专利名称：智能感控视力保护方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于视力保护领域，基于嵌入式技术，借助观看者的视距(相对电视、电脑、手机等)、光照强度、观看时间、环境温度、气体浓度等参数的感测，实现智能感控视力保护的方法及装置
背景技术：
随着人民生活水平的提高和科技的不断发展，电脑、电视机、手机等数字化产品已得到了广泛的普及，在给人们的生活、工作、娱乐、学习带来了极大的方便的同时，带来的负面作用也不容忽视，比如幼儿及青少年的视力保护就是其中的一个重要问题。由于幼儿及青少年本身的自制能力差，在无家长监督的情况下，很容易长时间沉迷或痴迷于电脑、电视机、手机中的节目、网络游戏、电视剧，不仅会影响青少年的学业，长时间的用眼也会导致青少年视力下降，这对青少年的成长和发展都是不利的，视力保护的必要性日益提到重要日程。现在国内外已有多种类型的视力保护器，如坐视宝、坐姿矫正器、视力保护器等，但是总体看来，这些视力保护器的功能特点比较单一，与人们的个性化需求尚有很大的差距；也有通过合理的饮食营养搭配及正确的学习习惯，达到保护视力。随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统以较低的功耗、较低的价格、高速的运算处理能力，已经在通讯设备、航空航天、医疗设备、家用电器等领域得到了广泛的应用。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，基于嵌入式控制平台，利用红外检测模块、超声波测距模块、光照强度检测、气体检测模块、温度传感模块、无线通信模块等采集数据，借助模糊控制算法，提供一种智能感控视力保护方法及装置，进而达到保护视力的目的，该装置使用简单，按键数量少，用户只需设定相关的参数，即可正常使用。本发明的一种智能感控视力保护装置，它由控制主机和遥控器两部分构成；所述的控制主机包括嵌入式控制器、红外传感模块、超声波测距模块、光照传感模块、温度传感模块、气体传感模块、步进电机控制模块、语音报警模块、开关量控制模块、主机按键显示模块和主机无线通信模块；所述的遥控器包括集成电路、遥控按键显示模块和遥控无线通信模块；其红外传感模块、超声波测距模块、光照传感模块、温度传感模块以及气体传感模块的信号输出端连接到嵌入式控制器输入端，嵌入式控制器的输出端连接到步进电机控制模块、语音报警模块和开关量控制模块输入端；红外传感模块和超声波测距模块固定在步进电机控制模块的电机主轴转盘上，步进电机控制模块的步进电机带动转盘上的红外传感模块来回旋转；嵌入式控制器与主机按键显示模块及主机无线通信模块互联；集成电路与遥控按键显示模块和遥控无线通信模块电路相连，且共同构成遥控器；用主机无线通信模块和遥控无线通信模块实现控制主机与遥控器的无线双向通信。本发明的技术方案中，所述控制主机的嵌入式控制器采用片上系统、单片机、ARM、DSP或PLC等实现红外传感模块、超声波测距模块、光照传感模块、温度传感模块、气体传感模块、步进电机控制模块、语音报警模块、开关量控制模块、按键显示模块、无线通信模块的数据采集、数据处理、模糊控制计算、动作的执行、无线通信及显示等。本发明的技术方案中，所述的控制主机的红外传感模块，是基于热释红外传感器设计的，因观看者的温度与环境温度有一定的差别，一旦观看者进入热释电传感器的检测范围，便会引起温度的变化，引起传感器输出一个微弱的电信号，进而检测是否存在视力被保护人。 本发明的技术方案中，所述的控制主机的超声波测距模块，是基于压电型方式产生机械波，主要功能是检测被保护人的视场距离，它采用收发一体式设计，包括超声波发射电路和超声波接收电路，目的是获得观看者距离电视或电脑的距离。