CN2847004Y - 超声波防近视正坐姿台灯 - Google Patents

Abstract

超声波防近视正坐姿台灯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保健台灯，其包含有灯座、灯架、灯罩以及超声波发射和接收电路组成的头部探测电路与人体探测电路、系统控制电路和报警电路，所说的头部与人体探测电路中有二者共用的超声波探头，并位于灯罩上，由头部探测电路的超声波在灯体前形成一探测警戒面，当使用者出现视距过近及坐姿不正时台灯均将发出提示报警，此外该台灯还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

超声波防近视正坐姿台灯

所属技术领域

本实用新型属于日常生活用品技术领域，涉及一种灯具，特别是一种有助于中小学生保持正确读写姿势并预防近视的保健台灯。

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。为解决上述问题，本人此前在中国申请了《红外及超声波预防近视端正坐姿台灯》专利并获批准(专利号为：ZL 200420042072.4)。而其结构较复杂、成本较高，因而也不便于规模化生产。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构更为简单、集成度更高、成本更低，便于规模生产且使用效果好的超声波防近视正坐姿台灯，用以克服现有技术所存在的缺陷，保证了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。

为实现上述发明目的而设计的技术解决方案是这样的：所提供的一种超声波防近视正坐姿台灯，包括灯座、灯架、灯罩、由超声波发射电路和接收电路组成的头部探测电路、由超声波发射电路和接收电路组成的人体探测电路、系统控制电路、报警电路，其特征在于所说的头部探测电路和人体探测电路中有二者共用的超声波探头且安装于灯罩上，头部探测电路的其它探头位于灯罩或灯罩的上方(还可并接同功能探头，以便增加头部的探测范围)，人体探测电路的其它探头位于灯体上，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。电路中还可设有电子光敏测光电路，电子光敏测光电路的输出端与报警电路或系统控制电路的相应输入端连接相连，其光敏器件安装于灯体上。

头部探测电路与人体探测电路可共用同一个超声波接收电路，且共用的接收探头设于灯罩上，头部探测电路的发射探头设于灯罩上方，人体探测电路的发射探头设于灯体上，其中两个超声波发射电路的输入端分别与系统控制电路的相应控制端连接，超声波接收电路的输出端与系统控制电路的相应输入端连接。系统控制电路所提供的控制信号使得两个超声波发射电路分时工作(不同时工作)，头部探测电路工作时，由于发射探头的方向或限波体(可以是窗孔也可以是探头前某一限定超声波向下的物体)的遮挡，使其所发出的超声波在灯体前方某一低位形成一探测警戒面，低于这一警戒面的物体无法将头部探测电路所发出的超声波反射至接收探头。此外人体探测电路工作时，其发射探头亦在灯体前方形成探测范围，在电路得电后，系统控制电路由于控制两个超声波发射电路谁工作谁不工作，所以可区分开接收探头所接收到的信号为两个发射电路谁发出的信号；头部探测电路与人体探测电路也可共用同一个超声波发射电路，且共用的发射探头设于灯体上(发射探头所发出的超声波的主方向角度可达60度夹角)，头部探测电路的接收探头设于灯罩上方，其前方有限波体，人体探测电路的接收探头设于灯体上，其中两个超声波接收电路的输出端分别与系统控制电路的相应输入端连接，头部探测电路工作时，由于限波体的遮挡(灯罩的一部分可作为限波体)使其所接收的超声波在灯体前方某一低位亦可形成一探测警戒面，低于这一警戒面的物体无法将发射电路所发出的超声波反射至头部探测电路的接收探头，此外人体探测电路工作时，其发射探头亦在灯体前方形成探测范围(当然该探头前也可有限波体，以防椅子和书本的反射)。使用过程中，当台灯前探测范围内有人且当使用者坐姿正确，人体探测电路可接收到人体的超声波反射信号，头部探测电路也可接收到头部的超声波反射信号，此时报警电路不报警，当头部探测电路工作时接收探头接收不到信号，而人体探测电路工作时接收探头却接收到信号，(说明此时使用者头部距桌面过近或头部向左右偏斜过大或身体过于前倾)，则系统控制电路中的一个用来限定使用者暂短低头、过度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，直到头部探测电路工作时，接收电路接收到反射信号(头部距桌面已正常)或人体探测电路工作时接收电路接收不到信号(人已离开)后停止报警。当人体探测电路工作时接收电路接收不到信号，说明灯前无人，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。

