CN111964712B - 一种预防近视的坐姿调整装置及其调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预防近视的坐姿调整装置及其调整方法，包括一传感组件，所述传感组件设置有多个TOF传感器和一角度调整器，所述TOF传感器形成一传感范围，所述角度调整器能够根据不同情况调整所述TOF传感器的传感范围；一处理组件，所述处理组件包括一微处理器和一存储器，所述微处理器接收所述TOF传感器的信号并输出处理信号，所述存储器所述微处理器的处理信号以及所述TOF传感器的信号；一输出组件，所述微处理器根据所述TOF传感器的不同信号控制所述输出组件输出对应动作；以及一通讯组件，所述通讯组件连通所述输出组件，将所述输出组件的输出信号传输至其他外部终端。能够达到高精确度的预防，并且能够结合大数据和云端进行科学的预防方案。

Description

一种预防近视的坐姿调整装置及其调整方法

技术领域

本发明涉及坐姿调整装置，特别涉及一种预防近视的坐姿调整装置及其调整方法。

背景技术

目前我国已有4亿多近视患者，其中青少年中近视率不断提升，其中很大程度上由于他们没有重视这样的问题，课业以及学习的压力让青少年不得不长时间的使用眼睛。

但是，近视的危害是不可逆的，高度近视也容易引发各类的眼部疾病，甚至影响正常生活。因此，一个能够对近视进行调整的装置和设备非常需要。

目前很多的近视防控设备，通常是仅仅针对当前的用眼距离或者是光照强度进行提醒，或者简单地对用眼时间进行计算时间，以判断是否超时；或者是设置一个预防区域，当人头部进入这个预防区域中，预防装置就提醒和纠正使用者，以达到预防近视的效果。其中几乎所有的装置都只有一个传感器，并且采用超声波或其他单点测距的方式。但是当用户只是调整位置，不小心进入这个距离之中，就会提醒，那么对于使用者来说，有时候也会影响学习或者工作的效率。很多预防设备的安装角度都是固定的，也就是说，其检测的区域是固定的范围，但是不同的使用者或者换了座椅，都会导致人头部距离桌面的位置发生变化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种预防近视的坐姿调整装置及其调整方法，能够根据使用者的头部与桌面的位置进行预防检测，同时设置多个传感器，达到高精确度的预防，并且能够结合大数据和云端进行科学的预防方案。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种预防近视的坐姿调整装置，包括：

一传感组件，所述传感组件设置有多个TOF传感器和一角度调整器，所述TOF传感器形成一传感范围，所述角度调整器能够根据不同情况调整所述TOF传感器的传感范围；

一处理组件，所述处理组件包括一微处理器和一存储器，所述微处理器接收所述TOF传感器的信号并输出处理信号，所述存储器所述微处理器的处理信号以及所述TOF传感器的信号；

一输出组件，所述微处理器根据所述TOF传感器的不同信号控制所述输出组件输出对应动作；以及

一通讯组件，所述通讯组件连通所述输出组件，将所述输出组件的输出信号传输至其他外部终端。

优选地，所述传感组件还包括一环境光检测器，所述环境光检测器获取当前环境信息，并传输至所述微处理器进行处理。

优选地，所述输出组件包括一声音输出和一显示输出，所述微处理器分别控制所述声音输出和所述显示输出，以输出对应动作。

优选地，所述通讯组件包括一无线网关和一通讯模块，其中所述无线网关为外置设备，接收所述微处理器的处理信息，所述通讯模块为无线通讯模块，传输所述微处理器的信息至外部终端。

优选地，所述环境光处理器包括照度值检测模块、色温检测模块、频闪检测模块和显色指数检测模块，分别检测环境中的照度值、色温、频闪和显色指数，并将检测信息传输至所述微处理器。

