专利名称：电脑操作者智能防护系统及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，一种利用传感器采集信号、电路放大处理、程序控制用于保护电脑操作者(尤其是青少年)身心健康的智能防护系统及装置。
背景技术：
随着社会的发展，电脑成为人们生活和工作中不可缺少的工具，它提高了人们的工作效率，丰富了人们的精神生活，增加了人们的文化知识。但是，电脑的危害是无庸置疑的，由于荧屏辐射的危害或者长时间和近距离使用电脑，以及操作环境的不良光线，如眩光、暗光、顺光、逆光等引起的身体和视力疲劳，导致操作者产生电脑视力综合症和疲劳症。这种“反复紧张性损伤症”主要表现为眼、手、腕功能性损伤，造成眼睛疲劳以及视力下降，甚至诱发其它一些眼病，如青光眼和暴盲症等。青少年是学习和丰富知识的最佳时期，必须掌握电脑技术和操作技能，利用电脑学习知识和接受信息，适应时代的发展和进步。但是，青少年处于身体发育的阶段，自制能力比较差，防护外界危害的意识比较弱，因而，电脑的危害更大，以至于许多家长想方设法限制孩子操作电脑。
电脑对人们身心健康的损害，引起社会的高度关注，相继开发了电脑防护屏和液晶显示器，可以减少视屏辐射的危害，但不能从根本上达到预防电脑视力综合症和疲劳症等的目的。有效地预防电脑的危害，需要综合各方面的影响因素，根据权威部门和医学专家的建议，保证操作环境的光线适宜，保持与电脑屏幕的距离，注意劳逸结合，才能全面地防止电脑视力综合症和疲劳症的侵害，将各种危害降低到最小程度。
发明内容
本发明的目的是提供一种电脑操作者智能防护系统及装置，通过光电传感器实时采集信号，对采集的信号进行放大处理，从而实现监控并提示电脑操作者的上机时间、调整距离以及改善亮度，使操作者安全、健康地使用电脑。
为实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案根据人类的生理特征，人们工作与生活环境的特点以及电脑的操作与运行模式和光电学技术，采用不同的光电传感器，实时检测电脑周围环境亮度、荧屏的闪烁频率和与视屏的距离。运用形象风趣的声音、文字和卡通动画提示界面和强制措施，督促操作者按要求改善环境亮度，调整与视屏的距离，并及时休息和保证休息时间。
所述的电脑操作者智能防护系统及装置，其具有装置于电脑显示器上部的采集屏幕亮度信号的传感器D1；检测人体与电脑屏幕距离的传感器D6和D2；检测屏幕环境亮度，判断顺光和逆光的传感器Ra、Rb；将D1、D2、D6、Ra、Rb光电元件传感器所得到的信号经集成放大电路处理、送入单片机PIC16C71模数转换，转换为数字信号，通过RS232插头传输到电脑主机，由控制程序进行逻辑判断，显示器弹出卡通画面和文字提示，并发出语音提示。
所述的电脑操作者智能防护装置，其屏幕亮度信号的传感器D1，采用光电二极管，采集屏幕的亮度变化信号由IC2A运算放大器放大，送入单片机IC1的模拟量输入端AIN1，其放大倍数由R5、R6的比值决定。
所述的电脑操作者智能防护装置，其屏幕亮度信号的传感器D1，也可以采用光敏电阻、光电池、光电三极管。
所述的电脑操作者智能防护装置，其电脑屏幕与人体距离的传感器红外线发射二极管D6，由单片机的RB7脚通过驱动三极管T1控制，单片机从RB7输出一定频率的方波，使D6发出同样频率的脉冲红外光，R25起限流作用，而C11可储存能量，增强D6的发光强度；D6发出的脉冲红外光照射到人体后，被反射回来，由红外线接收二极管D2接收，产生微弱的脉冲信号，其强度随人体远近距离的变化而变化，当人体距离较近时，其信号比较强，而当人体距离较远时，因反射回来的红外光较少，信号就较弱，D2接受的微弱脉冲信号经IC3A、IC3B两级运算放大器放大，送入单片机的模拟输入端AIN0。
