CN103942928A - 一种预防近视的仪器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预防近视的仪器，包括单片机、报警模块、控制模块、超声波测距模块，所述的报警模块、控制模块和超声波测距模块分别与单片机的端口信号连接，其中所述的报警模块包括语音报警子模块、灯光报警子模块和振动报警子模块，所述的控制模块通过单片机端口分别与语音报警子模块、灯光报警子模块和振动报警子模块建立信号连接。本发明通过用户根据需要自行选择语音报警子模块、灯光报警子模块和振动报警子模块中一种或几种进行报警，本发明的使用极其灵活，在可有效地预防用户近视的同时还提供了更加方便舒适的用户体验。

Description

一种预防近视的仪器及方法

技术领域

本发明涉及预防近视的仪器，更具体地说，是一种预防近视的仪器及方法。

背景技术

随着电脑和网络的普及，以及人们生活水平的日益提高，青少年使用电脑的年龄越来越早。但是由于青少年的眼球发育尚未成熟以及用眼不当，所以容易造成近视眼。在日常生活中，因家长无法时刻提醒孩子正确使用电脑以及青少年缺乏自我保护意识，而导致青少年在使用电脑时由于用眼不当造成近视的可能性极其之大。近视眼不仅会影响青少年当前的健康与学习，而且会影响其将来的生活与工作。因此，保护青少年眼睛、预防近视是关乎青少年一生的头等大事。

目前已有预防因观看距离过近而导致近视的仪器，但现有的防近视仪器在用户体验和使用效果上存在很大的不足。

在中国发明专利申请公开说明书CN202662136U公开了一种电脑预防近视器。该发明使用红外线探测以及显示器提示和声音提示装置，当人的眼睛与显示屏距离不足50cm时，则会出现相应提示信息。虽然这种电脑预防近视器可以在一定程度上预防近视，但是此预防近视器采用红外线探测探头进行测距，而红外线所能检测的角度较小，当使用者左右平移时，即人眼相对于红外线探测探头不是垂直时，那么所测量距离会出现误差甚至测量不到。此外，该预防近视器设定距离为50cm，没有充分考虑到针对不同显示屏尺寸或不同的用户相对应的观看距离应有所不同，缺乏灵活性。

此外，在中国发明专利申请公开说明书CN202171798U公开了一种学生用防近视电脑监控仪。在该发明中，采用红外线或超声波进行测距，并且包括了控制模块、报警模块。当使用者与电脑显示屏之间的距离小于所设定的观看距离，相应指示灯和蜂鸣器工作，若使用者在规定时间内仍不纠正坐姿，电脑显示屏会黑屏以及指示灯、蜂鸣器工作。对于该发明，最终的防近视手段是通过强制黑屏来控制，但是这样无疑会增加显示屏开机和关机的次数，频繁的开关会对电脑显示器寿命产生不良影响，此外还会影响到使用者的正常使用电脑。再者，若使用者使用电脑的地方是在图书馆、课室、网吧等公共环境，蜂鸣器的报警会影响到身边的人，造成不必要的干扰，因此这个防近视电脑监控仪不能够很好地适用于不同的使用环境，缺少人性化考虑。而且声音报警中单纯使用蜂鸣器进行报警，种类单一，警示效果不明显。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种能有效地预防用户近视的同时还提供方便舒适的用户体验、使用灵活的监控显示屏观看距离的报警装置。

为实现上述的目的，本发明的技术方案为：一种预防近视的仪器，包括单片机、报警模块、控制模块、超声波测距模块，所述的报警模块、控制模块和超声波测距模块分别与单片机的端口建立信号连接，其中所述的报警模块包括语音报警子模块、灯光报警子模块和振动报警子模块，所述的控制模块通过单片机端口分别与语音报警子模块、灯光报警子模块和振动报警子模块建立信号连接。

上述的一种预防近视的仪器，所述的控制模块设有三个分别控制语音报警子模块、灯光报警子模块和振动报警子模块电路通断的拨码开关，所述的拨码开关通过单片机的端口分别与语音报警子模块、灯光报警子模块和振动报警子模块建立信号连接。用户可以通过控制模块中的拨码开关根据不同的需求自行选择报警模块中语音报警子模块、灯光报警子模块和振动报警子模块的一种或几种进行报警，以获得更好的报警效果。

