(發射探頭所發出的超聲波的主方向角度可達60度夾角)，頭部探測電路的接收探頭設於燈罩上方，其前方有限波體，人體探測電路的接收探頭設於燈體上，其中兩個超聲波接收電路的輸出端分別與系統控制電路的相應輸入端連接，頭部探測電路工作時，由於限波體的遮擋(燈罩的一部分可作為限波體)使其所接收的超聲波在燈體前方某一低位亦可形成一探測警戒面，低於這一警戒面的物體無法將發射電路所發出的超聲波反射至頭部探測電路的接收探頭，此外人體探測電路工作時，其發射探頭亦在燈體前方形成探測範圍(當然該探頭前也可有限波體，以防椅子和書本的反射)。使用過程中，當檯燈前探測範圍內有人且當使用者坐姿正確，人體探測電路可接收到人體的超聲波反射信號，頭部探測電路也可接收到頭部的超聲波反射信號，此時報警電路不報警，當頭部探測電路工作時接收探頭接收不到信號，而人體探測電路工作時接收探頭卻接收到信號，(說明此時使用者頭部距桌面過近或頭部向左右偏斜過大或身體過於前傾)，則系統控制電路中的一個用來限定使用者暫短低頭、過度歪頭或身體過度前傾最長時間的延時計時器開始計時，達到設定時間(如20秒)後，報警電路報警，敦促使用者坐正姿勢，直到頭部探測電路工作時，接收電路接收到反射信號(頭部距桌面已正常)或人體探測電路工作時接收電路接收不到信號(人已離開)後停止報警。當人體探測電路工作時接收電路接收不到信號，說明燈前無人，此外系統控制電路還可根據人體探測電路的輸出信號來限定使用者一次可持續學習的最長時間和間歇期間應休息的最短時間。
與現有技術相比，本實用新型所述的防近視正坐姿檯燈具有智能化程度更高、成本更低、便於規模生產，其產品能隨時提醒使用者特別是中小學生注意保護視力，有效地促使他們養成正確的讀寫姿勢，保證他們的視力以及身心的健康。


圖1為本實用新型一個實施例的結構外型示意圖。
圖2為本實用新型另一個實施例的結構外型示意圖。
圖3為本實用新型可採用的一種電路原理圖。
具體實施方式
參見附圖1，本實用新型所述的超聲波防近視正坐姿檯燈由燈座、燈架(若採用不可隨意彎曲的燈架就更具有強制性)、燈罩5以及設在燈體內電路構成。共用的接收探頭安裝在燈罩5的探測窗孔2中，頭部探測電路的發射探頭安裝在燈罩5的上方探測窗孔1中，人體探測電路的發射探頭設於燈體上探測窗孔3中，另外在燈體上還設有光敏器件4、及高亮度發光管7。其設置用意在於當環境光線不能達到學習要求時，提示使用者開燈或調整光開關。
附圖2中共用的發射探頭安裝在燈罩5的探測窗孔2中，頭部探測電路的接收探頭安裝在燈罩5的上方探測窗孔1中，其前方有限波體6，人體探測電路的接收探頭設於燈體上探測窗孔3中，另外在燈體上還設有光敏器件4、及高亮度發光管7。
本實用新型的系統控制電路內設有至少三級延時計時器，其工作過程為當檯燈前探測範圍內有人時，人體探測電路接收到人體反射的超聲波信號並輸出有效電平信號(本文為低電平)，此時系統控制電路中用於限定使用者連續學習時間的第一計時器開始計時，計時到設定時間(如45分鐘)後，報警電路開始提醒使用者應該休息，直到使用者離開桌面，其後人體探測電路接收不到人體反射的超聲波信號並輸出無效電平信號(本文為高電平)，報警停止；隨之系統控制電路中用於限定使用者最少應休息時間的第二計時器開始計時，計時到設定時間(如5分鐘)後若人體探測電路輸出仍為無效電平(使用者仍未回到桌前)，則第一和第二計時器都清零；若使用者在第二計時器在設定時間內回到桌前，此時有兩種情況(1)當第一計時器設定時間未計滿時第一計時器仍在計時，第二計時器會自動清零。(2)當第一計時器設定時間已計滿時，報警電路仍會報警，第二計時器不清零仍在計時，直到第二計時器計滿設定時間。第三計時器的作用則如前述，用於限定使用者在讀寫過程中暫短低頭、歪頭或身體過度前傾的最長時間。
