专利名称：一种预防近视的报警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子报警装置，尤其是提醒使用者注意用眼卫生的全方位预防近 视报警装置。
背景技术：
目前，近视发病率较高，并且有年轻化的趋势，国家教委和卫生部的调查显示，目前 我国学生的近视率已经居世界第二位。中小学生近视率已达34.6%,高中生近视率达70%， 我国青少年因近视致盲的人数已达30万人，可见如何预防青少年近视刻不容缓。
近视是由多种因素导致的，普遍认为以下3个因素是近视的头号元凶l.近距离用眼 一般来说看书写字时眼睛与书本的距离为1尺左右最佳，但青少年读书写字时都喜欢趴在 桌子上，眼睛离书本距离太近，坐姿不正确；2.用眼时间过长 一次学习时间不宜过长， 一般成人45分钟——l个小时、小孩30分钟左右就应该让眼睛休息一会儿，远眺远方或 者做眼保健操；3环境因素青少年学习时应有良好的照明条件，过暗的环境容易导致用 眼疲劳。因此预防青少年近视应该全方位，从上述3个方面入手。
目前用于防止近视的装置以矫正坐姿为主，比如让用户佩戴一个小装置(一般是在
耳朵上)，如公开于2008年03月12日、公告号为CN201035707、名称为防近视报警装置 的实用新型专利；或者采用桌面防止栏杆或检测杆的方式防止用户头部距离桌面过近，此 类装置复杂，如公开于2008年5月14日、公告号为CN201060538的用于预防近视的报警 装置；还有一类装置是采用电子测距的方式检测头部与桌面的距离，比如公开于2006年 06月28日、公告号为CN2791769的超声波防近视装置实用新型专利。他们的共同缺点是 只检测用户眼睛与桌面的距离，没有考虑其他因素，而用眼时间过长或者光线太暗都会导 致视力下降。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种预防近视的报警装置， 它通过防止用户眼睛和桌面距离过近、用眼时间过长和光线太暗的方式全方位预防近视， 解决了现有防近视报警装置单一检测距离的问题。本装置抗干扰性能好，检测精度高(尤 其是在一尺左右的距离)，将本装置放在桌子上即可使用，使用方便，美观大方，用户无 需佩戴装置，不会让用户感觉不适，不影响用户的学习及工作。
3实现本实用新型的技术方案如下
一种预防近视的报警装置，包括控制及定时模块、超声波测距模块、亮度检测模块、 报警模块及电源模块，所述超声波测距模块、亮度检测模块和报警模块分别与控制及定时 模块连接，电源模块与其他所述模块连接，所述控制及定时模块包含一单片机，超声波测 距模块包括超声波发射器及接收器，亮度检测模块包括一光电传感器，报警模块包括一语 音合成芯片。
上述警装置中，所述超声波发射器通过推挽放大电路与所述单片机连接，所述超声波 接收器将接收到的信号传输给二级放大电路再依次通过带通滤波电路和双阈值比较器与单 片机连接。所述光电传感器为光电池，光电池采集的亮度信号经高精度放大器放大后，由 A/D转换器转换为数字信号后，传输给单片机处理。所述单片机内置计数器，单片机还与 按键电路连接，按键用于设置报警装置的报警时间间隔。所述语音合成芯片通过串口接收 单片机的报警信号，音频输出信号经音频放大器放大后通过喇叭输出。所述单片机还将报
警信号传输给LED显示电路显示。
整个报警装置的定时模块采用单片机的内部计数器实现，并由单片机的I/O 口连接了 四个按键，分别对应不同的定时时间15分钟、30分钟、45分钟、l个小时，方便不同年 龄层的用户使用。
本实用新型的优点与积极效果本实用新型是一种能综合预防近视的报警装置，它通
过防止用户眼睛和桌面距离过近、用眼时间过长和光线太暗的方式全方位预防近视，解决
了现有防近视报警装置单一检测距离的问题；本装置使用方便，美观大方，输出的报警信 号自然动听，并伴有背景音乐，用户无需佩戴装置，不会让用户感觉不适，不影响用户的 学习及工作；本装置抗干扰性能好，采用双阀值比较器检测回波，避免了采用固定阀值检
测回波信号可能导致的越过门槛的时刻前后移动而产生所谓的土i周期误差，提高了检测精
度，实验表明本系统检测误差在0.5cm以内，使用效果理想。本装置不仅可用于青少年预 防近视，对于已有近视的人群也可使用，帮助端正姿势，建立正确用眼习惯，防止用眼疲 劳。
图l是本实用新型防近视报警装置的使用示意图。图中l.书桌、2.全方位预防近视 报警装置、3.书。图2是本实用新型预防近视报警装置的硬件结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步说明。
本实施例方式中的预防的近视报警装置，其总体结构由五部分组成以单片机为核心 的控制及定时模块、超声波发射器及接收器为核心的超声波测距模块、以光电池为核心的 亮度检测模块、以音频输出及LED为核心的报警模块及电源模块。
如图2所示，控制及定时模块采用性能优越、高速、低功耗的单片机作为整个装置的 控制核心部件，另外，超声波检测模块采用发射器与接受器分体形式，两探头的位置为4cm 左右，测量一尺左右的距离不会产生测量错误及盲区。其中发射端采用单片机发射40kHZ 的脉冲信号并通过推挽电路放大实现功率放大，发射器直接接在推挽电路的输出端，发出 40kHZ的正弦波。接收电路由超声波接收器、放大电路、滤波电路及双阀值比较电路组成。 实验数据表明一尺左右的距离时，接收器的输出信号很微弱，因此放大电路采用二级放大， 以实现在lm以内接收到的超声波的信号的放大；为了消除噪音信号的影响，本系统设计了 一级带通滤波电路，中心频率为40kHZ，带宽为5M;滤波后的信号同时接人比较器反相输 入端，两比较器的参考电压端分别为2.4V和3.4V，比较器的输出分别接单片机的两个定
