CN2717293Y - 红外及超声波护眼正姿学习桌 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种有助于中小学生保持正确读写姿势并预防近视的学习桌，在写字桌的桌面后部设有一个直立的架体，在架体内设有探测控制报警电路，所说的探测控制报警电路由带有发射和接收探头的红外或超声波头部探测电路、带有发射和接收探头的红外或超声波人体探测电路、系统控制电路和报警电路等构成。工作中由头部探测电路发射探头发出的红外线或超声波在桌面上方形成一探测警戒面，低于此警戒面的物体无法将红外线或超声波反射至接收探头，当使用者出现视距过近及坐姿不正时学习桌均将发出提示，敦促其坐正姿势；此外该桌还可根据人体探测电路的输出信号来限定使用者持续学习和间歇休息的时间。

Description

红外及超声波护眼正姿学习桌

所属技术领域

本实用新型属于日常生活用品技术领域，涉及一种有助于中小学生保持正确读写姿势并预防近视的学习桌。

背景技术

保持正确合理的读书写字姿势对青少年特别是中小学生来说是至关重要的。目前，因读书写字的视距不当、学习光线不足、连续长时间过度用眼和姿势不正确等原因而引起的中小学生视力减退、近视以及颈椎弯曲驼背的现象，已成为社会广泛注意的问题。目前本领域为解决上述问题而研制的护眼正姿产品基本都是一些利用电子技术或红外及超声波技术提示报警的保健台灯产品，但此类产品在实际应用还存在着监控有死角(读写者头过低、头过于偏斜或身体过度前倾均无法实施监控)、智能化程度和可靠性不高(例如，无论读写者是否暂时来去都需频繁开关电源，否则人员离去会报警，来时又往往忘开)等问题，兼之由于台灯相对桌面位置不固定，不具强制使用的特点，因而也难以有效地达到促使学生在学习中保持良好的视距和坐姿。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构合理、智能化程度高且使用效果好的红外及超声波护眼正姿学习桌，用以克服现有技术所存在的缺陷，充分保证青少年使用者在学习时的正确视距和坐姿，进而对其视力及身体加以有效保护。

本实用新型的上述发明目是通过对公知的写字桌结构加以改进而实现的，所做的改进方案为：在写字桌的桌面后部设有一个直立的架体，在桌体内设有探测控制报警电路，所说的探测控制报警电路由带有至少一组发射和接收探头的红外或超声波头部探测电路、带有发射和接收探头的红外或超声波人体探测电路、系统控制电路和报警电路构成，其中头部探测电路的发射探头和接收探头设于桌面后部的架体上，人体探测电路的发射探头和接收探头设在架体或桌面上，头部探测电路的输出端与系统控制电路的相应输入端连接，人体探测电路的输出端与系统控制电路的相应输入端连接，系统控制电路的报警控制信号输出端接至报警电路的信号输入端。电路得电后，由头部探测电路发射探头所发出的红外线或超声波在前方某一低位(如距桌面前沿竖向距离大于35cm的位置处)形成一探测警戒面，低于这一警戒面的物体无法将红外线或超声波反射至接收探头，此外人体探测电路的发射探头亦在灯体正前方形成一警戒面。使用过程中，在电路得电后，当桌前探测范围内有人即当使用者坐姿正确时，人体探测电路输出高电平，头部探测电路的发射探头所发出的红外线或超声波被人体头部反射，进而由该电路的接收探头接收到对应的信号，此时报警电路不报警；当头部探测电路的接收探头接收不到发射探头发出的信号，而人体探测电路输出为高电平时(说明此时使用者头部距桌面过近、头部向左右偏斜过大或身体过度前倾)，则系统控制电路中的一个用来限定使用者暂短低头、歪头或身体过度前倾最长时间的延时计时器开始计时，达到设定时间(如20秒)后，报警电路报警，敦促使用者坐正姿势，直到头部探测电路接收探头再次接收发射探头发出的反射信号或人体探测电路输出为低电平后停止报警。当人体探测电路输出为低电平时，说明学习桌前无人，报警电路不报警。此外系统控制电路还可根据人体探测电路的输出信号来限定使用者一次可持续学习的最长时间和间歇期间应休息的最短时间。此外在系统内还可增设电子光敏测光电路，以便对学习环境的光线进行监测。