參見附圖3，為頭部和身體探測電路共用一個接收電路時本實用新型可採用的一個實際電路圖，該結構中系統控制電路採用了一種利用單片機實現的系統結構，由單片機U21完成邏輯及第一、第二和第三計時器的功能。單片機U21採用89C2051單片機，它根據頭部探測電路和人體探測電路的輸出信號決定第一、第二和第三計時器程序的運行和清零進而輸出相應的控制信號。
系統控制電路是由以下部分組成(1)其中電容C23、電阻R21構成復位電路；(2)晶體Y21和電容C24、C25構成振蕩器為單片機提供工作時鐘；(3)由四二輸入或非門74HC02、電阻R41、電位器R42組成的振蕩器為超聲波發射電路提供發射頻率。若超聲波探頭的中心頻率為40KHz，故需要一振蕩器為超聲波發射電路產生40KHz載波信號。其中U41A、U41B構成基本振蕩器，振蕩頻率為f＝1/(2.2R42*C43)。取C43＝1000p，f＝40KHz，R42≈11KΩ，為使頻率準確，R42採用電位器。U41D、U41C兩個或非門的輸出端分別連至頭部探測電路的發射電路和人體探測電路的發射電路。兩個或非門分別由P3.4、P3.5控制，由程序選擇兩個發射電路交替工作。
(4)單片機AT89C2051為系統控制電路的主控制器件，其共有P1、P3共16個埠，其中的P3.6作為內置比較器使用。單片機埠資源分配如下P3.2與超聲波接收電路的輸出端相連；P3.3可與另一個超聲波接收電路的輸出端相連(該電路未用)；P3.4可為超聲波人體探測電路提供的一個(編碼)控制信號。
P3.5可為超聲波頭部探測電路提供的一個(編碼)控制信號。
P1.0、P1.1光強檢測，利用晶片內部比較器，檢測光線是否過暗；頭部探測電路的超聲波發射電路是由電阻R51、R53、電位器R52、超聲波發射探頭T-1、三極體Q51組成。發射信號由或非門U4D提供；電位器R52控制超聲波發射功率。
人體探測電路的超聲波發射電路是由電阻R61、R63、電位器R62、超聲波發射探頭T-2、三極體Q61組成。發射信號由或非門U4C提供；電位器R62控制超聲波發射功率。
共用的超聲波接收電路是由電阻R70、R71、R72、R73、R74、R75、R76、R77、R78、R79、超聲波接收探頭R-1、三極體Q71、Q72、Q73、二極體D71、電容C71及運放U78A(LM324)組成。圖中超聲波信號由超聲波探頭R-1接收後，經三極體Q71、Q72兩級放大，送入運放U78A進行放大、整形，由LM324的一腳輸出高電平使三極體Q73導通反向輸出低電平送往單片機U21的P3.2腳。頭部探測電路是由頭部的發射電路和共用的接收電路組成；人體探測電路是由人體的發射電路和共用的接收電路組成。
電子光敏測光電路(典型電路有很多種，這裡以一種為例)是由光敏電阻R32(光線越強，其阻值越低)、電位器R31、電阻R33、R34組成，電阻R33、R34構成分壓器，此電路取R33＝R34，故P1.0電壓固定為1/2VCC，調整R31阻值就可以設定光線門限，利用單片機晶片內部對P1.0和P1.1端電壓的比較，檢測光線是否過暗；當光線過暗時，P1.1的電壓高於1/2VCC，單片機U21就通過P3.7腳輸出使發光管LED即燈座上的高亮度發光管7陣陣閃光，提醒使用者通過調整開關調節環境光線；當然電路可稍做增加就可同時檢測環境光線是否過強，還可以增加自動調光電路，這些電路都很成熟本文就不再敘述。
蜂鳴器B21為聲音報警電路，用於坐姿不正確和超時學習的提醒，電阻R22、發光二極體D21為視覺報警電路，用於光線過暗時的提醒。