所述的电脑操作者智能防护装置，其电脑屏幕环境亮度传感器，由光敏电阻Ra以及电阻R18、R19、R20组成，Ra采集的亮度信号由运算放大器IC2B放大后，送入单片机模拟量输入端AIN2，放大倍数由R19、R20之比决定；电脑环境亮度传感器，由光敏电阻Rb和电阻R32、R33、R34组成，Rb采集的亮度信号由运算放大器IC4A放大后，送入单片机模拟量输入端AIN3，放大倍数由R33、R34之比决定。
所述的电脑操作者智能防护装置，其电脑屏幕环境亮度传感器Ra、Rb，也可以采用光电二极管、光电池、光电三极管。
所述的电脑操作者智能防护装置，其单片机的时钟振荡电路，由R21、C9构成。
所述的电脑操作者智能防护装置，其单片机的复位电路，由R22、R23、D3、C10构成。
所述的电脑操作者智能防护装置，其单片机的通讯接口电路，由T2、T3、R27、R28、R29、R30、R31、D5、D4构成，通过接插件J1与PC机的RS232串口相连，单片机可将采集到的屏幕亮度信号，人体远近信号、环境光强度信号发送至电脑主机。
所述的电脑操作者智能防护系统及装置，也可以将控制程序集成于IC芯片上，与传感器一起安装在电脑屏幕上沿，传感器采集的信号进入IC芯片进行逻辑判断，判断信号通过RS232插头传输到主机，由电脑来显示文字、卡通画面以及语音提示。
所述的电脑操作者智能防护系统及装置，也可以将控制程序集成于IC芯片上，与传感器、液晶显示屏、发光二极管、压电陶瓷一起安装在电脑屏幕上沿，传感器采集的信号进入IC芯片进行逻辑判断，提示信号通过液晶显示屏、发光二极管、压电陶瓷进行提示。
本发明由于采用了如上所述技术方案，于其具有如下优越性电脑操作者智能防护系统及装置，通过实时检测电脑环境的亮度和操作者与屏幕的距离，设定科学的操作时间和休息时间，可以全面地预防电脑对操作者的危害；对比分析环境光电感应器检测的数据，判断视屏处于顺光或者逆光状态，使荧屏与环境亮度相适宜，避免操作环境的强光或者暗光对眼睛的刺激，保证操作者时刻处于良好的光度环境，减轻视疲劳；设计了判断是否有人操作电脑程序，综合考虑了各种放置环境和操作状态，通过分析环境和荧屏的亮度参数以及测距数值，实时扫描键盘和鼠标的操作状况(或者附加设计一个深口光电感应器，检测人体的活动状态)，准确判断是否有人操作电脑，减小系统误动作，增加产品的可靠性；实时检测荧屏的闪烁频率，判断操作者的专注程度和对眼睛的刺激程度，按不同的闪烁频率修正操作时间和休息时间，缓解操作者的身心和视力疲劳；设计了家长系统，可以设定操作时段和定时，按照时段和定时合理地分配操作和休息时间，防止青少年无节制使用电脑而影响健康和学习；使用廉价的光电元件，如光敏电阻、光电池或光电二极管和光电三极管、红外线发射管和接受管测距装置，考虑了各种操作环境，设计了智能分析系统，产品适用广泛、预防全面、可靠性强和安全性高，可以有效地预防电脑视力综合症和疲劳症，而且安装方便，不影响电脑外观和使用。本产品适用于所有的电脑操作人群，尤其适用于青少年，使青少年安全、健康地使用电脑，消除广大家长的顾虑，培养青少年的自觉和自制能力。
图面说明
