CN201886599U - 基于avr单片机的青少年坐姿矫正装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于AVR单片机的青少年坐姿矫正装置，该装置包括外壳、信息采集单元、电压比较器、控制单元和发声单元，所述信息采集单元安装在外壳的外面顶部，该信息采集单元包括发送器和接收器；所述电压比较器、控制单元和发声单元安装在外壳内，外壳上安装发声单元的位置不封闭；信息采集单元通过接口电路与电压比较器相连接，电压比较器与控制单元相连接，发声单元与控制单元相连接。本实用新型实用性强，结构简单，性价比高，能有效提醒青少年学习时的坐姿是否正确，对防治青少年近视起到重要的作用。

Description

基于AVR单片机的青少年坐姿矫正装置

技术领域

本实用新型涉及一种坐姿矫正装置，特别是一种基于AVR单片机的青少年坐姿矫正装置。

背景技术

随着人们对于健康要求的不断提高，良好的视觉状态已经成为了人们生活质量提高的一个重要体现。但是，近视作为一种最常见的视功能低下疾病，却在世界范围内广泛流行。我国更是近视眼的重灾区，根据今年公布的最新数据显示，大约30%~40%的小学生患有近视，在中学里大约有60%的学生患有近视，而在大学近视的患病率高达80%以上。

造成近视的原因很多，主要有先天遗传，营养不良，用眼不当等，其中，大多数青少年近视都是由于用眼不当引起的。青少年过早的接触电视，电脑，电动玩具等一些电子产品，再加上功课繁重，形成不良的坐姿，使得眼睛与书本的距离过于接近。因为青少年的眼睛的调节力非常强，当书本与眼睛的距离达到7至10厘米时仍能看去物体，但如果经常以此距离看书，写字，会使眼睛的调节异常紧张，使睫状肌不能灵活伸缩，加上青少年眼球组织娇嫩，眼球壁受压渐渐延伸，眼球前后轴变长，从而形成近视。目前，用于防治近视的坐姿矫正装置有很多，但有的实用性不强，用起来不方便，有的则造价较高。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种基于AVR单片机的青少年坐姿矫正装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术解决方案：

一种基于AVR单片机的青少年坐姿矫正装置，该装置包括外壳、信息采集单元、电压比较器、控制单元和发声单元，所述信息采集单元安装在外壳的外面顶部，该信息采集单元包括发送器和接收器；所述电压比较器、控制单元和发声单元安装在外壳内，外壳上安装发声单元的位置不封闭；信息采集单元通过接口电路与电压比较器相连接，电压比较器与控制单元相连接，发声单元与控制单元相连接。

本实用新型还包括以下其他技术特征：

所述信息采集单元为ST139反射式红外光电传感器，该传感器的发送器采用高发射功率红外光电二极管，接收器采用高灵敏度光电晶体管。

所述接口电路由发光管驱动电路、光电转换电路和低通滤波电路组成。

所述低通滤波电路由电阻R3、电容C以及集成运算放大器OP07构成。

本实用新型结构简单，实用性强，性价比高，能有效提醒青少年学习时的坐姿是否正确，对防治青少年近视起到重要的作用。

附图说明

图1为本实用新型的安装位置示意图。

图2为本实用新型的各部件连接示意图。

图3为光电传感器的接口电路原理图。

图4为单片机与LM324电压比较器的电路图。

图5为坐姿矫正装置的工作流程图。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步解释说明。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的基于AVR单片机的青少年坐姿矫正装置，包括外壳2、信息采集单元1、电压比较器5、控制单元3和发声单元4，所述信息采集单元1安装在外壳2的外面顶部，该信息采集单元1包括发送器和接收器；电压比较器5、控制单元3和发声单元4安装在外壳2内，外壳2上安装发声单元4的位置不封闭，目的是为了使发声单元发出的声音被人听到；使用时，将外壳2固定在桌面边沿的中点位置；信息采集单元1通过接口电路与LM324电压比较器5相连接，该LM324电压比较器5与控制单元3相连接，发声单元4与控制单元3相连接。

发送器持续发出光线，所述接收器持续接收反射回来的光线，信息采集单元1将反射回来的光信号转化成电流信号，该电流信号经接口电路转化成电压信号后发送到电压比较器5，电压比较器5对该电压信号进行比较，如果电压大于设定电压，电压比较器5发送信号到控制单元4，控制单元3驱动发声单元4发出声音；如果小于设定电压，则继续判断。