上述是當頭部探測電路和人體探測電路共用同一個接收電路時採用的電路，其一個發射電路的控制端接或非門U4D的輸出端13腳，另一個發射電路的控制端接或非門U4C的輸出端10腳，共用接收電路的輸出端與單片機U21的輸入端P3.2相連，系統控制電路由於控制兩個超聲波發射電路誰工作誰不工作，所以可區分開接收探頭所接收到的信號為兩個發射電路誰發出的信號。
當頭部探測電路和人體探測電路共用同一個發射電路時採用的電路可為一個接收電路的輸出端與單片機U21的輸入端P3.2相連，按照圖3增加一個接收電路(兩個接收電路相同)，其輸出端與單片機U21的輸入端P3.3相連，同時減少一個發射電路即可。
當檯燈前探測範圍內有人且當使用者坐姿正確，人體探測電路可接收到人體的超聲波反射信號，頭部探測電路也可接收到頭部的超聲波反射信號。單片機U21的輸入端P1.0、P1.1腳與電子光敏測光電路的輸出(電壓輸出)端分別相連，單片機U21的輸出端P1.3腳與報警電路的輸入端相連。工作中，頭部探測電路和人體探測電路將接收到的信號轉換成高低電平送給系統控制電路，系統控制電路對輸入信號進行計時判別後，輸出相應信號控制報警電路。
報警電路還可採用市場上常見的熄燈報警、聲光報警、振動報警或語音報警提醒電路，本文不再贅述。
權利要求1.一種超聲波防近視正坐姿檯燈，包含燈座、燈架、燈罩(5)以及由超聲波發射電路和接收電路組成的頭部探測電路、由超聲波發射電路和接收電路組成的人體探測電路、系統控制電路、報警電路，其特徵在於所說的頭部探測電路和人體探測電路中有二者共用的超聲波探頭且安裝於燈罩上，頭部探測電路的其它探頭位於燈罩(5)上方，人體探測電路的其它探頭位於燈體上，頭部探測電路的輸出端與系統控制電路的相應輸入端連接，人體探測電路的輸出端與系統控制電路的相應輸入端連接，系統控制電路的報警控制信號輸出端接至報警電路的信號輸入端。
2.根據權利要求1所述的超聲波防近視正坐姿檯燈，其特徵在於探測窗孔(1)和探測窗孔(3)中分別安裝有頭部探測電路和人體探測電路的發射探頭，探測窗孔(1)位於燈罩上，探測窗孔(3)位於燈體上，探測窗孔(2)位於燈罩(5)上，其中安裝有兩個探測電路的共用接收探頭。
3.根據權利要求1所述的超聲波防近視正坐姿檯燈，其特徵在於探測窗孔(1)和探測窗孔(3)中分別安裝有頭部探測電路和人體探測電路的接收探頭，探測窗孔(1)位於燈罩(5)上方，其前方有限波體(6)，探測窗孔(2)位於燈罩(5)上，其中安裝有兩個探測電路的共用發射探頭。
4.根據權利要求1所述的超聲波防近視正坐姿檯燈，其特徵在於電路中設有電子光敏測光電路，電子光敏測光電路的輸出端與報警電路相連，其光敏器件(4)安裝於燈體上。
5.根據權利要求1或4所述的超聲波防近視正坐姿檯燈，其特徵在於電路中設有電子光敏測光電路，其輸出端與系統控制電路的相應輸入端連接。
專利摘要超聲波防近視正坐姿檯燈涉及一種有助於中小學生保持正確讀寫姿勢並預防近視的保健檯燈，其包含有燈座、燈架、燈罩以及超聲波發射和接收電路組成的頭部探測電路與人體探測電路、系統控制電路和報警電路，所說的頭部與人體探測電路中有二者共用的超聲波探頭，並位於燈罩上，由頭部探測電路的超聲波在燈體前形成一探測警戒面，當使用者出現視距過近及坐姿不正時檯燈均將發出提示報警，此外該檯燈還根據人體探測電路的輸出信號來限定使用者持續學習和間歇休息的時間。
文檔編號G08B21/00GK2847004SQ200520079229
公開日2006年12月13日 申請日期2005年8月12日 優先權日2005年8月12日
發明者曹慶民 申請人:曹慶民