基于ZigBee和藍(lán)牙的穿戴式視力監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
[0002]本實(shí)用新型涉及視力防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于ZigBee和藍(lán)牙的穿戴式視力監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]近年來，學(xué)生近視的低齡化現(xiàn)象已經(jīng)越來越嚴(yán)重，學(xué)生中的近視患者所占比例也越來越大，正確的坐姿、合理的學(xué)習(xí)時間，顯得尤為重要，當(dāng)然，家長的督促作用也是十分重要的，雖然現(xiàn)在市場出現(xiàn)有一些視力監(jiān)護(hù)裝置，但是目前市場上的視力監(jiān)護(hù)儀器沒有做到隨時監(jiān)控與保護(hù)閱讀者的視力，沒有對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，更沒有做到便捷、高效、實(shí)時的對數(shù)據(jù)無線共享并匯集到數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析與矯正。在監(jiān)護(hù)方面，市面上的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)未能實(shí)時的將孩子的情況通知給他們，監(jiān)護(hù)人員也不能針對當(dāng)前的閱讀情況，實(shí)時的進(jìn)行監(jiān)督和幫助。
[0005]【實(shí)用新型內(nèi)容】:
[0006]為了解決【背景技術(shù)】所存在的問題，本實(shí)用新型是采用以下技術(shù)方案:本系統(tǒng)由三大部分組成:基于藍(lán)牙的監(jiān)護(hù)終端、智能臺燈以及基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；
[0007]所述基于藍(lán)牙的監(jiān)護(hù)終端為頭戴式耳機(jī)，其內(nèi)嵌有安置采集終端，采集終端包括單片機(jī)、超聲波傳感器、藍(lán)牙模塊，所述單片機(jī)分別與超聲波傳感器、藍(lán)牙模塊連接，藍(lán)牙模塊還與主控模塊的藍(lán)牙模塊進(jìn)行配對連接；
[0008]所述基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)通過無線通訊模塊相互連接形成，各節(jié)點(diǎn)均通過單片機(jī)與繼電器與相應(yīng)的家電連接，各節(jié)點(diǎn)均采用電池為單片機(jī)和無線通訊模塊供電，其中選擇一個節(jié)點(diǎn)單片機(jī)作為主控模塊，主控模塊放置在閱讀者的附近，所述主控模塊連接有藍(lán)牙模塊，另外主控模塊還連接有攝像頭、GSM模塊；
[0009]所述智能臺燈由單片機(jī)作為控制單元，控制單元包括主芯片，所述主控芯片分別連接智能語音模塊、AD轉(zhuǎn)換芯片、臺燈模塊、PWM脈沖模塊、模式開關(guān)、藍(lán)牙模塊，所述AD轉(zhuǎn)換芯片與光敏電阻連接。
[0010]優(yōu)選的，所述主控模塊或采集終端單片機(jī)上均可以連接LED燈、蜂鳴器。
[0011]優(yōu)選的，所述主控模塊還連接有語音模塊、定時器模塊、IXD顯示屏。
[0012]優(yōu)選的，所述超聲波傳感器采用HC-SR04。
[0013]優(yōu)選的，所述藍(lán)牙模塊采用HC-05。
[0014]優(yōu)選的，所述主控模塊的可通過GSM模塊可與監(jiān)控者手機(jī)進(jìn)行連接。
[0015]優(yōu)選的，所述智能臺燈可通過藍(lán)牙模塊與監(jiān)控者手機(jī)進(jìn)行連接。
[0016]本實(shí)用新型主要解決近年來近視學(xué)生的低齡化現(xiàn)象嚴(yán)重的問題，通過合理規(guī)劃，設(shè)計(jì)并建設(shè)一套穿戴式的視力監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，針對目前人們的關(guān)注程度，特別是在閱讀區(qū)域，可布放多個基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控，同時可利用藍(lán)牙、GSM實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，利用語音識別實(shí)現(xiàn)家電的智能控制，利用PWM、光強(qiáng)傳感器智能控制燈的亮度。
[0017]【附圖說明】:
[0018]圖1是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為基于藍(lán)牙的監(jiān)護(hù)終端的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖3為超聲波傳感器的時序圖；
[0021]圖4為ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5為ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6為主控模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖7為智能臺燈結(jié)構(gòu)框圖；
[0025]圖8為智能語音模塊與智能臺燈C51單片機(jī)塊的電路連接圖；
[0026]圖9為智能臺燈自動調(diào)光硬件框圖。
[0027]【具體實(shí)施方式】:
[0028]參見圖1，本系統(tǒng)由三大部分組成:基于藍(lán)牙的監(jiān)護(hù)終端、智能臺燈以及基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0029]一、基于藍(lán)牙的監(jiān)護(hù)終端