图1是电脑操作者智能防护系统及装置的电路原理2是电脑操作者智能防护系统及装置控制程序系统逻辑图具体实施例如图1、2中所示将D1、D2、D6、Ra、Rb五只光电元件传感器所得到的信号经集成放大电路处理、送入IC1 PIC16C71A/D模数转换电路，转换为数字信号，通过RS232插头传输到电脑主机；智能防护系统进行逻辑判断控制，随电脑开机自启动，控制软件设计自动扫描程序，判断硬件系统是否联接，数字通讯是否正常，防止安装错误或者掉线；感应器采集到的电信号经A/D转换为数字信号，进入控制程序；根据感应器D2、D6所测的距离变化数值以及程序扫描键盘和鼠标的操作状况，综合考虑感应器Ra、Rb、D检测的环境光线和荧屏亮度的变化情况，经过逻辑分析，判断电脑前是否有人，是否在操作电脑。当无人操作时，判断操作计时ΔTj是否大于设定时间Tj，若ΔTj≥Tj时，则判断休息时间Δtj是否大于设定时间tj。若Δtj≥tj时(初始值t0＝0)，系统不计时，否则计算休息时间Δtj。若ΔTj＜Tj时，则根据具体的ΔTj和设定的操作时段tc修正相应的Tj和tj；当有人操作时，判断休息计时Δtj是否大于设定时间tj，若Δtj≥tj，系统计算操作时间ΔTj和累计时间∑T。否则提示操作者休息时间不足，从而确定是否开始计时或休息时间未到时操作电脑。系统开机自动弹出或者调出定时界面，设定操作时段tc和密码权限，限制操作者的操作时间，避免在无人监督时长时间使用电脑。设定定时后程序自动分配各操作时间Tj、tj，若累计时间等于定时时，经提示后仍未停止操作，将强行终止其操作电脑，除非消除密码权限。若没有设定定时，则操作时间Tj＝60分钟，休息时间tj＝10分钟；若感应器A检测的亮度数据超过了设定范围，则显示器弹出卡通画面和文字提示，并发出语音提示，直到改善环境光线达到设定值；感应器Ra、Rb所测数据经过逻辑运算和分析，判断显示器所处的环境光线是顺光还是逆光，若检测数值超出了设定范围，将给予提示警告，并建议操作者改善操作环境，否则将按损害程度减少操作时间，增加休息时间；感应器C检测的距离超过了设定范围，显示器弹出卡通画面和文字提示，并发出语音提示，直到改善与屏幕的距离达到设定值；感应器D实时检测屏幕亮度的变化，计算屏幕亮度的闪烁频率，根据闪烁频率的大小修正相应的操作时间Tj和休息时间tj，减少不良光线对操作者视力的影响；当操作时间ΔTj＝Tj分钟时，显示器弹出卡通画面和文字提示，并发出语音提示。当ΔTj＝Tj+10分钟时，经提示操作者仍未离开，将出现形象化的卡通画面逐渐覆盖屏幕，强行终止操作，直到其离开，并满足休息时间Δtj≥tj。
权利要求
1.一种电脑操作者智能防护系统及装置，其特征在于所述的防护系统及装置，其具有装置于电脑显示器上部的采集屏幕亮度信号的传感器D1；检测人体与电脑屏幕距离的传感器D6和D2；检测屏幕环境亮度，判断顺光和逆光的传感器Ra、Rb；将D1、D2、D6、Ra、Rb光电元件传感器所得到的信号经集成放大电路处理、送入单片机PIC16C71模数转换，转换为数字信号，通过RS232插头传输到电脑主机，由控制程序进行逻辑判断，显示器弹出卡通画面和文字提示，并发出语音提示。
2.如权利要求1所述的电脑操作者智能防护装置，其特征在于所述的防护装置的屏幕亮度信号的传感器D1，采用光电二极管，采集屏幕的亮度变化信号由IC2A运算放大器放大，送入单片机IC1的模拟量输入端AIN1，其放大倍数由R5、R6的比值决定。
3.如权利要求2所述的电脑操作者智能防护装置，其特征在于所述的防护装置，其屏幕亮度信号的传感器D1，也可以采用光敏电阻、光电池、光电三极管。
4.如权利要求1所述的电脑操作者智能防护装置，其特征在于所述的防护装置，其电脑屏幕与人体距离的传感器红外线发射二极管D6，由单片机的RB7脚通过驱动三极管T1控制，单片机从RB7输出一定频率的方波，使D6发出同样频率的脉冲红外光，R25起限流作用，而C11可储存能量，增强D6的发光强度；D6发出的脉冲红外光照射到人体后，被反射回来，由红外线接收二极管D2接收，产生微弱的脉冲信号，其强度随人体远近距离的变化而变化，D2接受的微弱脉冲信号经IC3A、IC3B两级运算放大器放大，送入单拟输入端AIN0。
