CN204516002U

CN204516002U - 智能超声坐姿矫正仪

Info

Publication number: CN204516002U
Application number: CN201520185055.4U
Authority: CN
Inventors: 顾涵; 陈天兵; 潘启勇; 范瑜; 张惠国; 张东风; 于桂成; 戴菁菁; 闫岩; 李贇卿
Original assignee: Changshu Institute of Technology
Current assignee: Changshu Institute of Technology
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2025-03-30

Abstract

本实用新型公开了一种智能超声坐姿矫正仪，包括单片机主控制器、超声波测距模块、光强检测模块、按键电路模块、时钟模块、语音系统模块、显示模块和照明模块，其中，超声波测距模块、光强检测模块、按键电路模块、时钟模块、语音系统模块、显示模块和照明模块均连接单片机控制器。本实用新型可监视使用者坐姿和环境光线，当坐姿不正确或环境光线较暗时，进行语音提示，从而达到有效防止近视的目的。

Description

智能超声坐姿矫正仪

技术领域

本实用新型涉及生活用品领域，具体涉及一种智能超声坐姿矫正仪。

背景技术

随着教育发展，学生们学习任务变得越来越繁重，而不健康的用眼方式也导致了青少年的视力问题。中国学生近视率在全世界排名十分靠前，所以视力保护逐渐走进大家生活，成为家长十分关心的话题。

引起少年儿童近视眼发病率居高不下的直接原因是长时间观看近的物体。从幼儿园开始，85～90％的少年儿童就习惯将身体趴在桌子上写作业，时间长了，就养成不正确坐姿，且容易导致近视。如今保护视力的最常用方法莫过于佩戴合适的眼镜，而这一做法只能起到扬汤止沸的效果，却不能从源头预防不正确的用眼方式所引起的近视等问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种智能超声坐姿矫正仪，以监视使用者坐姿，从而预防近视。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

智能超声坐姿矫正仪，包括：

单片机主控制器、超声波测距模块、光强检测模块、按键电路模块、时钟模块、语音系统模块、显示模块和照明模块，其中，超声波测距模块、光强检测模块、按键电路模块、时钟模块、语音系统模块、显示模块和照明模块均连接单片机控制器。

上述超声波测距模块为HC-SRO4超声波测距模块。

上述语音系统模块为ISD1700语音芯片。

上述光强检测模块包括相连接的光敏电阻和LM393双压比较器，其中，LM393双压比较器还连接单片机主控制器，单片机主控制器通过9013三极管放大电路连接照明模块。

上述显示模块包括相连接的LCD1602显示屏和对比度可调电位器，其中，LCD1602显示屏还连接单片机主控制器。

上述时钟模块为DS1302时钟芯片。

上述单片机主控制器包括主处理器、第一协处理器和第二协处理器，第一协处理器和第二协处理器均通过IO接口连接主处理器，其中，第一协处理器连接语音系统模块，第二协处理器连接时钟模块，超声波测距模块、光强检测模块、照明模块、显示模块和按键电路模块均连接主处理器。

本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型采用了语音系统ISD1700芯片，实现语音提醒，能方便提醒使用者矫正坐姿，保护视力。

(2)本实用新型采用超声波传感器检测使用者姿势，以监视使用者坐姿。

(3)本实用新型采用光照强度检测模块监测环境光线强度，当环境光线过暗则自动开启照明模块。

附图说明

图1为本实用新型结构框图；

图2为HC-SRO4超声波测距模块的结构示意图；

图3为具体实施方式中语音系统模块的结构示意图；

图4为具体实施中语音系统模块的电路图；

图5为具体实施中光强检测模块电路结构图；

图6为具体实施方式中光强检测模块的结构示意图；

图7为9013三极管放大电路示意图；

图8为具体实施中显示模块与单片机主控制器的连接示意图；

图9为具体实施中显示模块结构示意图；

图10为具体实施中按键电路模块的电路示意图；

图11为具体实施中时钟模块电路示意图；

图12为具体实施中时钟模块连接示意图；

图13为本实用新型的一种具体结构示意图；

图14为具体实施中稳压电路示意图。

具体实施方式

为了更清楚说明本实用新型，下面将结合实施例进一步描述本实用新型的技术方案，显而易见地，下面描述中的技术方案仅仅是本实用新型的一种具体实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些具体实施方式获得其他实施方式。

见图1，本实用新型智能超声坐姿矫正仪包括单片机主控制器(MCU)、超声波测距模块、光强检测模块、按键电路模块、时钟模块、语音系统模块、显示模块和照明模块，其中，超声波测距模块、光强检测模块、按键电路模块、时钟模块、语音系统模块、显示模块和照明模块均连接单片机控制器。超声波测距模块用来感应使用者距离本实用新型视力保护仪的距离，语音系统模块用来发出警示。

具体实施中，超声波测距模块采用HC-SRO4超声波测距模块，其结构见图2，VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出等四支线。HC-SRO4超声波测距模块可提供2～400cm的非接触式距离感测功能，测距精度高达3mm；其包括超声波发射器、接收器与控制电路，其控制电路与单片机主控制器相连。

具体实施中，语音系统模块主要为ISD1700语音芯片，其具体电路图和结构图分别见图3和图4。ISD1700语音芯片主要包括自动增益控制电路、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、震荡器、内存和扬声器，可实现录放音功能。语音系统模块连接单片机主控制器中的第一协处理器，所述的第一协处理器采用51单片机协处理器。

见图5～6，具体实施中，光强检测模块包括相连接的光敏电阻和LM393双压比较器，LM393双压比较器还连接单片机主控制器，单片机主控制器还连接照明模块的9013三极管放大电路，9013三极管放大电路见图7。光敏电阻通过与LM393双压比较器相连来检测环境光强，当光线较暗时，LM393双压比较器向单片机主控制器发送指令，单片机主控制器通过控制9013三极管放大电路从而接通照明模块，开启照明模块。