在超声波发射电路中加入一个单电源乙类互补对称功率放大电路，提高了输入到发射探头的电压及输出功率；超声波接收电路完成对信号的限幅放大、带通滤波、峰值检波和波形整形，并具有较高的灵敏度和较强的抗干扰能力。本发明的技术方案中，所述的控制主机的步进电机控制模块，主要功能是控制红外传感模块与超声波测距模块在一定视角内同步转动，当红外传感模块检测到视力被保护人以后，步进电机停止转动，启动超声波传感模块，检测视力被保护人的视场距离。本发明的技术方案中，所述的控制主机的光照传感模块，是基于光敏电阻检测光照强度原理设计的，实时地检测室内的光线强度，然后和系统设定的参数进行比较判断，如果光线过暗，则语音报警模块提醒用户提高室内的光照强度，相反如果室内光照强度过高，则提醒用户降低室内光照强度。本发明的技术方案中，所述的控制主机的温度传感模块，是基于DS18B20数字温度传感器设计的，主要功能是监测视力保护区的温度，主要是基于安全的考虑，通过设定温度的阈值，检测观看温度是否低于或高于一定范围值，比如有火灾或低温时，则有语音报警，超过一定时间则关断电源，保护观看者。本发明的技术方案中，所述的控制主机的气体传感模块，是基于半导体气敏材料设计的，主要功能是监测视力保护区气体浓度，主要是基于安全的考虑，通过设定气体浓度的下限，当观看者周围的危险气体浓度超过阈值时，报警并关断电源。本发明的技术方案中，所述的控制主机的语音报警模块和开关量控制模块，在观看者的观看时间超过设置的使用时间，语音报警模块就发出“时间已到”的提醒，在提醒一段时间后，若红外传感模块仍然检测到用户在电脑或电视机旁，则控制器会自动切断电脑或电视机的电源。本发明的技术方案中，所述的控制主机和遥控器的按键显示模块主要功能是设置控制主机的控制参数控制主机的设置密码、观看的视场距离、观看者的最长观看时间、观看环境最低和最高温度、光照强度、气体浓度等参数。通过控制主机的主机按键显示模块或遥控器的遥控按键显示模块调整并实时显示。本发明的技术方案中，所述的控制主机和遥控器的无线收发模块，采用2. 4GHz频段2Mbps高速小型无线模块设计，对视力保护仪参数进行设置，实现无线传输。本发明的技术方案中控制主机和遥控器的外壳采用非金属材料制作，体积和大小根据元器件封装调整。
本发明的一种智能感控视力保护方法，采用所述的装置，首先观看者或家长通过所述的遥控器的遥控按键显示模块设定观看者环境的光照强度、观看视距、观看时间、气体浓度阈值和环境温度阈值，并通过遥控无线通信模块发往控制主机；当控制主机的主机无线通信模块接收到此信息后，启动控制主机的步进电机控制模块，该步进电机控制模块的步进电机带动步进电机控制模块转盘上的红外传感模块以一定的角度和速度来回旋转，当红外传感模块检测到视力被保护人后，步进电机停止转动，触发步进电机控制模块转盘上的超声波测距模块，检测并计算视力被保护人的视场距离；同时控制主机启动温度传感模块、气体传感模块、光照传感模块的数据采集；控制主机将检测到被保护人距离电视机、电脑或手机的视距、光照强度、温度或检测的气体浓度的信息按照下述模糊控制算法进行处理当测得的光照强度值低于系统设定的参数、观看时间超过设定的时间、温度超过阈值、检测的气体浓度超过阈值时，启动语音报警模块发出语音提示音，在警示设定的时间过后，若检测到视力被保护人的视场距离、光照强度、温度、检测的气体浓度与系统设定值和观看设定值差别仍很大，则触发开关量控制模块的继电器发生动作，切断电脑或电视机的电源，进而保护观看者的视力。本发明提供的一种智能感控视力保护装置，可以实现以下几种功能(I)当视力被保护人检测到的视距(相对电视、电脑、手机等)小于智能感控视力保护装置设定的参数时，控制主机将发出语音报警提示，当语音报警提示超过设定的时间后，若检测到视力被保护人的视场距离仍小于系统设定值，控制主机启动开关量控制模块切断电视、电脑或手机的电源；(2)当视力被保护人观看时间超过智能感控视力保护装置设定的最大时间段时，控制主机将提示视力被保护人注意休息，当语音报警提示一段时间后，若检测到视力被保护人继续使用电视、电脑或手机，控制主机启动开关量控制模块切断电视、电脑或手机的电源。