專利名稱：一種超聲波防近視正坐姿臺(tái)燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于日常生活用品技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種燈具，特別是一種有助于中小學(xué)生保持正確讀寫姿勢(shì)并預(yù)防近視的保健臺(tái)燈。
背景技術(shù)：
保持正確合理的讀書寫字姿勢(shì)對(duì)青少年特別是中小學(xué)生來說是至關(guān)重要的。目前，因讀書寫字的視距不當(dāng)、學(xué)習(xí)光線不足、連續(xù)長時(shí)間過度用眼和姿勢(shì)不正確等原因而引起的中小學(xué)生視力減退、近視以及頸椎彎曲駝背的現(xiàn)象，已成為社會(huì)廣泛注意的問題。為解決上述問題，本人此前在中國申請(qǐng)了《紅外及超聲波預(yù)防近視端正坐姿臺(tái)燈》專利并獲批準(zhǔn)(專利號(hào)為ZL 200420042072.4)。而其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本較高、且安裝調(diào)試不方便，因而也不便于大規(guī)模生產(chǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、集成度更高、成本更低、調(diào)試更為簡(jiǎn)便，便于大規(guī)模生產(chǎn)且使用效果好的超聲波防近視正坐姿臺(tái)燈，用以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，保證了青少年使用者在學(xué)習(xí)時(shí)的正確視距和坐姿，進(jìn)而對(duì)其視力及身體加以有效保護(hù)。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的而設(shè)計(jì)的技術(shù)解決方案是這樣的所提供的一種超聲波防近視正坐姿臺(tái)燈，包括燈座、燈架、燈罩、由超聲波電路組成的頭部探測(cè)電路、由超聲波電路組成的人體探測(cè)電路、系統(tǒng)控制電路和報(bào)警電路，其特點(diǎn)在于所說的超聲波頭部探測(cè)電路或人體探測(cè)電路中至少有一個(gè)電路的探頭是超聲波發(fā)射和接收為一體的合體探頭，頭部探測(cè)電路的探頭位于燈罩或燈罩的上方(還可并接同功能探頭，以便增加頭部的探測(cè)范圍)，人體探測(cè)電路的探頭位于燈體上，頭部探測(cè)電路和人體探測(cè)電路的輸出端分別與系統(tǒng)控制電路的相應(yīng)輸入端連接，系統(tǒng)控制電路的報(bào)警控制信號(hào)輸出端接至報(bào)警電路的信號(hào)輸入端，電路中還可設(shè)有電子光敏測(cè)光電路，電子光敏測(cè)光電路的輸出端與報(bào)警電路或系統(tǒng)控制電路的相應(yīng)輸入端連接相連，其光敏器件安裝于燈體上。
由于頭部探測(cè)電路探頭的方向或有限波體(可以是孔也可以是探頭前的某一限定超聲波方向的物體)的遮擋，當(dāng)頭部探測(cè)電路的探頭進(jìn)行發(fā)射超聲波→接收超聲波反射信號(hào)時(shí)，在燈體前方某一低位就形成一超聲波探測(cè)警戒面，低于這一警戒面的物體無法將頭部探測(cè)電路的探頭所發(fā)出的超聲波信號(hào)反射至該電路接收到，另外人體探測(cè)電路的探頭進(jìn)行發(fā)射超聲波→接收超聲波反射信號(hào)時(shí)，亦在燈體前方形成探測(cè)范圍。上述電路中的一個(gè)或全都使用發(fā)射和接收為一體的合體探頭時(shí)，電路需經(jīng)過發(fā)射超聲波→停止→接收超聲波反射信號(hào)的過程，以便合體探頭有停震的時(shí)間，使接收到的確為超聲波反射信號(hào)。