时器输入端。单片机内部的定时器完成6、"的计时，进而通过几何分析求出回波前沿所 对应的时间f。，可表示为
'o'1 '。* J^—J/'
之后根据速度距离公式s-c /e/2 (其中c为超声波的传播速度)求出人眼与书本的距离，
用此方法明显提高了检测精度。本装置采用的精密低噪声运算放大器转换速率高，以实现 40kHZ的信号处理。本超声波检测模块抗干扰性能好，检测精度高，尤其是检测一尺左右 的距离。
光电池是根据光生伏特效应制成的将光能直接转变成电能的一种器件，光电池核心部 分是一个PN结，做成面积较大的薄片状，来接收更多的入射光。光电池的输出电压与光线 强度成正比，性能稳定。由于光电池的输出电压较小，且输出电压范围与A/D转换器的参 考电压范围不匹配，故采用以高精度双电源运算放大器为主的放大电路模块对光电池的输 出电压进行放大。放大后的信号经高精度模数转换器转换为数字信号后经单片机处理。报警模块采用语音合成芯片，音频输出信号经音频放大器放大后通过喇叭输出，以实 现有背景音乐的语音报警，语音合成芯片采用异步串口接收单片机传送的文本，该文本即 为要报警的信息如"您的眼睛距离书面太近，请注意用眼卫生"或者"您已经学习了45 分钟，请休息一会儿"等，并在输出报警信息同时播放背景音乐，本报警模块改变了传统 单调的声音报警，发出的背景音乐优雅动听，报警提示音真实自然。另外在声音报警的同
时，本装置还加了LED闪烁报警，声光报警同时进行。
本装置在综合分析产生近视原因的基础上，提出了综合预防近视的方法。本装置采用 超声波测距方法检测人眼与桌面的距离，使用户端正姿势，保持距离在一尺左右；采用光 电池检测用户学习工作环境的亮度，如果太暗则提示音报警；通过外部按钮设置一次连续 工作时间，采用单片机内部的计数器定时15分钟、30分钟、45分钟或者1个小时，当时 间到，本装置会提示用户应该休息一下，远眺或者做在眼保健操，防止用眼时间过长。
另外整个装置的定时模块采用单片机的内部计数器实现，并由单片机的I/O 口连接了 4个按键，分别对应不同的定时时间15分钟、30分钟、45分钟、l个小时，以适应不同 的用户人群。
本装置具体使用方式如下本装置为一长方形盒子，美观大方。使用时，用户将其放 在桌子上，如放在台灯周围，并将其超声波发射器对着用户的眼睛，开启开关，通过按键 设置定时时间，该装置即可正常工作。本装置内部的单片机预先存储不同的提示音报警信 号，当某个模块检测到用户有用眼不当的情况出现或者定时时间到时，单片机就会提取相 应的报警信息，提示用户注意用眼卫生，如用户距离桌子太近，喇叭就会发出"您的眼睛 距离书面太近，请注意用眼卫生"声音；或者定时时间到，喇叭就会发出"您已经学习了 45分钟，请休息一会儿"。
权利要求1、一种预防近视的报警装置，其特征在于包括控制及定时模块及与控制及定时模块连接的超声波测距模块、亮度检测模块和报警模块，电源模块与其他所述模块连接，所述控制及定时模块包含一单片机，超声波测距模块包括超声波发射器及接收器，亮度检测模块包括一光电传感器，报警模块包括一语音合成芯片。
2、 根据权利要求1所述的报警装置，其特征在于所述超声波发射器通过推挽放大电路 与所述单片机连接，所述超声波接收器将接收到的信号传输给二级放大电路再依次通过带 通滤波电路和双阈值比较器与单片机连接。
3、 根据权利要求1所述的报警装置，其特征在于所述光电传感器为光电池，光电池采 集的亮度信号经高精度放大器放大后，由A/D转换器转换为数字信号后，传输给单片机处 理。
4、 根据权利要求1所述的报警装置，其特征在于所述单片机内置计数器，单片机还与 按键电路连接，按键用于设置报警装置的报警时间间隔。
5、 根据权利要求4所述的报警装置，其特征在于所述按键电路包括四个定时按键，该 四个定时按键分别对应不同的定时时间。
6、 根据权利要求1所述的报警装置，其特征在于所述语音合成芯片通过串口接收单片 机的报警信号，音频输出信号经音频放大器放大后通过喇叭输出。
7、 根据权利要求6所述的报警装置，其特征在于单片机还将报警信号传输给LED显示 电路显示。
专利摘要本实用新型公开一种预防近视的报警装置，它通过防止用户眼睛和桌面距离过近、用眼时间过长和光线太暗的方式全方位预防近视，解决了现有防近视报警装置单一检测距离的问题。该报警装置总体结构由五部分组成控制及定时模块、超声波测距模块、亮度检测模块、报警模块及电源模块。所述超声波测距模块、亮度检测模块和报警模块分别与控制及定时模块连接，其中超声波测距模块采用推挽放大驱动超声波发射器，接收电路采用二级放大和带通滤波，并用双阀值比较器计算超声波到达时间，抗干扰性能好，检测精度高，本装置使用方便，输出的报警信号自然动听，并伴有背景音乐，用户无需佩戴装置，不会让用户感觉不适，不影响用户的学习及工作。
文档编号G08B21/00GK201278205SQ20082005146
公开日2009年7月22日 申请日期2008年7月29日 优先权日2008年7月29日
发明者雯 刘, 秦华标, 钟世广 申请人:华南理工大学