与现有技术相比，本实用新型所述的红外及超声波护眼正姿学习桌具有结构通用性强、可靠性好、智能化程度高等优点，其产品能随时提醒使用者特别是中小学生注意保护视力，有效地促使他们养成正确的读写姿势，保证他们的视力以及身心的健康成长。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构外型示意图。

图2为本实用新型另一个实施例的结构外型示意图。

图3为本实用新型可采用的一种电路框图。

图4为本实用新型可采用的另一种电路框图。

图5为本实用新型可采用的系统控制及电子光敏测光电路原理图。

图6为本实用新型可采用的红外发射/接收探测电路原理图。

图7为本实用新型可采用的超声波发射/接收探测电路原理图。

具体实施方式

参见附图，本实用新型所述的红外及超声波护眼正姿学习桌包括桌面4、架体6以及设在桌体或架体内的探测控制报警电路等部分。架体6位于桌面后部，其形状结构可采用如图1所示的直立杆体的形式，也可采用如图2所示的直立书架体的形式以及其它形式，在架体6的上部可安装照明灯头5。头部探测电路的发射探头1和接收探头2安装在架体6上，人体探测电路的发射探头10和接收探头11设在架体6的下方或上方，具体实施结构中，头部发射探头1和接收探头2的数量可以为一组，也可以为多组，可将头部探测电路12的发射探头1和人体探测电路13的发射探头10分体或合为一体设置在架体6上，也可将头部探测电路12的接收探头2和人体探测电路13的接收探头11分体或合为一体设置在连灯架体6上。例如在图2所示结构中，标号7为合为一体的接受探头，标号1、10则为分立的发射探头；也可在图2中标号10点的位置处设置合为一体的发射探头，在标号1、7点的位置处设置分立的接收探头。另外在架体6或桌面4上还设有光敏器件3、调光开关8及高亮度发光管9。该台灯之探测警戒面的设立可通过图1或图2给出的两种实施例结构实现：其一是在架体上的头部发射探头1或接收探头2前设有导波遮挡体或在探头上安装套管的方式，利用遮挡体或套管使头部发射探头1发出或接收探头2接收的红外线或超声波在低位形成警戒面；其二则是利用头部探测电路发射探头1和接收探头2位置和发射角度在低位形成警戒面，警戒面距桌面的高度即头部探测电路12中发射探头1的发射面或接收探头2的接收面应高出桌面前沿的竖直距离至少35cm。低于在一警戒面的物体将无法使发射探头1所发出的红外或超声波反射至接收探头2位置处，因而后者也就无法接收到前者所发出的信号。

本实用新型中探测控制报警电路的工作结构可采用图3或图4的形式，该电路由带有发射探头1和接收探头2的红外或超声波头部探测电路12、带有发射探头10和接收探头11的红外或超声波人体探测电路13、系统控制电路16、电子光敏测光电路14和声光报警电路15构成。工作过程中，无论头部探测电路12和人体探测电路13选用红外发射/接收电路或超声波发射/接收电路，当前方探测范围内有物体时，接收电路均可接收到反射信号并向输出高电平，否则输出为低电平。装置内电子光敏测光电路14与光敏器件、调光开关8及高亮度发光管9配合设置，其设置用意在于当环境光线不能达到学习要求时，提示使用者开灯或调整调光开关。

图3为本实用新型的两个探测电路12、13中一个采用红外电路而另一个采用超声波电路或当头部探测电路12的接收探头2紧贴遮挡体时可采用的电路框图。图中头部探测电路12和人体探测电路13的输出端分别与系统控制电路16的相应输入端连接，系统控制电路16的光敏测光控制信号输出端和报警控制信号输出端分别与电子光敏测光电路14和声光报警电路15的信号输入端连接。工作中，头部探测电路12和人体探测电路13将接收到的信号转换成高低电平送给系统控制电路16，系统控制电路16对输入信号进行计时判别后，输出相应信号控制报警电路15和电子光敏测光电路14工作。当头部探测电路12的接收探头2紧贴遮挡体且头部探测电路12和人体探测电路13采用同种信号发射时，两个探测电路12、13的发射探头可共体设置并共用同一发射电路。