使用過程中，當(dāng)臺(tái)燈前探測(cè)范圍內(nèi)有人且當(dāng)使用者坐姿正確，人體探測(cè)電路工作時(shí)可接收到人體的超聲波反射信號(hào)，頭部探測(cè)電路工作時(shí)也可接收到頭部的超聲波反射信號(hào)，此時(shí)報(bào)警電路不報(bào)警，當(dāng)頭部探測(cè)電路工作時(shí)接收不到反射信號(hào)，而人體探測(cè)電路工作時(shí)卻接收到信號(hào)，(說明此時(shí)使用者頭部距桌面過近或頭部向左右偏斜過大或身體過于前傾)，則系統(tǒng)控制電路中的一個(gè)用來限定使用者暫短低頭、過度歪頭或身體過度前傾最長時(shí)間的延時(shí)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，達(dá)到設(shè)定時(shí)間(如20秒)后，報(bào)警電路報(bào)警，敦促使用者坐正姿勢(shì)，直到頭部探測(cè)電路工作時(shí)，接收到反射信號(hào)(頭部距桌面已正常)或人體探測(cè)電路工作時(shí)接收不到信號(hào)(人已離開)后停止報(bào)警。當(dāng)人體探測(cè)電路工作時(shí)接收不到信號(hào)，說明燈前無人，此外系統(tǒng)控制電路還可根據(jù)人體探測(cè)電路的輸出信號(hào)來限定使用者一次可持續(xù)學(xué)習(xí)的最長時(shí)間和間歇期間應(yīng)休息的最短時(shí)間，同時(shí)還可決定何時(shí)進(jìn)行環(huán)境光線的監(jiān)測(cè)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述的防近視正坐姿臺(tái)燈具有可靠性更好、智能化程度更高、成本更低、安裝調(diào)試更簡(jiǎn)單、便于大規(guī)模生產(chǎn)，其產(chǎn)品能隨時(shí)提醒使用者特別是中小學(xué)生注意保護(hù)視力，有效地促使他們養(yǎng)成正確的讀寫姿勢(shì)，保證他們的視力以及身心的健康。


圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)外型示意圖。
圖2為本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)外型示意圖。
圖3為本實(shí)用新型可采用的一種電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參見附圖1，本實(shí)用新型所述的一種超聲波防近視正坐姿臺(tái)燈由燈座、燈架(若采用不可隨意彎曲的燈架就更具有強(qiáng)制性)、燈罩3以及設(shè)在燈體內(nèi)電路構(gòu)成。頭部探測(cè)電路的合體探頭1安裝在燈罩3的上方，燈罩的上平面作為限波體，人體探測(cè)電路的合體探頭2設(shè)于燈體上(該探頭前也可有限波體，以防椅子和書本的反射)，另外在燈體上還設(shè)有光敏器件4、及高亮度發(fā)光管5。其設(shè)置用意在于當(dāng)環(huán)境光線不能達(dá)到學(xué)習(xí)要求時(shí)，提示使用者開燈或調(diào)整光開關(guān)。
附圖2中頭部探測(cè)電路的合體探頭1安裝在燈罩3的上方，其合體探頭的發(fā)射中軸線向上與水平面形成的夾角，以便所發(fā)出的超聲波在其低位形成接近于水平的警戒面。低于這一警戒面的物體無法將合體探頭(1)所發(fā)出的超聲波信號(hào)反射回該探頭。人體探測(cè)電路的合體探頭2設(shè)于燈體上，另外在燈體上還設(shè)有光敏器件4、及高亮度發(fā)光管5。
本實(shí)用新型的系統(tǒng)控制電路內(nèi)設(shè)有至少三級(jí)延時(shí)計(jì)時(shí)裝置，其工作過程為當(dāng)臺(tái)燈前探測(cè)范圍內(nèi)有人時(shí)，人體探測(cè)電路接收到人體反射的超聲波信號(hào)并輸出有效電平信號(hào)(本文為低電平)，此時(shí)系統(tǒng)控制電路中用于限定使用者連續(xù)學(xué)習(xí)時(shí)間的第一計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到設(shè)定時(shí)間(如45分鐘)后，報(bào)警電路開始提醒使用者應(yīng)該休息，直到使用者離開桌面，其后人體探測(cè)電路接收不到人體反射的超聲波信號(hào)并輸出無效電平信號(hào)(本文為高電平)，報(bào)警停止；隨之系統(tǒng)控制電路中用于限定使用者最少應(