与现有技术相比，本实用新型所述的防近视正坐姿台灯具有智能化程度更高、成本更低、便于规模生产，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。

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原理图。

具体实施方式

参见附图1，本实用新型所述的超声波防近视正坐姿台灯由灯座、灯架(若采用不可随意弯曲的灯架就更具有强制性)、灯罩5以及设在灯体内电路构成。共用的接收探头安装在灯罩5的探测窗孔2中，头部探测电路的发射探头安装在灯罩5的上方探测窗孔1中，人体探测电路的发射探头设于灯体上探测窗孔3中，另外在灯体上还设有光敏器件4、及高亮度发光管7。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光开关。

附图2中共用的发射探头安装在灯罩5的探测窗孔2中，头部探测电路的接收探头安装在灯罩5的上方探测窗孔1中，其前方有限波体6，人体探测电路的接收探头设于灯体上探测窗孔3中，另外在灯体上还设有光敏器件4、及高亮度发光管7。

本实用新型的系统控制电路内设有至少三级延时计时器，其工作过程为：当台灯前探测范围内有人时，人体探测电路接收到人体反射的超声波信号并输出有效电平信号(本文为低电平)，此时系统控制电路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，其后人体探测电路接收不到人体反射的超声波信号并输出无效电平信号(本文为高电平)，报警停止；随之系统控制电路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)后若人体探测电路输出仍为无效电平(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。

参见附图3，为头部和身体探测电路共用一个接收电路时本实用新型可采用的一个实际电路图，该结构中系统控制电路采用了一种利用单片机实现的系统结构，由单片机U21完成逻辑及第一、第二和第三计时器的功能。单片机U21采用89C2051单片机，它根据头部探测电路和人体探测电路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控制信号。

系统控制电路是由以下部分组成：

(1)：其中电容C23、电阻R21构成复位电路；

(2)：晶体Y21和电容C24、C25构成振荡器为单片机提供工作时钟；

(3)：由四二输入或非门74HC02、电阻R41、电位器R42组成的振荡器为超声波发射电路提供发射频率。若超声波探头的中心频率为40KHz，故需要一振荡器为超声波发射电路产生40KHz载波信号。其中U41A、U41B构成基本振荡器，振荡频率为f＝1/(2.2R42*C43)。取C43＝1000p，f＝40KHz，R42≈11KΩ，为使频率准确，R42采用电位器。U41D、U41C两个或非门的输出端分别连至头部探测电路的发射电路和人体探测电路的发射电路。两个或非门分别由P3.4、P3.5控制，由程序选择两个发射电路交替工作。

(4)：单片机AT89C2051为系统控制电路的主控制器件，其共有P1、P3共16个端口，其中的P3.6作为内置比较器使用。单片机端口资源分配如下：

P3.2：与超声波接收电路的输出端相连；

P3.3：可与另一个超声波接收电路的输出端相连(该电路未用)；

P3.4：可为超声波人体探测电路提供的一个(编码)控制信号。

P3.5：可为超声波头部探测电路提供的一个(编码)控制信号。

P1.0、P1.1：光强检测，利用芯片内部比较器，检测光线是否过暗；

头部探测电路的超声波发射电路是由电阻R51、R53、电位器R52、超声波发射探头T-1、三极管Q51组成。发射信号由或非门U4D提供；电位器R52控制超声波发射功率。

人体探测电路的超声波发射电路是由电阻R61、R63、电位器R62、超声波发射探头T-2、三极管Q61组成。发射信号由或非门U4C提供；电位器R62控制超声波发射功率。

共用的超声波接收电路是由电阻R70、R71、R72、R73、R74、R75、R76、R77、R78、R79、超声波接收探头R-1、三极管Q71、Q72、Q73、二极管D71、电容C71及运放U78A(LM324)组成。图中超声波信号由超声波探头R-1接收后，经三极管Q71、Q72两级放大，送入运放U78A进行放大、整形，由LM324的一脚输出高电平使三极管Q73导通反向输出低电平送往单片机U21的P3.2脚。头部探测电路是由头部的发射电路和共用的接收电路组成；人体探测电路是由人体的发射电路和共用的接收电路组成。