信息采集单元1是ST139反射式红外光电传感器，该传感器通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制；信息采集单元1的发送器采用高发射功率红外光电二极管，信息采集单元1的接收器采用高灵敏度光电晶体管，该信息采集单元1采用非接触检测方式，体积小、性能可靠、价格低；接收器前端设有遮光罩，能有效减少外界光干扰。

如图4所示，控制单元3采用由ATMEL公司生产的AT89C2051单片机；该单片机是低电压，高性能的CMOS8位单片机，含有2KB的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128位的随机存取数据存储器，该单片机兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元；具有20个引脚，15个双向输入/输出端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，包括两个外中断口，两个16位可编程定时计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。

本实用新型由外接的稳压电源供电，提高了工作稳定性；ST139反射式红外光电传感器输出的是微小的光电流，需要通过接口电路转换为计算机系统能够采集的电压信号；如图3所示，光电传感器的发送器和接收器的接口电路完全一致。接口电路由发光管驱动电路、光电转换电路和低通滤波电路组成；低通滤波电路由电阻R3、电容C以及OP07集成运算放大器构成，以此抑制与信号无关的高频噪声，OP07集成运算放大器特点是高精度、低失调电压、低失调电流，其运放采用同相输入方式，同时起到电压跟随器的作用。

ST139反射式红外光电传感器的工作原理如下：

ST139反射式红外光电传感器工作时，发送器持续发射红外线，当红外线遇到不同的反射表面时，接收器接收到的反射回来的红外线数量不同，检测电路把红外线数量的变化转换成相应的电信号的变化，并通过滤波滤出有效信号；红外线接收的越多，传感器内部的电阻就越小，从而输出的电流越大，因此当发送器离反射表面比较近时，反射回来的红外线较多，输出的电流就越大；相反，当发送器离反射表面比较远时，反射回来的红外线就比较少，从而输出的电流越小。

如图5所示，本实用新型的坐姿矫正装置的工作过程如下：

当打开坐姿矫正装置的电源开关时，ST139反射式红外光电传感器中的发射端会持续不断的向正在看书或者学习的青少年的头部发射红外线，当发射端与该少年的头部之间的距离不一样时，反射式红外光电传感器的接收端所接收到的反射回来的红外线的数量也就不一样。头部离发射端的距离越远，接收端接收到的红外线数量越少，输出的电流就越小。因此，当青少年在安装有本坐姿矫正装置的桌边学习时，如果头部与书本之间的距离大于所要求的距离时，则传感器输出的电流就较小，使得LM324第6管脚的电压小于第5管脚的比较电压，经过LM324的整形放大后，LM324的第7管脚就输出高电平，从而将AT89C2051单片机的P1.3口的电平拉高，经过单片机的内部程序判断后，在单片机的P3.4口输出低电平，因此蜂鸣器就不会出声。反之，如果该少年的头部与书本之间的距离小于所要求的距离时，即头部离书本太近，则传感器输出的电压使得LM324第6管脚的电压大于第5管脚的比较电压，从而LM324第7管脚就输出低电平，将单片机的P1.3口的电平拉低，经过单片机的内部程序判断后，单片机的P3.4口就输出高电平，从而驱动蜂鸣器发出声音，提醒该少年改正坐姿。通过反复的提醒后，青少年就能逐渐养成良好的习惯，在平常的看书，学习时的保持正确的姿势，从而预防和减少近视的产生。

Claims (4)

1.一种基于AVR单片机的青少年坐姿矫正装置，其特征在于，该装置包括外壳（2）、信息采集单元（1）、电压比较器（5）、控制单元（3）和发声单元（4），所述信息采集单元（1）安装在外壳（2）的外面顶部，该信息采集单元（1）包括发送器和接收器；所述电压比较器（5）、控制单元（3）和发声单元（4）安装在外壳（2）内，外壳（2）上安装发声单元（4）的位置不封闭；信息采集单元（1）通过接口电路与电压比较器（5）相连接，电压比较器（5）与控制单元（3）相连接，发声单元（4）与控制单元（3）相连接。

2.如权利要求1所述的基于AVR单片机的青少年坐姿矫正装置，其特征在于，所述信息采集单元（1）为ST139反射式红外光电传感器，该传感器的发送器采用高发射功率红外光电二极管，接收器采用高灵敏度光电晶体管。 

3.如权利要求1所述的基于AVR单片机的青少年坐姿矫正装置，其特征在于，所述接口电路由发光管驱动电路、光电转换电路和低通滤波电路组成。

4.如权利要求3所述的基于AVR单片机的青少年坐姿矫正装置，其特征在于，所述低通滤波电路由电阻R3、电容C以及集成运算放大器OP07构成。

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