优选地，所述通讯组件还包括一计时器，所述计时器计算使用者的使用时长，并将计时信息传输至所述微处理器。

优选地，其中一个所述TOF传感器检测使用者的头部特性信息，另外两个所述TOF传感器检测使用者的左右胸部特征信息，均将所述特征信息传输至所述微处理器。

基于预防近视的坐姿调整装置，本发明进一步地提供了一种调整方法，包括：

(a)设置坐姿特征信息的正常阈值，并存储至所述存储器；

(b)获取当前使用者的坐姿特征信息，包括头部特征信息和胸部特征信息；

(c)比对当前坐姿特征信息和正常阈值范围，若是处于正常阈值范围则输出正常信号，若是偏离正常阈值范围则输出偏离控制信号，并通过所述输出组件输出相应动作。

优选地，在步骤(b)中还包括

(b1)获取当前使用者的坐姿特征信息，调用所述存储器中数据库中的使用者信息；

(b2)比对两者注册信息是否一致，如果一致则确认是当前使用者，则进一步地比对坐姿高度信息，如果一致则无需调整，如果坐姿高度不一致，则控制所述角度调整器调整传感器的检测角度；

(b3)比对两者注册信息是否一致，如果不一致则确认是新使用者，并存储当前使用者坐姿高度信息，并根据当前坐姿高度信息调整传感器的检测角度。

优选地，还包括以下步骤：

(a0)设置环境信息的正常阈值，并存储至所述存储器；

(b0)获取当前环境信息，包括照度值、色温、频闪和显色指数；

(c0)比对当前环境信息和正常阈值范围，若是处于正常阈值范围则输出正常信号，若是偏离正常阈值范围则输出偏离控制信号，并通过所述输出组件输出相应动作。

采用上述技术方案，使得本发明的有益效果在于：

第一、能够检测使用者的坐姿特征包括头部和胸部特征，以完善检测的范围，提高检测的精度；

第二、根据不同使用者的坐姿高度，能够调整传感器的检测和使用角度，避免误测以影响正常使用；

第三、根据同一使用者的坐姿高度不同，能够调整传感器的检测和使用角度，避免误测以影响正常使用；

第四、使用TOF传感器和环境光传感器，提高传感检测的效率和精度；

第五、还增加了无线电射频通讯功能、能通过“教师和家长的智能手机”或“无线网关”连接到云端，能将光源的品质数据，通知、提醒、日志等上传至云端，实现教师与家长共同督促监管。

附图说明

图1为本发明所述坐姿调整装置的部分结构示意图；

图2为本发明所述坐姿调整装置的部分结构示意图；

图3为本发明所述坐姿调整装置的部分结构示意图；

图4为本发明所述坐姿调整装置的模块示意图；

图5为本发明所述坐姿调整装置的具体侧面检测示意图；

图6为本发明所述坐姿调整装置的具体正面检测示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-4所示，本发明提供了一种预防近视的坐姿调整装置，所述预防近视的坐姿调整装置包括一传感组件10、一处理组件20、一输出组件30和一通讯组件40，其中所述传感组件10包括多个TOF传感器11和一环境光传感器12，其中所述TOF传感器11检测读写者的坐姿是否正确，防止视距过近或不当，所述环境光传感器12检测读写者的照明光源品质(教室、家庭照明)，包含照度、色温、频闪、显色指数等。

所述处理组件20包括一微处理器21和一存储器22，其中所述微处理器21接受到所述传感组件10的传感信息，处理并输出一控制信号，所述存储器22存储当前的传感信息和控制信号。所述输出组件30包括一声音输出31和一显示输出32，其中所述声音输出31输出提示音，所述显示输出32输出一显示信号，显示信号可以显示在外置的显示屏中。所述通讯组件40连通所述处理组件20，将信息传输至外部的终端装置。

如图5-6所示，在所述传感组件10中，所述传感组件10形成一个传感范围，所述传感范围的位置可调，所述TOF传感器11的数量在其中一个实施例中为3个，所述TOF传感器11分别检测头部和左右两边的胸部。因此，所述TOF传感器11分别输出至少3组传感信号，其中一组为头部传感信号，其余两组为胸部传感信号。所述头部传感信号包括眼部信号、鼻部信号和嘴部信号等头部特征信号，所述胸部传感信号包括肩部信号、胸部信号和颈部信号等胸部特征信号。所述TOF传感器11检测以上多个特征部位与桌面或者书本的距离，当出现多个特征信号同时偏离正常范围，则输出一偏离信号，否则输出正常信号。