[0030]參見圖2，所述基于藍(lán)牙的監(jiān)護(hù)終端為頭戴式耳機(jī)，其內(nèi)嵌有安置采集終端，采集終端包括C51單片機(jī)、HC-SR04超聲波傳感器、HC-05藍(lán)牙模塊，采集終端通過超聲波傳感器檢測閱讀者和書本之間的實(shí)際距離，并將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)通過藍(lán)牙模塊傳輸給已經(jīng)配對連接好的設(shè)置有藍(lán)牙模塊的主控模塊，同時會將數(shù)據(jù)與設(shè)定好的閾值進(jìn)行對比，超過閾值則觸發(fā)采集終端單片機(jī)上LED燈、蜂鳴器報警，當(dāng)然LED燈、蜂鳴器也可設(shè)置在基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的主控模塊上進(jìn)行報警。
[0031]1.1超聲波傳感器
[0032]基于藍(lán)牙的監(jiān)護(hù)終端所用的傳感器為HC-SR04超聲波傳感器，此型號傳感器采用1 口 TRIG觸發(fā)測距，給至少10微秒的高電平信號，模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回，如果有信號返回，通過1 口 ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)出到返回的時間距離=高電平時間*聲速(340m/s)/2，具體時序圖見圖3。
[0033]1.2藍(lán)牙通信模塊
[0034]所用的藍(lán)牙模塊為HC-05，采用CSR主流藍(lán)牙芯片，藍(lán)牙V2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。
[0035]二、基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
[0036]參見圖4，基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)通過無線通訊模塊相互連接形成，參見圖5，各節(jié)點(diǎn)均通過單片機(jī)與繼電器與相應(yīng)的家電連接，單片機(jī)還連接有無線通訊模塊，各節(jié)點(diǎn)均采用電池為單片機(jī)和無線通訊模塊供電，使各節(jié)點(diǎn)的體積變小，應(yīng)用起來更加小巧靈活。
[0037]所述各節(jié)點(diǎn)單片機(jī)采用的芯片CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案，它能夠以非常低的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，CC2530結(jié)合了領(lǐng)先RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，內(nèi)部集成了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU、8-KB RAM和許多其它強(qiáng)大的功能，CC2530具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)，運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時間較短，進(jìn)一步確保了低能源消耗。
[0038]參見圖6，其中選擇一個單片機(jī)作為主控模塊，主控模塊放置在閱讀者的附近，一般放置在學(xué)習(xí)桌上，所述主控模塊連接有藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊與監(jiān)護(hù)終端上的藍(lán)牙相互配對，另外主控模塊還連接有攝像頭、GSM模塊、語音模塊、定時器模塊、IXD顯示屏，當(dāng)監(jiān)護(hù)終端上的藍(lán)牙模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)超過設(shè)定的閾值時，就會觸發(fā)語音模塊、定時器模塊進(jìn)行雙報警，而且還會在IXD顯示屏上進(jìn)行顯示，同時啟動打開攝像頭對閱讀者進(jìn)行拍照，若監(jiān)控者持有的手機(jī)距離較遠(yuǎn)，則會通過GSM模塊將閱讀者的實(shí)時現(xiàn)狀發(fā)送至手機(jī)上，若距離較近，則會通過藍(lán)牙模塊傳送給監(jiān)控者持有的手機(jī)，然后監(jiān)控者通過手機(jī)APP，針對遠(yuǎn)、近程使用GSM或者藍(lán)牙對閱讀者周邊的電器進(jìn)行實(shí)時控制，從而為閱讀者創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，若是主控模塊上還連接有LED燈、蜂鳴器，則在閱讀者和書本之間的實(shí)際距離超過設(shè)定的閾值時，則會啟動LED燈、蜂鳴器進(jìn)行報警。
[0039]三、智能臺燈
[0040]見圖7，所述智能臺燈放置在閱讀者書桌上，其由C51單片機(jī)作為控制單元，其以STC89C52作為主芯片，所述主控芯片分別連接智能語音模塊、AD轉(zhuǎn)換芯片、臺燈模塊、PWM脈沖模塊、模式開關(guān)、藍(lán)牙模塊，所述AD轉(zhuǎn)換芯片與光敏電阻連接。
[0041]智能臺燈通過智能語音模塊可實(shí)現(xiàn)簡單的語音指令控制臺燈的開啟和關(guān)閉以及其他附屬功能，如播放音樂等，采用的智能語音模塊是ASRM08-A，這是一款非特定人聲語音識別模塊，能識別所有人的語音，不分男女，通過串口輸出，可以直接與單片機(jī)的串口相連，實(shí)現(xiàn)語音控制的功能，單次能識別50條指令，支持動態(tài)編輯，使用過程中可以直接通過串口修改關(guān)鍵詞(即用戶指令)，可重復(fù)寫入形成樹形結(jié)構(gòu)便可實(shí)現(xiàn)無限指令，其與C51單片機(jī)的接線圖見圖8。