上述的一种预防近视的仪器，所述的语音报警子模块包括与单片机端口连接的语音报警电路、喇叭和录音麦克风，电路上设有语音芯片和功率放大器，语音芯片内有语音存储空间，语音存储空间与录音麦克风连接，语音存储空间分为录音语音区和内置语音区，该语音芯片的音频输入信号与录音语音区或内置语音区连接、其音频输出信号经功率放大器通过喇叭输出。用户可以人性化地将个人的提示语音录进语音报警子模块中，从而让孩子在听到语音报警时更有亲切感，在语音芯片内的语音存储空间内有内置语音，用户可根据需求选择内置语音或个人录音进行语音报警。

上述的一种预防近视的仪器，所述的控制模块设有控制录音麦克风内线路通断以及在录音语音区或内置语音区之间切换音频输入信号的拨码开关，所述的拨码开关通过单片机的端口分别与语音报警子模块中的录音麦克风和语音芯片的音频信号输入端建立信号连接。开启录音后，录音将保存在录音语音区，用户可以根据需要自行选择语音报警子模块的音频输入信号与录音语音区还是从内置语音区连接，当与录音语音区连接时，从喇叭播放录音语音区存储的声音；而当与内置语音区连接时，从喇叭播放内置语音区存储的声音。针对不同情况使用不同的音频输入信号，以获得更好的报警效果。

上述的一种预防近视的仪器，所述的灯光报警子模块包括与单片机端口连接的灯光报警电路，电路上设有相并联的红色LED灯和绿色LED灯。当用户与显示屏距离过近时，红色LED灯常亮时，表示正处于报警状态，而当绿色LED灯常亮时，表示正处于正常状态。

上述的一种预防近视的仪器，所述的振动报警子模块包括与单片机端口连接的振动报警电路，振动报警电路上设有振动器。可以将振动器安装到鼠标上，在用户使用电脑的时候，当用户与显示屏距离过近时，振动器通过振动鼠标以提醒用户。这种方式弥补了现有的语音提醒、指示灯显示和显示屏黑屏等报警方法的不足，鼠标振动的警示效果在无法被忽视的同时还不会过多地妨碍使用者正常使用电脑。

上述的一种预防近视的仪器，所述的控制模块包括用于设定观看限制距离的电路，所述设定观看限制距离的电路包括两个分别用来设置观看限制距离的十位数与个位数的优先编码器，所述优先编码器与单片机的端口连接。

优先编码器的十位数可选择的数值仅为1-9，优先编码器的个位数可选择的数值为0-9，观看距离的单位为cm；所述的主机上设有调节旋钮，所述的优先编码器的输入端连接调节旋钮、其输出端与单片机的端口连接。从旋钮输入的十进制自定义观看距离经过优先编码器后转换为BCD码，BCD码再输入到单片机端口，由单片机进行分析处理。

一种预防近视仪器的预防方法，其中包括如下步骤：

步骤一：系统初始化后，进入步骤二；

步骤二：单片机判断控制模块是否开启报警模块中语音报警子模块的录音麦克风，如“是”则使用录音麦克风进行自定义录音，自定义录音后进入步骤三，如“否”则直接进入步骤三；

步骤三：单片机控制超声波测距模块发射超声波、并启动内置的计时器；

步骤四：超声波测距模块在规定时间内是否接收到信号，如“是”则进入步骤五，否则直接进入步骤八；

步骤五：超声波测距模块根据接收到的信号计算出使用者与电脑显示屏间的实时观看距离、并发送将实时观看距离通过信号传输至单片机，同时关闭计时器；

步骤六：单片机收到信号后，将实时观看距离与控制模块设定的观看限制距离进行对比判断，若计算得到的观看距离大于或等于设定的观看限制距离时，则检测控制模块是否启动报警模块中的灯光报警子模块，如“是”，则绿色LED灯亮，再进入步骤八，如“否”，则直接进入步骤八，若计算得到的观看距离小于设定的观看限制距离时，则进入步骤七；

步骤七：单片机检测控制模块是否开启了报警模块中语音报警子模块、灯光报警子模块或振动报警子模块其中的一种或几种，如“是”则进行相应报警后，进入步骤八；如“否”则直接进入步骤八；