具体实施中，显示模块为LCD显示模块，具体由LCD1602显示屏和对比度可调电位器构成，LCD1602显示屏连接单片机主控制器，见图8～9。

具体实施中，按键电路模块电路图见图10，包括3个并联的独立按键K1、K2、K3，分别连接单片机主控制器IO接口P1.6、P1.7、P5.4。三个独立按键分别对应时间清零键、暂停键和开始键。用户可通过按键电路模块设置仪器状态，来达到人性化设置，注重用户体验。

具体实施中，时钟模块采用DALLAS公司的充电时钟芯片DS1302，电路图和结构图分别见图11～12，其内含实时时钟、实时日历和31字节静态随机存储器(RAM)，可通过其串行接口与单片机主控制器通信。时钟芯片DS1302与单片机主控制器间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需三根I/O线：复位(RST)、I/O数据线和串行时钟(SCLK)。时钟/RAM的读或写数据以一字节或多达31字节的字符组方式通信。控制模块振荡电路中晶振用来为时钟芯片DS1302提供时间基准。

具体实施中，单片机主控制器主要为IAP15F2K61S2和STC89C52主控芯片，使用一个主处理器和多个协处理器组成的架构，主处理器的15单片机通过IO接口控制两个协处理器。如图13所示，第一协处理器连接语音系统模块，第二协处理器连接时钟模块，超声波测距模块、光强检测模块、照明模块、显示模块和按键电路模块均连接主处理器。其中，振荡电路由11.0592MHz的晶振配合两个22p的谐振电容构成，为51单片机提供系统时钟；复位电路即可实现上电复位，也可实现人工手动复位。

各模块的稳压电路见图14，均为LM7805稳压电路。

本实用新型采用IAP15F2K61S2单片机作为核心控制单元，聚源控制简单、方便、快捷的优点。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源、有较为强大的控制功能和运算功能，I/O口均可按位寻址，同时IAP15F2K61S2单片机价格低廉，这是一种较优方案。

1602LCD显示屏是一种工业字符型液晶，所谓1602是指显示的内容为16*2，即可以显示两行，每行16个字符，1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H)，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，即可显示字母“A”。

光强检测系统采用光敏电阻和LM393双压比较器，当有光线照射时，光敏电阻内原本处于稳定状态的电子受到激发，成为自由电子，所以光线越强，产生的自由电子也就越多，电阻就会越小。光敏电阻内部的光电效应和电极无关，即可以使用直流电源。灵敏度和半导体材料、以及入射光的波长有关，价格低廉，性价比高。LM393双压比较器比较输入电压，可根根据输入输出高低电平，通过I/O口传给单片机。

9013三极管放大电路中，当集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流变化很小，会引起集电极电流发生很大变化，且电流变化满足一定比例关系，集电极电流变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，β即三极管的放大倍数，β一般远大于1，例如可以为几十、几百。如果将变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流的变化，基极电流变化被放大后，导致集电极电流发生很大变化。如果集电极电流是流过电阻R，那么根据电压计算公式即可以计算，该电阻上电压也会发生很大变化。获得该电阻上电压，即得到放大后的电压信号。

语音系统模块采用ISD1700语音芯片，该语音芯片为华邦公司新推出的语音芯片，具有多项新功能，有双运作模式，定制信息操作提示音效，内部还有自动增益控制、麦克风前置扩大器和扬声器驱动线路等。

单片机主控制器主要通过四线(SCLK、,MOSI、MOSO、/SS)SPI协议对ISD1700语音芯片进行串行通信，ISD1700语音芯片作为从机，几乎所有操作都可通过SPI协议完成。为了兼容独立按键模式，一些SPI命令，如PLAY、REC、ERASE、FWD、RESET和CLOBAL、ERASE的运行类似于相应的独立按键模式的操作，还可以通过直接控制PLAY(播放)和FWD(快进)等引脚稍作延迟，芯片录音可通过咪头录制语音或者从PC机里通过直通模式录音，通过SP+和SP-引脚外接扬声器播放声音。

本实用新型的使用方法如下：

采用超声波测距模块监测使用者坐姿，当坐姿不正确，语音系统模块则发出提醒；采用光强检测模块监测环境光线，当光线较差时，语音系统模块发出提醒或照明模块自动开启。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内，本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.智能超声坐姿矫正仪，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的智能超声坐姿矫正仪，其特征在于：

所述的超声波测距模块为HC-SRO4超声波测距模块。

3.如权利要求1所述的智能超声坐姿矫正仪，其特征在于：

所述的语音系统模块为ISD1700语音芯片。

4.如权利要求1所述的智能超声坐姿矫正仪，其特征在于：

所述的光强检测模块包括相连接的光敏电阻和LM393双压比较器，其中，LM393双压比较器还连接单片机主控制器，单片机主控制器通过9013三极管放大电路连接照明模块。

5.如权利要求1所述的智能超声坐姿矫正仪，其特征在于：

所述的显示模块包括相连接的LCD1602显示屏和对比度可调电位器，其中，LCD1602显示屏还连接单片机主控制器。

6.如权利要求1所述的智能超声坐姿矫正仪，其特征在于：

所述的时钟模块为DS1302时钟芯片。

7.如权利要求1所述的智能超声坐姿矫正仪，其特征在于：

所述的单片机主控制器包括主处理器、第一协处理器和第二协处理器，第一协处理器和第二协处理器均通过IO接口连接主处理器，其中，第一协处理器连接语音系统模块，第二协处理器连接时钟模块，超声波测距模块、光强检测模块、照明模块、显示模块和按键电路模块均连接主处理器。