图4为本实用新型的两个探测电路12、13同时采用红外电路或超声波电路，且当头部探测电路12的发射探头1紧贴遮挡体或当发射探头1和接收探头2利用位置和角度形成警戒时可采用的电路框图。图中头部探测电路12和人体探测电路13的输出/输入端分别接至系统控制电路16的相应输入/输出端，系统控制电路16的光敏测光控制信号输出端和报警控制信号输出端分别接至电子光敏测光电路14和声光报警电路15的信号输入端。工作中，系统控制电路16不同时将高电平送入头部探测电路12和人体探测电路13来控制它们分时工作(头部探测电路12发射和接收停止后人体探测电路13才开始发射和接收，反之亦然)，头部探测电路12和人体探测电路13将接收到的反射信号转换成高低电平送给系统控制电路16，系统控制电路16对输入信号进行计时判别后，输出相应信号控制报警电路15和电子光敏测光电路14工作。由于两个探测电路12、13分时发射，当头部探测电路的发射探头1紧贴遮挡体4时，两个探测电路12、13的接收探头可共体设置并共用同一接收电路，此时该接收电路的输出与系统控制电路16的输入端相连，由系统控制电路16来区分接收到的信号来自哪一个发射探头。

本实用新型的系统控制电路16内设有至少三级延时计时装置，其工作过程为：当学习桌边探测范围内有人时，人体探测电路13输出高电平，此时系统控制电路16中用于限定使用者连续学习时间的第一计时器开始计时，计时到设定时间(如45分钟)后，报警电路15开始提醒使用者应该休息，直到使用者离开桌面，其后人体探测电路13转输出低电平，报警停止；随之系统控制电路16中用于限定使用者最少应休息时间的第二计时器开始计时，计时到设定时间(如5分钟)后若人体探测电路13输出仍为低电平(使用者仍未回到桌前)，则第一和第二计时器都清零；若使用者在第二计时器在设定时间内回到桌前，此时有两种情况：(1)当第一计时器设定时间未计满时第一计时器仍在计时，第二计时器会自动清零，(2)当第一计时器设定时间已计满时，报警电路15仍会报警，第二计时器不清零仍在计时，直到第二计时器计满设定时间。第三计时器的作用则如前述，用于限定使用者在读写过程中暂短低头、歪头或身体过度前倾的最长时间。

附图5为本实用新型所述实施例结构的一个实际电路图，该结构中系统控制电路16采用了一种利用单片机实现的系统结构，由单片机U2完成逻辑及第一、第二和第三计时器的功能。单片机U2采用89C2051单片机，它根据头部探测电路12和人体探测电路13的输出信号决定第一、第二和第三计时器程序的运行和清零进而输出相应的高低电平控制信号。图5中由电阻R1、电容C1、非门U1、二极管D1组成单片机复位电路，其利用了电容C1在加电瞬间两端电压不能发生突变的原理，在加电瞬间非门U1的输入端和输出端分别为低电平和高电平，二极管D1导通，单片机U2复位，随着非门U1输入端电压的升高，二极管D1截止，结束复位。电容C2、C3和谐振器V组成为单片机U2提供时钟信号的振荡器。本实用新型中的电子光敏测光电路14由光敏电阻RG、可变电阻RP、电阻R2～R5、三极管VT1、VT2、与门U3、Y976报警集成电路U4、电容C4和发光管LED组成，台灯使用过程中，当环境光线较强时，光敏电阻RG呈现低电阻，三极管VT1导通，VT2截止，经与门U3后报警集成电路U4的5脚为低电平，其处于静态无输出；当环境光线较弱时，光敏电阻RG呈现的阻值较大，当光线照度降至100LX时，三极管VT1截止，VT2导通(用可变电阻RP调整而达到这一标准)且其发射极电位为高电平，此时当人体探测电路13的输出为高电平时，单片机U2的18脚也输出高电平，经与门U3后报警集成电路U4的5脚为高电平，其输出使发光管LED即灯座上的高亮度发光管9阵阵闪光(也可用音响报警或语音提醒)，提醒使用者通过调整开关8调节环境光线；当人体探测电路13的输出为低电平时，单片机U2的18脚输出也为低电平，则报警集成电路U4处于静态无输出。当然电子光敏测光电路14也可独立于其它电路单独使用，亦可无需报警集成电路U4和与门U3而将U3的输入信号传送给单片机U2，由U2控制报警电路报警。