步骤八：进行是否需要系统重置的判断，如“是”则返回步骤一,；如“否”则返回步骤二。

上述预防近视的方法，所述的步骤七中，单片机若检测到控制模块启动了报警模块中的语音报警子模块，则判断是否播放内置语音，如“是”则播放内置语音，否则播放自录语音；单片机若检测到控制模块启动了报警模块中的灯光报警子模块，则红色LED灯亮；单片机若检测到控制模块启动了报警模块中的振动报警子模块，则振动器振动。

本发明采用上述的方案，通过主机内的单片机，对控制模块、超声波测距模块和报警模块之间的信号传输进行调控，在使用上更方便和灵活；通过控制模块上的拨码开关，针对不同需求，可以通过控制模块自行选择报警模块中语音报警子模块、灯光报警子模块或振动报警子模块的其中一种或其中几种的报警模块，以达到最佳的警示效果。具有结构紧凑、使用方便灵活等优点，有效地提醒用户在观看显示屏时保持观看距离，从而达到保护视力、避免近视的技术目的。

附图说明

图1为本发明的硬件连接的整体电路原理图；

图2为本发明的控制模块电路图；

图3为本发明的超声波测距模块电路图；

图4为本发明的报警模块电路图；

图5为本发明的报警流程图。

图中:1为主机，2为报警模块，21为语音报警子模块，211为语音报警子模块电路，21a为喇叭，21b为录音麦克风，21c为语音芯片，21d为功率放大器，22为灯光报警子模块，221为灯光报警子模块电路，22a为红色lED灯，22b为绿色LED灯，23为振动报警子模块，231为振动报警子模块电路，23a为振动器，3为控制模块，31为观看限制距离的电路，31a为第一优先编码器，31b为第二优先编码器，32a、32b、32c、32d、32e为拨码开关，4为超声波测距模块，41为超声波发射电路，42为超声波接收电路，5为单片机，超声波信号发射端为LS1，超声波信号接收端为LS2。

具体实施方式

如图1所示，一种预防近视的仪器，包括单片机5、报警模块2、控制模块3、超声波测距模块4，所述的报警模块2、控制模块3和超声波测距模块4分别与单片机5的端口信号连接，报警模块2包括语音报警子模块21、灯光报警子模块22和振动报警子模块23，所述的控制模块3通过单片机5的端口分别与语音报警子模块21、灯光报警子模块22和振动报警子模块23建立信号连接连接。

如图2中2-1所示，控制模块3设有五个分别控制语音报警子模块21、灯光报警子模块22、振动报警子模块23、麦克风和语音芯片音频输入信号的拨码开关32a、32b、32c、32d、32e分别与单片机5的P27、P26、P25、P24、P23端口连接。

在控制模块3的拨码开关32a、32b、32c、32d、32e中，默认情况下，开关与GND相连接，则表示P27、P26、P25口为低电平，均处于非工作状态；反之，开关与VCC相连接，则表示P27、P26、P25口为高电平，均处于正常工作状态。

拨码开关32a、32b和32c分别为控制语音报警21、灯光报警子模块22、振动报警子模块23的开关。当拨码开关32a端连接单片机P26口，控制语音报警子模块21是否处于报警状态；当拨码开关32b端连接单片机P27口，控制警示灯模块22是否处于报警状态；当拨码开关32c端连接单片机P25口，控制振动模块23是否开启振动功能。

当拨码开关32d端连接单片机P24口，选择自定义录音功能是否开启，若开关置于左边，则P24口为低电平，系统不录音；若开关置于右边，则P24口为高电平，系统录自定义音频。拨码开关32e端连接到单片机P2.3口的。当单片机的P2.3口为低电平，控制语音芯片的音频信号输入端连接内置语音区，播放内置语音；反之，P2.3口为高电平，控制语音芯片的音频信号输入端连接录音语音区，播放自定义的录音。