[0042]對光度的自動調(diào)節(jié)則是通過ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗(yàn)光敏電阻的電壓來間接測量感應(yīng)光度，將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對比，調(diào)整PWM的占空比對LED的電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了對光度的自動調(diào)節(jié)，其硬件框圖見圖9，另一方面也可根據(jù)自身需要通過按鍵手動控制LED燈的光度調(diào)節(jié)，另外也可通過藍(lán)牙模塊接收監(jiān)控者持有的手機(jī)發(fā)送來的相關(guān)指令來調(diào)節(jié)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于ZigBee和藍(lán)牙的穿戴式視力監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，本系統(tǒng)由三大部分組成:基于藍(lán)牙的監(jiān)護(hù)終端、智能臺燈以及基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)； 所述基于藍(lán)牙的監(jiān)護(hù)終端為頭戴式耳機(jī)，其內(nèi)嵌有安置采集終端，采集終端包括單片機(jī)、超聲波傳感器、藍(lán)牙模塊，所述單片機(jī)分別與超聲波傳感器、藍(lán)牙模塊連接，藍(lán)牙模塊還與主控模塊的藍(lán)牙模塊進(jìn)行配對連接； 所述基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)通過無線通訊模塊相互連接形成，各節(jié)點(diǎn)均通過單片機(jī)與繼電器與相應(yīng)的家電連接，各節(jié)點(diǎn)均采用電池為單片機(jī)和無線通訊模塊供電，其中選擇一個節(jié)點(diǎn)單片機(jī)作為主控模塊，主控模塊放置在閱讀者的附近，所述主控模塊連接有藍(lán)牙模塊，另外主控模塊還連接有攝像頭、GSM模塊； 所述智能臺燈由單片機(jī)作為控制單元，控制單元包括主芯片，所述主控芯片分別連接智能語音模塊、AD轉(zhuǎn)換芯片、臺燈模塊、PWM脈沖模塊、模式開關(guān)、藍(lán)牙模塊，所述AD轉(zhuǎn)換芯片與光敏電阻連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，主控模塊連接LED燈、蜂鳴器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述采集終端單片機(jī)上連接LED燈、蜂鳴器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主控模塊還連接有語音模塊、定時器模塊、IXD顯示屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主控模塊的可通過GSM模塊可與監(jiān)控者手機(jī)進(jìn)行連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述智能臺燈可通過藍(lán)牙模塊與監(jiān)控者手機(jī)進(jìn)行連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波傳感器采用HC-SR04。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述藍(lán)牙模塊采用HC-05。
【專利摘要】基于ZigBee和藍(lán)牙的穿戴式視力監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，本系統(tǒng)由三大部分組成：基于藍(lán)牙的監(jiān)護(hù)終端、智能臺燈以及基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；所述基于藍(lán)牙的監(jiān)護(hù)終端為頭戴式耳機(jī)，其內(nèi)嵌有安置采集終端，采集終端包括單片機(jī)、超聲波傳感器、藍(lán)牙模塊，所述基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)通過無線通訊模塊相互連接形成，各節(jié)點(diǎn)均通過單片機(jī)與繼電器與相應(yīng)的家電連接，其中選擇一個節(jié)點(diǎn)單片機(jī)作為主控模塊，所述智能臺燈由單片機(jī)作為控制單元，控制單元包括主芯片，所述主控芯片分別連接智能語音模塊、AD轉(zhuǎn)換芯片、臺燈模塊、PWM脈沖模塊、模式開關(guān)、藍(lán)牙模塊，所述AD轉(zhuǎn)換芯片與光敏電阻連接。本實(shí)用新型在閱讀區(qū)域，可布放多個基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控，同時可利用藍(lán)牙、GSM實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，利用語音識別實(shí)現(xiàn)家電的智能控制，利用PWM、光強(qiáng)傳感器智能控制燈的亮度。
【IPC分類】G08B21-24, H05B37-02
【公開號】CN204288463
【申請?zhí)枴緾N201420783457
【發(fā)明人】劉桂江, 張超, 石冬冬, 徐慶婷, 蘇本躍, 施趙媛, 黃玉龍
【申請人】劉桂江
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月14日