(3)当视力被保护人的环境温度、气体浓度、光线照度低于或者高于智能感控视力保护装置设定的参数时，语音报警模块就发出“暂停观看”的提醒，在提醒一段时间后，若红外传感模块仍然检测到用户在电脑或电视机旁，则控制器会自动切断电脑或电视机的电源。
图I、本发明的智能感控视力保护装置系统框2、本发明的智能感控视力保护装置的控制主机的步进电机模块框3、本发明的智能感控视力保护装置实施例中I控制主机，2遥控器，3嵌入式控制器，4红外传感模块，5超声波测距模块，6光照传感模块，7度传感模块，8气体传感模块，9进电机控制模块，10语音报警模块，11开关量控制模块，12-1主机按键显示模块，12-2遥控按键显示模块，13-1主机无线通信模块，13-2遥控无线通信模块，14集成电路，1 5电源线，16视力被保护人。
具体实施例方式首先将本发明的智能感控视力保护装置的控制主机安放在电视机或电脑旁边，且把控制主机的前面板正对观看者，再把电视机或电脑的电源线插到控制主机的开关量输出端，最后插上智能感控视力保护装置的控制主机的电源。利用智能感控视力保护装置的遥控器对控制主机进行有关参数的设置视距参数、观看时间、环境温度、环境气体及光照强度的设置，设置完成后，通过无线通信模块发送到控制主机；控制主机将相关的参数显示在显示模块上，此时可以看到控制主机启动步进电机模块的步进电机转动，步进电机模块的红外传感模块与超声波测距模块在一定视角内同步转动，如果红外传感模块检测到视力被保护人以后，步进电机停止转动，启动超声波传感模块测距；控制主机计算视场距离，计算的同时控制主机启动温度传感模块、气体传感模块、光照传感模块的数据采集；控制主机将检测到的视距(被保护人距离电视机、电脑、手机等)、光照强度、温度、气体的信息按照模糊 控制算法进行处理当测得的光照度值低于系统设定的参数、观看时间超过设定的时间、温度超过预定值、检测的气体浓度超过预警值时，控制主机启动语音报警模块发出提示音，在警示设定的时间后，若检测到视力被保护人的视场距离、光照度、温度、气体浓度与系统设定值和观看设定值差别仍很大，触发开关量控制模块的继电器发生动作，切断电脑或电视机的电源，进而保护视力。
权利要求
1.一种智能感控视力保护装置，其特征在于它由控制主机(I)和遥控器(2)两部分构成；所述的控制主机(I)包括嵌入式控制器(3)、红外传感模块(4)、超声波测距模块(5)、光照传感模块￠)、温度传感模块(7)、气体传感模块(8)、步进电机控制模块(9)、语音报警模块(10)、开关量控制模块(11)、主机按键显示模块(12-1)和主机无线通信模块(13-1);所述的遥控器(2)包括集成电路(14)、遥控按键显示模块(12-2)和遥控无线通信模块(13-3);红外传感模块(4)、超声波测距模块(5)、光照传感模块￠)、温度传感模块(7)以及气体传感模块(8)的信号输出端连接到嵌入式控制器(3)输入端，嵌入式控制器(3)的输出端连接到步进电机控制模块(9)、语音报警模块(10)和开关量控制模块(11)输入端；红外传感模块(4)和超声波测距模块(5)固定在步进电机控制模块(9)的电机主轴转盘上，步进电机控制模块(9)的步进电机带动转盘上的红外传感模块(4)来回旋转；嵌入式控制器(3)与主机按键显示模块(12-1)及主机无线通信模块(13-1)互联；集成电路(14)与遥控按键显示模块(12-2)和遥控无线通信模块(13-2)电路相连，且共同构成遥控器(2);用主机无线通信模块(13-1)和遥控无线通信模块(13-2)实现控制主机(I)与遥控器⑵的无线双向通信。