如图2中用于设定观看限制距离的电路31所示，所述设定观看限制距离的电路31包括两个分别用来设置观看限制距离的十位数与个位数的优先编码器31a、31b，所述优先编码器31a、31b与单片机5的端口连接。优先编码器31a、31b与旋钮建立连接，从旋钮输入的自定义观看距离是单位为cm的十进制数，该十进制数经过两个优先编码器31a、31b后转换为BCD码，BCD码再输入到单片机5的P00到P07口，再由单片机5控制报警模块2做出相应处理。

如图3中超声波发射电路41所示，因为超声波的频率越高，超声波的能量衰减得越厉害，相应传播距离缩短，因此一般测距应用会采用f＝40kHz的超声波。单片机产生40kHz的方波，再通过单片机P20口发射超声波脉冲，P21口控制超声波发射电路中反相器CD4069电源的开与关，VDD为反相器CD4069的电源端。若需要发射超声波时，则通过P21口启动反相器CD4069的电源，发射完毕则关闭其电源。这是因为反相器CD4069的电源可能不是很稳定，会含有很小的高频的交流成分，传到超声波发射口LS1，就会发射出去并使超声波接收端受到干扰。本超声波发射电路在一定程度上减少超声波发射口LS1对超声波接收口LS2的干扰。若要进一步减少其干扰，可让VCC=VDD，并且电源绝对稳定。

如图3中超声波接收电路42所示，电路主要使用了集成芯片CX20106，可用于完成信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形等功能。CX20106中的前置放大器具自动增益功能，R6和C4控制CX20106内部放大增益，可保证在接收较远反射信号的微弱电压时，放大器有较高增益，在近距离的强反射信号时而不会过载；带通滤波器的中心频率可由芯片的引脚5的外接电阻R7调节。LS2为超声波接收口，经过CX20106处理后，引脚7连接到单片机P37口。

如图4中语音报警子模块21所示，语音报警子模块21包括与单片机5端口连接的语音报警电路211、喇叭21a和录音麦克风21b，电路上设有语音芯片21c和功率放大器21d，语音芯片21c内有语音存储空间，语音存储空间与录音麦克风21b连接，语音存储空间分为录音语音区和内置语音区，该语音芯片21c的音频输入信号与录音语音区或内置语音区连接、其音频输出信号经功率放大器21d通过喇叭21a输出。

语音预警模块21中的语音报警电路主要使用ISD1760语音芯片21c，此语音芯片21c与单片机5连接，由单片机5控制其工作。语音芯片21c的引脚4连接单片机5的P16口、引脚5连接P15口、引脚6连接P17口、引脚7连接P14口、引脚3连接单片机5的P10口，单片机5控制语音芯片21c进行RESET设置、引脚10和引脚11连接录音麦克风21b、引脚13和引脚15连接有功率放大器21d，功率放大器21d的引脚5连接喇叭21a。

当拨码开关32a与高电平相连接时，也就是拨码开关32a通过单片机发出信号至语音报警电路中，开启语音报警电路，在使用者与电脑显示屏之间的距离小于设定的观看限制距离时，单片机发出信号至语音芯片21c，语音芯片21c控制音频信号经功率放大器21d从喇叭21a输出；在使用者与电脑显示屏之间的距离大于或等于设定的观看限制距离时，单片机发出信号至语音芯片21c，语音芯片21c断开音频信号。

拨码开关32d与高电平相连接时，拨码开关32d发出信号开启麦克风21b进行自定义录音，录音完成后将录音语音数据保存到语音芯片21c的录音语音区内。

拨码开关32e与高电平相连接时，语音芯片21c的音频信号输入端与语音存储空间内的录音语音区连接，在使用者与电脑显示屏之间的距离小于设定的观看限制距离时，喇叭21a发出自定义录音的语音；拨码开关32e与高电平相连接时，语音芯片21c的音频信号输入端与语音存储空间内的内置语音区连接，在使用者与电脑显示屏之间的距离小于设定的观看限制距离时，喇叭21a发出内置语音。

如图4中灯光报警子模块22所示，灯光报警子模块22包括与单片机5端口连接的灯光报警电路221，电路上设有相并联的红色LED灯22a和绿色LED灯22b。红色LED灯22a输出连接单片机P11口，绿色LED警示灯22b输出连接单片机P12口。

