多功能防近视桌椅的控制设计研究

高进渊　刘川　匡泽文　李学文　宋志阳　张治娟

【摘 要】多功能防近视桌椅用来实现对学生的实时监督、让学生慢慢养成良好的学习习惯，进而达到防止近视的目的。本文基于光线传感器和红外传感器实现对光线与红外信号的采集，由单片机实现对信号的数字化处理输出，并将测量值与设定值进行对比分析，从而确定灯光及报警系统的工作情况。

【关键词】防近视桌椅；自动控制；多功能；传感器

Study on The control Design of Multi Function Anti Myopia and Chair

GAO Jin-yuan LIU Chuan KUANG Ze-wen LI Xue-wen SONG Zhi-Yang ZHANG Zhi-juan

（Tarim University Institute of Mechanical and Electrical Engineering， Alare Xinjiang 843300， China）

【Abstract】Multifunctional myopia prevention chairs to achieve real-time monitoring and allows students to gradually form good learning habits of students， and achieve the purpose of preventing myopia. The on light and infrared signal acquisition based on light sensor and infrared sensor， by SCM achieve the signal processing of digital output and the measured value and set value carries on the contrast analysis， to determine the lighting and alarm system.

【Key words】Myopia prevention desk and chair； Auto-Control； Multi-function； Mensor

0 引言

随着中国教育事业的改革与发展，学生视力问题令人担忧，高中生至少70%以上近视，大学生、研究生中的比率更高。这样的学生走出校门，在生活、工作方面会有许多不便。更为严重的是，中学生近视眼的发病率在逐年上升，同时始发年龄又有下移的势头。更多的人都戴上了眼镜，甚至连几岁的小孩都戴上了眼镜，为什么会出现这样的结果呢？造成近视有许多原因：学生将书本离眼睛很近，长时间近距离看书、写字；有些学校教室或者家庭的光线不符合标准；桌椅高矮比例与学生身高配比不合理，在许多学校没能推广可调式桌椅，推广了可调式桌椅的，许多也没有按实际状况适时调整。基于以上背景，我们设计的多功能防近视桌椅用来实现对学生的实时监督、让学生慢慢养成良好的学习习惯。

本文就是由光线传感器和红外传感器实现对光线与红外信号的采集，由单片机实现对信号的数字化处理输出，并将测量值与设定值进行对比分析，从而确定灯光及报警系统的工作情况。

1 材料与研究过程

1.1 软件平台

Microsoft Visual C++； Keil uvision4； pr0tel 99 Se； STC_ISP_V488.

1.2 实验的研究对象

以不同身高的人在不同光线强度下等多组变量为实验对象进行多功能桌椅设计与研究。

2 设计的具体方案

该多功能防近视桌椅基于单片机对光线和红外信号的采集与处理，共包括三个装置和二个系统。分别是能量转化装置、高压装换装置、电能储备装置和灯光系统、防近视系统。

2.1 能量转化装置

主要功能是将重力势能转化为机械能然后再将机械能通过发电机转化为电能。可以实现节约用电，达到绿色低碳的目的。

2.2 高压转换装置

主要功能是将外部电源的高压交流电通过变压、整流、滤波等电路转变为低压直流电。可以实现对多功能防近视桌椅的供电，并保证使用人的安全。

2.3 电能储备装置

主要功能是能将机械能转化为的电能和通过变压、整流、滤波等电路转变成的低压直流电存储在电池组中并供其他系统使用。所储存的电能还可以提供应急照明、手机充电，为我们的生活提供更多的便利。

2.4 灯光系统

该系统由手动和智能两部分构成。手动系统主要用于停电但又急需光源等特殊情况下，利用手动产生的机械能，再转化为电能供灯光利用。智能系统主要用于在光线强度不足时灯光的自动开启以实现对光线的补充，保护使用者的眼睛。

2.5 防近视系统

该系统由外部支架防护和智能防护二部分装置组成。外部支架防护装置是利用一个小的支架以限制人与课桌的距离，使其保证离桌一拳。智能防护装置由传感器距离的采集装置、信号的转换装置、智能处理和蜂鸣器的报警装置构成。当人体离桌子的距离小于设定值时将进行警报明示。

3 多功能防近视桌椅的工作流程

本多功能桌椅上的单片机通过电路与参数设定模块相连以通过参数设定模块设定参数，桌子上的光线传感器和红外传感器将采集的光线与红外信号通过转换电路将电信号传送到单片机，单片机将光线传感器和红外传感器的测量值与参数设定模块设定的范围进行对比，当光线传感器的测量值小于参数设定模块设定的光线强度下限时，单片机通过电路使灯光控制模块增加灯光强度；同时红外传感器将实时监测到的信号传送至单片机，当红外传感器的测量值大于参数设定模块设定的数值上限时，报警蜂鸣器发出警报声。具体工作流程图如图1：

4 研究结果分析

该多功能防近视桌椅比现在常见智能桌椅装置更精确耐用、系统稳定，且系统所需的工作电力部分来自其将机械能转换为电能的能量转化装置，可以有效的节约资源，并很好解决现在及将来一段时间内智能桌椅的供电问题，具有结构简单、成本低、节能减排、方便升级改造且自动化程度高、控制精确的特点。当然该多功能防近视桌椅的智能系统也存在一定纰漏，由于一些干扰因素的影响可能会出现实验偏差。比如理论与实验之间的误差，它主要来源于试验中存在电路连线阻止变化等一些其他的偶然误差。

5 结论

近年来，幼儿及青少年近视发病率逐年上升，“小眼镜”现象越来越严重，这一问题引起了“两会”代表委员的关注。今年“二会”代表提出《将“防控近视眼”列入石家庄市“十三五”规划》的建议，建议将视觉健康纳入市民健康保障计划。本文基于单片机对光线和红外信号采集与处理的设计进行了研究开发，进而达到该桌椅防近视的目的。本文的设计思路也可以应用在其它智能防近视桌椅的设计中，为相关的设计研究奠定了重要的基础。

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[责任编辑：杨玉洁]