具体地，所述微处理器21接受所述TOF传感器11的输出信号，其中所述微处理器21设置一个正常阈值，所述正常阈值在其中一个实施例中可以设置为头部距离50-60厘米，胸部距离40-50厘米。所述TOF传感器11的特征信号全部在正常阈值之内，则输出正常信号；当所述TOF传感器11的头部特征信号偏离正常阈值之外，而胸部特征信号则处于正常阈值之内，则仍然输出正常信号；当所述TOF传感器11的头部特征信号偏离正常阈值之外，胸部特征信号也偏离正常阈值之外，则输出偏离信号。

进一步地，当所述微处理器21接收到正常信号，则暂时不需要进行处理；接收到偏离信号，则所述微处理器21则输出一偏离控制信号，所述偏离控制信号输出至所述输出组件30，并控制所述输出组件30输出相应的调整信号，包括声音调整信号和显示调整信号。

以上所述微处理器21所接收到的信号和输出的信号均存储至所述存储器22中。另一方面，所述TOF传感器11检测到了当前使用者正常情况下的特征信号，进而结合当前使用者的注册信息，形成当前使用者的专属信号库，并存储至所述存储器22中。例如正常情况下，张三的头部特征距离桌面为55厘米，胸部特征距离桌面为50厘米；李四的头部特征距离桌面为50厘米，胸部特征距离桌面为45厘米，其中张三的专属数据库和李四的专属数据库中的数据互相独立。

具体地，所述TOF传感器11的由MCU通过EN信号使能ToF传感器的内部微处理器，微处理器自动产生驱动脉冲，使得“发光器件”发送照明红外光脉冲。“反射回来的光信号”转换为电信号与“内部反射的电信号”，两者进入“相位检测模块”，通过内部高速前端模拟比较电路，获得相位差脉冲信号，然后再通过积分电路转换成电压信号，通过ADC将模拟量转化为数字量，主控MCU读取AD值，并通过转换算法换算成长度值，从而完成测距功能。

所述传感组件10还包括一角度调整器13，所述角度调整器13能够调节所述TOF传感器11的检测角度。通常在检测过程中，所述TOF传感器11的检测范围是固定的，也就是说，所述角度调整器13面对同一位使用者在同一坐姿高度的情况下是固定传感角度。

第一种需要调整的情况是，同一使用者的坐姿高度发生变化，具体表现为特征信号与注册信号一致，所述微处理器21需要确认当前的使用者的正常坐姿高度。但是所述微处理器21调用此前存储在所述存储器22中的使用者的注册信息，进行比对，比对正常则确认是当前使用者。此时所述微处理器22调用此前的使用者的特征信息和当前的使用者特征信息，比对确认当前使用者的正常坐姿高度发生变化，则输出角度调整信号至所述角度调整器13，进而调整所述TOF传感器11的检测角度。

第二种需要调整的情况是，不同使用者的使用，具体表现为的特征信号不同，此时所述微处理器21将当前使用者的特征信息与所述存储器22中的数据库进行比对，如果比对得出是数据库中某一使用者的特征信息，则输出对应使用者的角度调整信号至所述角度调整器13，进而调整所述TOF传感器11的检测角度；如果比对得出不在数据库中，则新建立一个数据库，并且输出新的角度调整信号所述角度调整器13，进而调整所述TOF传感器11的检测角度。

具体地，在所述角度调整器13应用为一种G-Sensor加速度传感器以及一个无刷电机，利用重力加速度测量安装角度，实利产品自诊断安装角度是否正确。

进一步地，所述传感组件10中的所述环境光传感器12用以检测当前桌面工作环境的照明数据，所述环境光传感器12包括照度值检测模块121、色温检测模块122、频闪检测模块123、显色指数检测模块124，其中照度是指单位面积上所接受可见光的光通量，即照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明(Lm)数，也叫做勒克斯(Lux)：1Lux＝1Lm/平方米，照度单位被用于照明领域，作为照明质量标准之一。儿童在阅读和写字时，需保证合理的照明“照度值范围”，否则会对儿童视力造成危害。