yīng)休息時(shí)間的第二計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到設(shè)定時(shí)間(如5分鐘)后若人體探測(cè)電路輸出仍為無效電平(使用者仍未回到桌前)，則第一和第二計(jì)時(shí)器都清零；若使用者在第二計(jì)時(shí)器在設(shè)定時(shí)間內(nèi)回到桌前，此時(shí)有兩種情況(1)當(dāng)?shù)谝挥?jì)時(shí)器設(shè)定時(shí)間未計(jì)滿時(shí)第一計(jì)時(shí)器仍在計(jì)時(shí)，第二計(jì)時(shí)器會(huì)自動(dòng)清零。(2)當(dāng)?shù)谝挥?jì)時(shí)器設(shè)定時(shí)間已計(jì)滿時(shí)，報(bào)警電路仍會(huì)報(bào)警，第二計(jì)時(shí)器不清零仍在計(jì)時(shí)，直到第二計(jì)時(shí)器計(jì)滿設(shè)定時(shí)間。第三計(jì)時(shí)器的作用則如前述，用于限定使用者在讀寫過程中暫短低頭、歪頭或身體過度前傾的最長時(shí)間。
參見附圖3，為本實(shí)用新型所述實(shí)施例結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)際電路圖，該結(jié)構(gòu)中系統(tǒng)控制電路采用了一種利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由單片機(jī)U21完成邏輯及第一、第二和第三計(jì)時(shí)器的功能。單片機(jī)U21采用89C2051單片機(jī)，它決定哪個(gè)(人體或頭部)合體探頭何時(shí)發(fā)射、何時(shí)停止、何時(shí)接收，同時(shí)它根據(jù)頭部探測(cè)電路和人體探測(cè)電路的輸出信號(hào)決定第一、第二和第三計(jì)時(shí)器程序的運(yùn)行和清零進(jìn)而輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。
系統(tǒng)控制電路是由以下部分組成(1)其中電容C23、電阻R21構(gòu)成復(fù)位電路；(2)晶體Y21和電容C24、C25構(gòu)成振蕩器為單片機(jī)提供工作時(shí)鐘；(3)由四二輸入或非門74HC02、電阻R41、電位器R42電位器組成的振蕩器電路為超聲波發(fā)射電路提供發(fā)射頻率。若超聲波探頭的中心頻率為40KHz，故需要一振蕩器為超聲波發(fā)射電路產(chǎn)生40KHz載波信號(hào)。其中U41A、U41B構(gòu)成基本振蕩器，振蕩頻率為f＝1/(2.2R42*C43)。取C43＝1000p，f＝40KHz，R42≈11KΩ，為使頻率準(zhǔn)確，R42采用電位器。U41D、U41C兩個(gè)或非門的輸出端分別連至頭部探測(cè)電路的超聲波發(fā)射電路和人體探測(cè)電路的超聲波發(fā)射電路。兩個(gè)或非門分別由P3.4、P3.5控制，三極管Q52以及P3.5的控制信號(hào)經(jīng)電阻R54和三極管Q53控制超聲波頭部探測(cè)電路的發(fā)射電路與接收電路的分離，三極管Q62以及P3.4的控制信號(hào)經(jīng)電阻R64和三極管Q63控制超聲波人體探測(cè)電路的發(fā)射電路與接收電路的分離。
(4)單片機(jī)AT89C2051為系統(tǒng)控制電路的主控制器件，其共有P1、P3共16個(gè)端口，其中的P3.6作為內(nèi)置比較器使用。單片機(jī)端口資源分配如下P3.3與超聲波頭部探測(cè)電路的輸出端相連；P3.2與超聲波人體探測(cè)電路的輸出端相連；P3.4可為超聲波人體探測(cè)電路提供的一個(gè)(編碼)控制信號(hào)。
P3.5可為超聲波頭部探測(cè)電路提供的一個(gè)(編碼)控制信號(hào)。
P1.0、P1.1光強(qiáng)檢測(cè)，利用芯片內(nèi)部比較器，檢測(cè)光線是否過暗；頭部探測(cè)電路的超聲波發(fā)射電路是由電阻R51、R53、電位器R52、超聲波合體探頭T-1、三極管Q51、Q52組成。發(fā)射信號(hào)由或非門U4D提供；電位器R52控制超聲波發(fā)射功率。