电子光敏测光电路(典型电路有很多种，这里以一种为例)是由光敏电阻R32(光线越强，其阻值越低)、电位器R31、电阻R33、R34组成，电阻R33、R34构成分压器，此电路取R33＝R34，故P1.0电压固定为1/2VCC，调整R31阻值就可以设定光线门限，利用单片机芯片内部对P1.0和P1.1端电压的比较，检测光线是否过暗；当光线过暗时，P1.1的电压高于1/2VCC，单片机U21就通过P3.7脚输出使发光管LED即灯座上的高亮度发光管7阵阵闪光，提醒使用者通过调整开关调节环境光线；当然电路可稍做增加就可同时检测环境光线是否过强，还可以增加自动调光电路，这些电路都很成熟本文就不再叙述。

蜂鸣器B21为声音报警电路，用于坐姿不正确和超时学习的提醒，电阻R22、发光二极管D21为视觉报警电路，用于光线过暗时的提醒。

上述是当头部探测电路和人体探测电路共用同一个接收电路时采用的电路，其一个发射电路的控制端接或非门U4D的输出端13脚，另一个发射电路的控制端接或非门U4C的输出端10脚，共用接收电路的输出端与单片机U21的输入端P3.2相连，系统控制电路由于控制两个超声波发射电路谁工作谁不工作，所以可区分开接收探头所接收到的信号为两个发射电路谁发出的信号。

当头部探测电路和人体探测电路共用同一个发射电路时采用的电路可为：一个接收电路的输出端与单片机U21的输入端P3.2相连，按照图3增加一个接收电路(两个接收电路相同)，其输出端与单片机U21的输入端P3.3相连，同时减少一个发射电路即可。

当台灯前探测范围内有人且当使用者坐姿正确，人体探测电路可接收到人体的超声波反射信号，头部探测电路也可接收到头部的超声波反射信号。单片机U21的输入端P1.0、P1.1脚与电子光敏测光电路的输出(电压输出)端分别相连，单片机U21的输出端P1.3脚与报警电路的输入端相连。工作中，头部探测电路和人体探测电路将接收到的信号转换成高低电平送给系统控制电路，系统控制电路对输入信号进行计时判别后，输出相应信号控制报警电路。

报警电路还可采用市场上常见的熄灯报警、声光报警、振动报警或语音报警提醒电路，本文不再赘述。

Claims (5)

1、一种超声波防近视正坐姿台灯，包含灯座、灯架、灯罩(5)以及由超声波发射电路和接收电路组成的头部探测电路、由超声波发射电路和接收电路组成的人体探测电路、系统控制电路、报警电路，其特征在于所说的头部探测电路和人体探测电路中有二者共用的超声波探头且安装于灯罩上，头部探测电路的其它探头位于灯罩(5)上方，人体探测电路的其它探头位于灯体上，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。

2、根据权利要求1所述的超声波防近视正坐姿台灯，其特征在于探测窗孔(1)和探测窗孔(3)中分别安装有头部探测电路和人体探测电路的发射探头，探测窗孔(1)位于灯罩上，探测窗孔(3)位于灯体上，探测窗孔(2)位于灯罩(5)上，其中安装有两个探测电路的共用接收探头。

3、根据权利要求1所述的超声波防近视正坐姿台灯，其特征在于探测窗孔(1)和探测窗孔(3)中分别安装有头部探测电路和人体探测电路的接收探头，探测窗孔(1)位于灯罩(5)上方，其前方有限波体(6)，探测窗孔(2)位于灯罩(5)上，其中安装有两个探测电路的共用发射探头。

4、根据权利要求1所述的超声波防近视正坐姿台灯，其特征在于电路中设有电子光敏测光电路，电子光敏测光电路的输出端与报警电路相连，其光敏器件(4)安装于灯体上。

5、根据权利要求1或4所述的超声波防近视正坐姿台灯，其特征在于电路中设有电子光敏测光电路，其输出端与系统控制电路的相应输入端连接。

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