5.如权利要求1所述的电脑操作者智能防护装置，其特征在于所述的防护装置，其电脑屏幕环境亮度传感器，由光敏电阻Ra以及电阻R18、R19、R20组成，Ra采集的亮度信号由运算放大器IC2B放大后，送入单片机模拟量输入端AIN2，放大倍数由R19、R20之比决定；电脑屏幕环境亮度传感器，由光敏电阻Rb和电阻R32、R33、R34组成，Rb采集的亮度信号由运算放大器IC4A放大后，送入单片机模拟量输入端AIN3，放大倍数由R33、R34之比决定。
6.如权利要求5所述的电脑操作者智能防护装置，其特征在于所述的防护装置，其电脑屏幕环境亮度传感器Ra、Rb，也可以采用光电二极管、光电池、光电三极管。
7.如权利要求1所述的电脑操作者智能防护装置，其特征在于所述的防护装置，其单片机的时钟振荡电路，其由R21、C9构成；其单片机的复位电路，其由R22、R23、D3、C10构成；其单片机的通讯接口电路由T2、T3、R27、R28、R29、R30、R31、D5、D4构成，通过接插件J1与PC机的RS232串口相连，单片机可将采集到的屏幕亮度信号，人体远近信号、环境光强度信号发送至PC机。
8.实施如权利要求1所述的电脑操作者智能防护系统，其特征在于所述防护系统的逻辑判断控制程序，包含自动扫描传感器通讯系统是否正常，并扫描鼠标或键盘是否运行；系统综合分析所有的传感器采集的信号，参考鼠标或键盘的扫描信号，判断电脑前是否有人，是否在操作电脑，计算正常情况时的操作和休息时间，并对不正常情况，如短暂离开等，进行操作和休息时间的修正；系统通过限定操作时段和密码权限，并合理地分配操作和休息时间，控制操作者的总体操作时间；系统设定科学的电脑环境亮度和与屏幕距离的参数，制操作者的总体操作时间；系统设定科学的电脑环境亮度和与屏幕距离的参数，并综合分析顺光或逆光时的影响因素系统，判断操作者是否处于适宜的操作环境；系统通过采集屏幕的亮度信号，并计算屏幕的亮度闪烁频率，以此判断操作者的专注程度和电脑的操作操作模式，从而修正操作和休息时间；系统设计了人性化的显示界面和强制终止措施，通过文字、卡通画面、语言进行友好的提示。
9.如权利要求1、8所述的电脑操作者智能防护系统及装置，其特征在于所述的防护系统及装置，也可以将控制程序集成于IC芯片上，与传感器一起安装在电脑屏幕上沿，传感器采集的信号进入IC芯片进行逻辑判断，判断信号通过RS232插头传输到主机，由电脑来显示文字、卡通画面以及语音提示。
10.如权利要求1、8所述的电脑操作者智能防护系统及装置，其特征在于所述的防护系统及装置，也可以将控制程序集成于IC芯片上，与传感器、液晶显示屏、发光二极管、压电陶瓷一起安装在电脑屏幕上沿，传感器采集的信号进入IC芯片进行逻辑判断，提示信号通过液晶显示屏、发光二极管、压电陶瓷进行提示。
全文摘要
一种电脑操作者智能防护系统及装置，其具有装置于电脑显示器上部的采集屏幕亮度信号的传感器D1；检测人体与电脑屏幕距离的传感器D6和D2；检测屏幕环境亮度，判断顺光和逆光的传感器Ra、Rb；将D1、D2、D6、Ra、Rb光电元件传感器所得到的信号经集成放大电路处理、送入单片机PIC16C71模数转换，转换为数字信号，通过RS232插头传输到电脑主机，由控制程序进行逻辑判断，显示器弹出卡通画面和文字提示，并发出语音提示。
文档编号G06F15/00GK1556477SQ200410010020
公开日2004年12月22日 申请日期2004年1月10日 优先权日2004年1月10日
发明者谢玉勋 申请人:谢玉勋