本实用新型所用的红外或超声波头部探测电路12、红外或超声波人体探测电路13以及报警电路15在实际应用中均有多种已知成熟电路可供选择，其中红外发射/接收探测电路和超声波发射/接收探测电路可分别采用图6和图7所示的电路结构。

图6中的红外发射/接收电路由反相器U11、U12、U13、U14、LM567频率译码器U20、红外发射二极管D3、红外接收二极管D2等组成，频率译码器U20的中心振荡频率由串联在其第5脚上的电阻R11和电容C7决定，它的振荡频率由第5脚引出经电阻R6到三极管VT3的基极，再经三极管VT3放大后加在红外发射二极管D3上，红外发射的频率与频率译码器U20的中心振荡频率完全一致。如红外发射二极管D3前方有阻挡物，部分调制信号被反射至红外接收二极管D2，经U11、U12、U13和电阻R9、R10组成的线性放大器放大后送入频率译码器U20的3脚，经U20识别译码，其8脚由高电平转为低电平，再经反相器U14反相后转为高电平；当红外发射二极管D3前方无阻挡物时，反相器U14输出为低电平。

图7中的超声波发射/接收电路由三极管VT4、VT5、超声波发送器T-40-16、超声波接收器R-40-16、运放器LM324组成，三极管VT4、VT5组成的强反馈稳频振荡器的振荡频率等于超声波发送器T-40-16的共振频率，此时T-40-16作为反馈耦合元件又是输出换能器，当接通电源时，T-40-16便可反射出一串振荡波形近似于方波的一串超声波信号，若前方有阻挡物将部分超声波信号反射至图中超声波接收器R-40-16并被其接收后，经三极管VT6、VT7两级放大后，送入运放LM324进行放大、整形，然后由LM324的第6脚输出高电平，当T-40-16前方无阻挡物时，运放LM324的6脚为低电平。

报警电路15可采用通用的声光报警、振动报警或语音报警提醒电路或熄灯的方式，本文不再赘述。

在实现附图4所示的电路时，单片机U2的17脚和19脚可分别输出高电平和低电平，通过电子开关(电子开关由三极管组成)来控制头部探测电路12和人体探测电路13是否得电工作，从而达到分时发射和接收的目的。

Claims (4)

1、一种红外及超声波护眼正姿学习桌，其特征是在桌面(4)后部设有一个直立的架体(6)，在桌体内设有探测控制报警电路，所说的探测控制报警电路由带有至少一组发射和接收探头的红外或超声波头部探测电路(12)、带有发射和接收探头的红外或超声波人体探测电路(13)、系统控制电路(16)和报警电路(15)构成，其中头部探测电路(12)的发射探头(1)和接收探头(2)设于桌面后部的架体(6)上，人体探测电路(13)的发射探头(10)和接收探头(11)设在架体(6)或桌面(4)上，头部探测电路(12)的输出端与系统控制电路(16)的相应输入端连接，人体探测电路(13)的输出端与系统控制电路(16)的相应输入端连接，系统控制电路(16)的报警控制信号输出端接至报警电路(15)的信号输入端。

2、如权利要求1所述的红外及超声波护眼正姿学习桌，其特征是头部探测电路(12)中发射探头(1)的发射面或接收探头(2)的接收面高出桌面前沿的竖直距离至少35cm。

3、如权利要求1所述的红外及超声波护眼正姿学习桌，其特征在于头部探测电路(12)的发射探头(1)和人体探测电路(13)的发射探头(10)分体或合为一体设置在架体(6)上。

4、如权利要求1所述的红外及超声波护眼正姿学习桌，其特征在于头部探测电路(12)的接收探头(2)和人体探测电路(13)的接收探头(11)分体或合为一体设置在连灯架体(6)上。

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