頭部探測(cè)電路的超聲波接收電路是由電阻R54、R70、R71、R72、R73、R74、R75、R76、R77、R78、R79、超聲波合體探頭T-1、三極管Q53、Q71、Q72、Q73、二極管D71、電容C71及運(yùn)放U78A(LM324)組成。圖中超聲波信號(hào)由超聲波探頭T-1接收后，經(jīng)三極管Q71、Q72兩級(jí)放大，送入運(yùn)放U78A進(jìn)行放大、整形，由LM324的一腳輸出高電平使三極管Q73導(dǎo)通反向輸出低電平送往單片機(jī)U21的P3.3腳。超聲波頭部探測(cè)電路是由其發(fā)射電路和接收電路組成。
人體探測(cè)電路的超聲波發(fā)射電路是由電阻R61、R63、電位器R62、超聲波合體探頭T-2、三極管Q61、Q62組成。發(fā)射信號(hào)由或非門U4C提供；電位器R62控制超聲波發(fā)射功率。
人體探測(cè)電路的超聲波接收電路是由電阻R64、R80、R81、R82、R83、R84、R85、R86、R87、R88、R89、超聲波合體探頭T-2、三極管Q63、Q81、Q82、Q83、二極管D81、電容C81及運(yùn)放U78B(LM324)組成。圖中超聲波信號(hào)由超聲波探頭T-2接收后，經(jīng)三極管Q81、Q82兩級(jí)放大，送入運(yùn)放U8B進(jìn)行放大、整形，由LM324的一腳輸出高電平使三極管Q83導(dǎo)通反向輸出低電平送往單片機(jī)U21的P3.2腳。超聲波人體探測(cè)電路是由其發(fā)射電路和接收電路組成。
單片機(jī)U21利用P3.5、P3.3與P3.4、P3.2腳來決定頭部探測(cè)電路和人體探測(cè)電路分別是否工作(或是否工作有效)，頭部探測(cè)電路和人體探測(cè)電路分時(shí)工作時(shí)效果更好。
電子光敏測(cè)光電路(典型電路有很多種，這里以一種為例)是由光敏電阻R32(光線越強(qiáng)，其阻值越低)、電位器R31、電阻R33、R34組成，電阻R33、R34構(gòu)成分壓器，此電路取R33＝R34，故P1.0電壓固定為1/2VCC，調(diào)整R31阻值就可以設(shè)定光線門限。利用單片機(jī)芯片內(nèi)部對(duì)P1.0和P1.1端的電壓比較器，檢測(cè)光線是否過暗；當(dāng)光線過暗時(shí)，P1.1的電壓高于1/2VCC，單片機(jī)U21就通過P3.7腳輸出使發(fā)光管LED即燈座上的高亮度發(fā)光管5陣陣閃光，提醒使用者通過調(diào)整開關(guān)調(diào)節(jié)環(huán)境光線；當(dāng)然電路可稍做增加就可同時(shí)檢測(cè)環(huán)境光線是否過強(qiáng)，還可以增加自動(dòng)調(diào)光電路，這些電路都很成熟本文就不再敘述。
蜂鳴器B21為聲音報(bào)警電路(用于坐姿不正確和超時(shí)學(xué)習(xí)提醒)，電阻R22、發(fā)光二極管D21為視覺報(bào)警電路(用于光線過暗時(shí)提醒)。
以頭部探測(cè)電路為例，當(dāng)超聲波電路發(fā)射信號(hào)時(shí)，單片機(jī)U21的P3.5腳輸出低電平，三極管Q53截止，使得發(fā)射電路與接收電路部分隔離，合體探頭T-1處于發(fā)射狀態(tài)，三極管Q51、Q52導(dǎo)通，或非門U4D的13腳發(fā)出40KHZ的電信號(hào)經(jīng)合體探頭T-1轉(zhuǎn)換為超聲波信號(hào)發(fā)出；當(dāng)超聲波電路接收信號(hào)時(shí)，單片機(jī)U21的P3.5腳輸出低電平，三極管Q53導(dǎo)通，三極管Q51、Q52截止，使得發(fā)射電路與接收電路部分隔離，合體探頭T-1處于接收狀態(tài)，單片機(jī)U21決定何時(shí)通過P3.3腳檢測(cè)超聲波電路的輸出信號(hào)。當(dāng)兩個(gè)探測(cè)電路中有一個(gè)使用分體的發(fā)射和接收探頭時(shí)，該電路可斷開發(fā)射和接收電路，將合體探頭變成一個(gè)發(fā)射探頭和一個(gè)接收探頭，去掉上述用于發(fā)射電路與接收電路隔離的相關(guān)器件(如三極管Q53、Q52，電阻R54)即可。