GB 5700-85《室内照明测量方法》：教室课桌面上的平均照度值不应低于150Lux，其照度均匀度不应低于0.7。教室黑板应设局部照明灯 其平均垂直照度不应低于200Lux照度均匀度不应低于0.7。GB 50034-2013《建筑照明设计标准》规定一般书写阅读照度不小于300Lux，ra不低于80。GB7793-2010《中小学校教室采光和照明卫生标准》规定教室课桌面照度应达到300Lux。

因此，所述照度值的范围在于300-350Lux之间，当所述环境光检测器12的照度值检测模块121检测到当前照度值偏离正常范围，则输出一照度调整信号至所述输出组件30，控制输出。

色温是表示光线中包含颜色成分的一个计量单位。从理论上讲，色温是指绝对黑体从绝对零度开始加温后所呈现的颜色。黑体在受热后.逐渐由黑变红，转黄，发白，最后发出蓝色光。当加热到一定的温度。黑体发出的光所含的光谱成分。就称为这一温度下的色温，计量单位为“K”(开尔文)。照明的色温过低时，会使眼睛疲劳，辨色力差，长期使用低色温照明会影起视力下降。

照明的色温过高时，会造成眼睛疲劳或损伤，甚至造成白内障，因为高色温照明中含有较多成份的短波光线成份(俗称蓝光)。蓝光能够穿透晶状体直达视网膜，引起视网膜色素上皮细胞的萎缩甚至死亡。光敏感细胞的死亡将会导致视力下降甚至完全丧失，这种损坏是不可逆的。蓝光还会导致黄斑病变。人眼中的晶状体会吸收部分蓝光渐渐混浊形成白内障，而大部份的蓝光会穿透晶状体，尤其是儿童晶状体较清澈，无法有效抵挡蓝光，从而更容易导致黄斑病变以及白内障。

由于蓝光的波长短，聚焦点并不是落在视网膜中心位置，而是离视网膜更靠前一点的位置。要想看清楚，眼球会长时间处于紧张状态，引起视疲劳。长时间的视觉疲劳，可能导致人们近视加深、出现复视、阅读时易串行、注意力无法集中等症状，影响人们的学习与工作效率。蓝光会抑制褪黑色素的分泌，而褪黑色素是影响睡眠的一种重要激素，目前已知的作用是促进睡眠、调节时差，所以，使用，会造成睡眠质量不高甚至难以入睡的原因。根据《GB7793-2010中小学校教室采光和照明卫生标准》，色温在3300-5500K之间为宜。

因此，所述色温的范围在于3300-5500K之间，当所述环境光检测器12的色温检测模块122检测到当前色温值偏离正常范围，则输出一色温调整信号至所述输出组件30，控制输出。

照明频闪是指照明光源发光不稳定，周期性地出现忽明忽暗，通常来自于市电交流电的频率50/60Hz，或来自供给电能的开关电源的工作频率，照明光源有无频闪，是衡量照明品质的重要参数，国际上共识，含有闪烁的照明光源是具有危害的。

因此，所述照明频闪的范围在于50/60Hz之间，当所述环境光检测器12的频闪检测模块123检测到当前照明频闪偏离正常范围，则输出一照明频闪调整信号至所述输出组件30，控制输出。

显色指数是为了对光源的显色性进行定量的计量单位，引入显色指数的概念，以标准光源为准，将其显色指数定为100，其余光源的显色指数均低于100。《中小学学校教室采光和照明卫生标准》中指出教室照明光源的显色指数不宜小于80。

因此，所述照明频闪的范围在于80-100之间，当所述环境光检测器12的显色指数检测模块124检测到当前显色指数偏离正常范围，则输出一显色指数调整信号至所述输出组件30，控制输出。