当拨码开关32b端与高电平相连接时，在使用者与电脑显示屏之间的距离小于设定的观看限制距离时，单片机发出信号，红色LED灯22a亮，显示报警状态；在使用者与电脑显示屏之间的距离大于或等于设定的观看限制距离时，则单片机发出信号，绿色LED警示22b灯亮，显示正常状态。

如图4中振动报警子模块23所示，振动报警子模块包括与单片机5端口连接的振动报警电路231，振动报警电路231上设有振动器23a；振动报警子模块中的振动电路主要使用一个PNP三极管以及若干二极管。三极管Q2的基极连接到单片机P13口，运用三极管的开关功能进行控制振动器23a。

当拨码开关32c端与高电平相连接时，开启振动报警子模块。在使用者与电脑显示屏之间的距离小于设定的观看限制距离时，单片机发出信号，振动器振动；在使用者与电脑显示屏之间的距离大于或等于设定的观看限制距离时，则振动器关闭振动。

本发明在具体实施时，首先本发明的仪器放置在距离起算点，在控制模块3中设定自定义观看限制距离，然后根据不同的需求通过控制模块3的拨码开关32a、32b、32c分别开启报警模块2中语音报警子模块21、灯光报警子模块22和振动报警子模块23的一种或几种，其次完成后启动超声波测距模块4，超声波测距模块4将超声波往返时间通过信号发送至单片机5中，单片机5根据信号计算出用户与电脑之间的实时观看距离、并将实时观看距离与预设观看限制距离进行对比，当实时观看距离小于观看限制距离时，单片机5将信号发送并触发报警模块2，使报警模块2处于报警状态，以提醒用户对观看距离进行重新调整。

如图5所示，一种预防近视仪器的预防方法，包括如下步骤：

步骤一：系统初始化后，进入步骤二；

步骤二：单片机5判断控制模块3是否开启报警模块2中语音报警子模块21的录音麦克风21b，如“是”则使用录音麦克风21b进行自定义录音，自定义录音后进入步骤三，如“否”则直接进入步骤三；

步骤三：单片机5控制超声波测距模块4发射超声波、并启动内置的计时器；

步骤四：超声波测距模块4在规定时间内是否接收到信号，如“是”则进入步骤五，否则直接进入步骤八；

步骤五：超声波测距模块4根据接收到的信号计算出使用者与电脑显示屏间的实时观看距离、并发送将实时观看距离通过信号传输至单片机5，同时关闭计时器；

步骤六：单片机5收到信号后，将实时观看距离与控制模块设定的观看限制距离进行对比判断，若计算得到的观看距离大于或等于设定的观看限制距离时，则检测控制模块3是否启动报警模块2中的灯光报警子模块22，如“是”，则绿色LED灯亮22b，再进入步骤八，如“否”，则直接进入步骤八，若计算得到的观看距离小于设定的观看限制距离时，则进入步骤七；

步骤七：单片机5检测控制模块3是否开启了报警模块2中语音报警子模块21、灯光报警子模块22或振动报警子模块23其中的一种或几种，如“是”则进行相应报警后，进入步骤八；如“否”则直接进入步骤八；单片机5若检测到控制模块3启动了报警模块2中的语音报警子模块21，则判断是否播放内置语音，如“是”则播放内置语音，否则播放自录语音；单片机5若检测到控制模块3启动了报警模块2中的灯光报警子模块22，则红色LED灯22a亮；单片机5若检测到控制模块3启动了报警模块2中的振动报警子模块23，则振动器23a振动。

步骤八：进行是否需要系统重置的判断，如“是”则返回步骤一,；如“否”则返回步骤二。

Claims (9)

1.一种预防近视的仪器，包括单片机（5）、报警模块（2）、控制模块（3）、超声波测距模块（4），所述的报警模块（2）、控制模块（3）和超声波测距模块（4）分别与单片机（5）的端口信号连接，其特征在于：所述的报警模块（2）包括语音报警子模块（21）、灯光报警子模块（22）和振动报警子模块（23），所述的控制模块（3）通过单片机（5）端口分别与语音报警子模块（21）、灯光报警子模块（22）和振动报警子模块（23）建立信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种预防近视的仪器，其特征在于：所述的控制模块（3）设有三个分别控制语音报警子模块（21）、灯光报警子模块（22）和振动报警子模块（23）电路通断的拨码开关（32a、32b、32c），所述的拨码开关（32a、32b、32c）通过单片机（5）的端口分别与语音报警子模块（21）、灯光报警子模块（22）和振动报警子模块（23）建立信号连接。