2.如权利要求I所述的一种智能感控视力保护装置，其特征在于控制主机(I)的嵌入式控制器(3)采用片上系统、单片机、ARM、DSP或PLC模块。
3.如权利要求I所述的一种智能感控视力保护装置，其特征在于红外传感模块(4)采用热释红外传感器。
4.如权利要求I所述的一种智能感控视力保护装置，其特征在于超声波测距模块(5)采用压电型收发一体式传感器实现，包括超声波发射电路和超声波接收电路。
5.如权利要求I所述的一种智能感控视力保护装置，其特征在于光照传感模块(6)采用光敏电阻实现光照强度的检测。
6.如权利要求I所述的一种智能感控视力保护装置，其特征在于温度传感模块(7)采用DS18B20数字温度传感器实现温度检测与测距补偿。
7.如权利要求I所述的一种智能感控视力保护装置，其特征在于气体传感模块(8)采用半导体气敏传感器实现。
8.如权利要求I所述的一种智能感控视力保护装置，其特征在于主机无线通信模块(13-1)和遥控无线通信模块(13-2)采用2. 4GHz频段2Mbps高速小型无线模块设计。
9.如权利要求I所述的一种智能感控视力保护装置，其特征在于控制主机(I)和遥控器(2)的外壳采用非金属材料，体积和大小根据元器件封装调整。
10.一种智能感控视力保护方法，其特征在于采用权利要求I所述的装置，首先观看者或家长通过所述的遥控器(2)的遥控按键显示模块(12-2)设定观看者环境的光照强度、观看视距、观看时间、气体浓度和环境温度阈值，并通过遥控无线通信模块(13-2)发往控制主机(I);当控制主机(I)的主机无线通信模块(13-1)接收到此信息后，启动控制主机的步进电机控制模块(9)，步进电机控制模块(9)的步进电机带动步进电机控制模块(9)转盘上的红外传感模块(4)以一定的角度和速度来回旋转，当红外传感模块(4)检测到视力被保护人(16)后，步进电机停止转动，触发步进电机控制模块(9)转盘上的超声波测距模块(5)，检测并计算视力被保护人的视场距离；同时控制主机(I)启动温度传感模块(7)、气体传感模块(8)、光照传感模块(6)的数据采集；控制主机(I)将检测到被保护人距离电视机、电脑或手机的视距、光照强度、温度或检测的气体浓度的信息按照下述模糊控制算法进行处理当测得的光照强度值低于系统设定的参数、观看时间超过设定的时间、温度超过阈值、检测的气体浓度超过阈值时，启动语音报警模块(10)发出语音提示音，在警示设定的时间过后，若检测到视力被保护人的视场距离、光照强度、温度、检测的气体浓度与系统设定值和观看设定值差别很大，则触发开关量控制模块(11)的继电器发生动作，切断电脑或电视机的电源，进而保护观看者的视力
全文摘要
一种智能感控视力保护方法及装置，它由控制主机和遥控器两部分构成，控制主机包括嵌入式控制器、红外传感模块、超声波测距模块、光照传感模块、温度传感模块、气体传感模块、步进电机控制模块、语音报警模块、开关量控制模块、主机无线通信模块和主机按键显示模块；遥控器包括集成电路、遥控器按键显示模块和遥控器无线通信模块。在本装置检测到视力被保护人的视距、观看时间、光照强度、温度、气体等信息后，采用模糊控制算法进行智能处理，当视距和光照度低于设定值，观看时间、温度或检测的气体浓度超过设置阈值时，语音报警模块发出提示音，在设定警示时间后，开关量控制模块的继电器切断电脑或电视机电源，以保护视力。该装置使用简单、功能齐全，能够实现对视力的有效保护。
文档编号G05B19/04GK102621905SQ20121007504
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者吴彦波, 周丛然, 姚远, 张柳, 徐国平, 毛海莉, 赵大为 申请人:华中师范大学