具体地，所述环境光检测器12内设置有一高灵敏度的光学转换器集成芯片，具有环境光和颜色(RGB)传感和光源闪烁检测功能。传感器提供了五个并发的环境光感应通道：红色、绿色、蓝色、透明、全带通。RGB和透明通道有一个UV/IR阻塞滤镜，这种结构可以精确地测量环境光，并通过计算照度、色度和色温。同时还集成50Hz或60Hz环境光闪烁直接检测的功能，闪烁检测与环境光检测可并行执行。颜色检测具有独立的增益配置。另外，芯片内部带有IR红外检测通道，用以抑制环境中红外光的干扰，例如红外TOF传感器产生的红外光。感器的RGB通道涵盖了从400nm到700nm的检测范围，涵盖整个可见光范围进行采集。红外通道采集的波长约为950nm。

所述通讯组件40包括一无线网关41和至少一通讯模块42，其中所述无线网关41为嵌入式专用设备，安装于教室中，用于教室中所有“护眼产品”的伺服，用于中继所有广播数据、数据日志等到云端服务器。所述无线网关41具备“微处理器”、“后备电源”、“无线电收发模块”、“4G/5G/NB-IoT等互联网连接模块”，它可收集、缓冲、压缩、打包、批量上传数据到云端。所述无线网关41为可选设备，透过教师的专用APP客户端，也可以将数据中继上传到云端。所述通讯模块42设置为Bluetooth、WIFI无线模块等，所述通讯模块42可通过“教师”或“家长”的手机连接云端、向云端传输警告、提醒、日志等数据。通过手机App，教师、家长、亲人、朋友都可通过云端进行监督和管理。

所述通讯组件40还包括一计时器43，计算当前使用者的使用时间，达到一定的计时时间则输出一计时信号，并传输至所述输出组件30。

所述通讯组件40连通外部终端装置，并且可以设置预防和调整方案，以调整使用者的坐姿情况。考虑到一下子调整到最佳状态对于使用者来说很难达到，因此，在所述预防和调整方案，所述通讯组件40接收外部终端装置的控制信号，并且输入至所述微处理器21，所述微处理器21处理输出当前调整信号，并在一定的时间内进行逐步调整。

另一方面，在检测过程中，所述检测组件10同时采集影响近视三大因素读写姿态、环境光和读写时长的数据，将影响近视三大因素和视力关联，并在所述微处理器21中进行模型分析，从而找出针对不同个体的关键影响因素，从而针对性预防；同时将以上三大因素所形成的用眼习惯发送至云端，从而使监管人(如家长、老师)能够实时掌握青少年的用眼习惯并帮助其维持或纠正。

需要注意的事，所述坐姿调整装置的电源可以是内置电源，也可以是外置电源，电源的内置外置并不影响本装置的运行与操作。

基于预防近视的坐姿调整装置，本发明进一步地提供了调整方法，包括：

(a)设置坐姿特征信息的正常阈值，并存储至所述存储器；

(b)获取当前使用者的坐姿特征信息，包括头部特征信息和胸部特征信息；

(c)比对当前坐姿特征信息和正常阈值范围，若是处于正常阈值范围则输出正常信号，若是偏离正常阈值范围则输出偏离控制信号，并通过所述输出组件输出相应动作。

在步骤(b)中，

(b1)获取当前使用者的坐姿特征信息，调用所述存储器中数据库中的使用者信息；

(b2)比对两者注册信息是否一致，如果一致则确认是当前使用者，则进一步地比对坐姿高度信息，如果一致则无需调整，如果坐姿高度不一致，则控制所述角度调整器调整传感器的检测角度；

(b3)比对两者注册信息是否一致，如果不一致则确认是新使用者，并存储当前使用者坐姿高度信息，并根据当前坐姿高度信息调整传感器的检测角度。

在上述调整方法中，进一步地包括以下步骤：

(a0)设置环境信息的正常阈值，并存储至所述存储器；

(b0)获取当前环境信息，包括照度值、色温、频闪和显色指数；

(c0)比对当前环境信息和正常阈值范围，若是处于正常阈值范围则输出正常信号，若是偏离正常阈值范围则输出偏离控制信号，并通过所述输出组件输出相应动作。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种预防近视的坐姿调整装置，其特征在于，包括：