3.根据权利要求2所述的一种预防近视的仪器，其特征在于：所述的语音报警子模块（21）包括与单片机（5）端口连接的语音报警电路（211）、喇叭（21a）和录音麦克风（21b），电路上设有语音芯片（21c）和功率放大器（21d），语音芯片（21c）内有语音存储空间，语音存储空间与录音麦克风（21b）连接，语音存储空间分为录音语音区和内置语音区，该语音芯片（21c）的音频输入信号与录音语音区或内置语音区连接、其音频输出信号经功率放大器（21d）通过喇叭（21a）输出。

4.根据权利要求3所述的一种预防近视的仪器，其特征在于：所述的控制模块（3）设有控制录音麦克风（21b）内线路通断以及在录音语音区或内置语音区之间切换音频输入信号的拨码开关（32d、32e），所述的拨码开关（32d、32e）通过单片机（5）的端口分别与语音报警子模块（21）中的录音麦克风（21b）和语音芯片（21c）的音频信号输入端建立信号连接。

5.根据权利要求2所述的一种预防近视的仪器，其特征在于：所述的灯光报警子模块（22）包括与单片机（5）端口连接的灯光报警电路（221），电路上设有相并联的红色LED灯（22a）和绿色LED灯（22b）。

6.根据权利要求2所述的一种预防近视的仪器，其特征在于：所述的振动报警子模块（23）包括与单片机（5）端口连接的振动报警电路（231），振动报警电路（231）上设有振动器（23a）。

7.根据权利要求1所述的一种预防近视的仪器，其特征在于：所述的控制模块（3）包括用于设定观看限制距离的电路（31），所述设定观看限制距离的电路（31）包括两个分别用来设置观看限制距离的十位数与个位数的优先编码器（31a、31b），所述优先编码器（31a、31b）与单片机（5）的端口连接。

8.一种基于权利要求1至7任一所述预防近视仪器的预防方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：系统初始化后，进入步骤二；

步骤二：单片机（5）判断控制模块（3）是否开启报警模块（2）中语音报警子模块（21）的录音麦克风（21b），如“是”则使用录音麦克风（21b）进行自定义录音，自定义录音后进入步骤三，如“否”则直接进入步骤三；

步骤三：单片机（5）控制超声波测距模块（4）发射超声波、并启动内置的计时器；

步骤四：超声波测距模块（4）在规定时间内是否接收到信号，如“是”则进入步骤五，否则直接进入步骤八；

步骤五：超声波测距模块（4）根据接收到的信号计算出使用者与电脑显示屏间的实时观看距离、并发送将实时观看距离通过信号传输至单片机（5），同时关闭计时器；

步骤六：单片机（5）收到信号后，将实时观看距离与控制模块设定的观看限制距离进行对比判断，若计算得到的观看距离大于或等于设定的观看限制距离时，则检测控制模块（3）是否启动报警模块（2）中的灯光报警子模块（22），如“是”，则绿色LED灯亮（22b），再进入步骤八，如“否”，则直接进入步骤八，若计算得到的观看距离小于设定的观看限制距离时，则进入步骤七；

步骤七：单片机（5）检测控制模块（3）是否开启了报警模块（2）中语音报警子模块（21）、灯光报警子模块（22）或振动报警子模块（23）其中的一种或几种，如“是”则进行相应报警后，进入步骤八；如“否”则直接进入步骤八；

步骤八：进行是否需要系统重置的判断，如“是”则返回步骤一,；如“否”则返回步骤二。

9.根据权利要求7所述预防近视的方法，其特征在于：所述的步骤七中，单片机（5）若检测到控制模块（3）启动了报警模块（2）中的语音报警子模块（21），则判断是否播放内置语音，如“是”则播放内置语音，否则播放自录语音；单片机（5）若检测到控制模块（3）启动了报警模块（2）中的灯光报警子模块（22），则红色LED灯（22a）亮；单片机（5）若检测到控制模块（3）启动了报警模块（2）中的振动报警子模块（23），则振动器（23a）振动。