人體探測(cè)電路與頭部探測(cè)電路相同(也可共用頭部探測(cè)電路的部分電路)。在電路得電后，系統(tǒng)控制電路由于分別控制兩個(gè)超聲波電路誰進(jìn)行發(fā)射超聲波→停止→接收超聲波反射信號(hào)，當(dāng)臺(tái)燈前探測(cè)范圍內(nèi)有人且當(dāng)使用者坐姿正確，人體探測(cè)電路工作時(shí)，可接收到人體的超聲波反射信號(hào)，頭部探測(cè)電路工作時(shí)也可接收到頭部的超聲波反射信號(hào)。單片機(jī)U21的輸入端P1.0、P1.1腳與電子光敏測(cè)光電路的輸出(電壓輸出)分別相連，單片機(jī)U21的輸出端P1.3腳與報(bào)警電路的輸入端相連。工作中，頭部探測(cè)電路和人體探測(cè)電路將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成高低電平送給系統(tǒng)控制電路，系統(tǒng)控制電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)判別后，輸出相應(yīng)信號(hào)控制報(bào)警電路。
報(bào)警電路還可采用市場(chǎng)上常見的熄燈報(bào)警、聲光報(bào)警、振動(dòng)報(bào)警或語音報(bào)警提醒電路，本文不再贅述。
權(quán)利要求1.一種超聲波防近視正坐姿臺(tái)燈，包含燈座、燈架、燈罩(3)以及超聲波頭部探測(cè)電路、超聲波人體探測(cè)電路、系統(tǒng)控制電路、報(bào)警電路，其特征在于所說的超聲波頭部探測(cè)電路或超聲波人體探測(cè)電路中至少有一個(gè)電路的探頭是超聲波發(fā)射和接收為一體的合體探頭，超聲波頭部探測(cè)電路的探頭位于燈罩(3)上方，超聲波人體探測(cè)電路的探頭位于燈體上，超聲波頭部探測(cè)電路的輸出端與系統(tǒng)控制電路的相應(yīng)輸入端連接，超聲波人體探測(cè)電路的輸出端與系統(tǒng)控制電路的相應(yīng)輸入端連接，系統(tǒng)控制電路的報(bào)警控制信號(hào)輸出端接至報(bào)警電路的信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波防近視正坐姿臺(tái)燈，其特征在于超聲波頭部探測(cè)電路的探頭為合體探頭(1)，其位于燈罩(3)上，超聲波人體探測(cè)電路的探頭為合體探頭(2)，其位于燈體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波防近視正坐姿臺(tái)燈，其特征在于電路中設(shè)有電子光敏測(cè)光電路，電子光敏測(cè)光電路的輸出端與報(bào)警電路相連，其光敏器件(4)安裝于燈體上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種超聲波防近視正坐姿臺(tái)燈，其特征在于電路中設(shè)有電子光敏測(cè)光電路，電子光敏測(cè)光電路的輸出端與系統(tǒng)控制電路的相應(yīng)輸入端連接。
專利摘要一種超聲波防近視正坐姿臺(tái)燈涉及一種有助于中小學(xué)生保持正確讀寫姿勢(shì)并預(yù)防近視的保健臺(tái)燈，其包含有燈座、燈架、燈罩以及超聲波電路組成的頭部探測(cè)電路與人體探測(cè)電路、系統(tǒng)控制電路和報(bào)警電路，所說的頭部與人體探測(cè)電路中至少有一個(gè)電路的探頭是發(fā)射和接收為一體的合體探頭，由頭部探測(cè)電路的超聲波在燈體前形成一探測(cè)警戒面，低于這一警戒面的物體無法使其超聲波反射至頭部探測(cè)電路而接收到，當(dāng)使用者出現(xiàn)視距過近及坐姿不正時(shí)臺(tái)燈均將發(fā)出提示報(bào)警，此外該臺(tái)燈還根據(jù)人體探測(cè)電路的輸出信號(hào)來限定使用者持續(xù)學(xué)習(xí)和間歇休息的時(shí)間。
文檔編號(hào)F21V33/00GK2847005SQ200520079230
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者曹慶民 申請(qǐng)人:曹慶民