一传感组件，所述传感组件设置有多个TOF传感器和一角度调整器，所述TOF传感器形成一传感范围，所述角度调整器能够根据不同情况调整所述TOF传感器的传感范围；

一处理组件，所述处理组件包括一微处理器和一存储器，所述微处理器接收所述TOF传感器的信号并输出处理信号，所述存储器所述微处理器的处理信号以及所述TOF传感器的信号；

一输出组件，所述微处理器根据所述TOF传感器的不同信号控制所述输出组件输出对应动作；以及

一通讯组件，所述通讯组件连通所述输出组件，将所述输出组件的输出信号传输至其他外部终端，

所述传感组件还包括一环境光检测器，所述环境光检测器获取当前环境信息，并传输至所述微处理器进行处理，

其中，所述TOF传感器检测到了当前使用者正常情况下的特征信号，进而结合当前使用者的注册信息，形成当前使用者的专属信号库，并存储至所述存储器中，

其中，所述角度调整器面对同一位使用者在同一坐姿高度的情况下是固定传感角度。

2.根据权利要求1所述的预防近视的坐姿调整装置，其特征在于，所述输出组件包括一声音输出和一显示输出，所述微处理器分别控制所述声音输出和所述显示输出，以输出对应动作。

3.根据权利要求1所述的预防近视的坐姿调整装置，其特征在于，所述通讯组件包括一无线网关和一通讯模块，其中所述无线网关为外置设备，接收所述微处理器的处理信息，所述通讯模块为无线通讯模块，传输所述微处理器的信息至外部终端。

4.根据权利要求1所述的预防近视的坐姿调整装置，其特征在于，所述环境光处理器包括照度值检测模块、色温检测模块、频闪检测模块和显色指数检测模块，分别检测环境中的照度值、色温、频闪和显色指数，并将检测信息传输至所述微处理器。

5.根据权利要求3所述的预防近视的坐姿调整装置，其特征在于，所述通讯组件还包括一计时器，所述计时器计算使用者的使用时长，并将计时信息传输至所述微处理器。

6.根据权利要求1-5任一所述的预防近视的坐姿调整装置，其特征在于，其中一个所述TOF传感器检测使用者的头部特性信息，另外两个所述TOF传感器检测使用者的左右胸部特征信息，均将所述特征信息传输至所述微处理器。

7.一种基于权利要求1所述的预防近视的坐姿调整装置的调整方法，其特征在于，包括：

（a）设置坐姿特征信息的正常阈值，并存储至所述存储器；

（b）获取当前使用者的坐姿特征信息，包括头部特征信息和胸部特征信息；

（c）比对当前坐姿特征信息和正常阈值范围，若是处于正常阈值范围则输出正常信号，若是偏离正常阈值范围则输出偏离控制信号，并通过所述输出组件输出相应动作,

其中，在步骤（b）中，所述TOF传感器检测到了当前使用者正常情况下的特征信号，进而结合当前使用者的注册信息，形成当前使用者的专属信号库，并存储至所述存储器中，

所述角度调整器面对同一位使用者在同一坐姿高度的情况下是固定传感角度。

8.根据权利要求7所述的调整方法，其特征在于，在步骤（b）中还包括

（b1）获取当前使用者的坐姿特征信息，调用所述存储器中数据库中的使用者信息；

（b2）比对两者注册信息是否一致，如果一致则确认是当前使用者，则进一步地比对坐姿高度信息，如果一致则无需调整，如果坐姿高度不一致，则控制所述角度调整器调整传感器的检测角度；

（b3）比对两者注册信息是否一致，如果不一致则确认是新使用者，并存储当前使用者坐姿高度信息，并根据当前坐姿高度信息调整传感器的检测角度。

9.根据权利要求7所述的调整方法，其特征在于，还包括以下步骤：

（a0）设置环境信息的正常阈值，并存储至所述存储器；

（b0）获取当前环境信息，包括照度值、色温、频闪和显色指数；

（c0）比对当前环境信息和正常阈值范围，若是处于正常阈值范围则输出正常信号，若是偏离正常阈值范围则输出偏离控制信号，并通过所述输出组件输出相应动作。