李茜

摘 要：隨著人們對(duì)教育的重視程度越來(lái)越高以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，家長(zhǎng)對(duì)孩子學(xué)習(xí)的重視程度也越來(lái)越大，學(xué)習(xí)占據(jù)青少年大部分的時(shí)間，很多同學(xué)由于坐姿等的不正確，不懂護(hù)眼，加上各種電子產(chǎn)品的層出不窮，越來(lái)越多學(xué)生的視力正在受到嚴(yán)重的威脅，這已經(jīng)造成一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。為了有效緩解這個(gè)問(wèn)題，本創(chuàng)意設(shè)計(jì)了一個(gè)基于HOLTEK MCU為核心的智能視力護(hù)眼筆，將學(xué)生的坐姿、拿筆方式、所處環(huán)境的光亮統(tǒng)一考慮，并且通過(guò)傳感器的智能控制達(dá)到保護(hù)學(xué)生視力的目的。

關(guān)鍵詞：智能護(hù)眼；觸摸傳感器；超聲波傳感器；光強(qiáng)傳感器

1 工作原理

1.1 工作原理概括

本設(shè)計(jì)以HOLTEK MCU為核心，主要通過(guò)觸摸傳感器、光強(qiáng)傳感器、超聲波傳感器3個(gè)傳感器分別判斷握筆姿勢(shì)是否正確，外界光照強(qiáng)度是否達(dá)到看書適宜光照，坐姿位置是否合理來(lái)糾正用筆者的坐姿以使用筆者處于最佳的用眼狀態(tài)。外加震動(dòng)模塊提醒用筆者坐姿是否正確和LED模塊改變外界光照強(qiáng)度以達(dá)到要求。

1.2 工作原理分述

1.2.1 觸摸傳感器監(jiān)測(cè)模塊

觸摸傳感器用于感知用筆者是否正確握筆（是否握到正確握筆的3個(gè)點(diǎn)），設(shè)計(jì)用3個(gè)觸摸傳感器來(lái)模擬握筆的3個(gè)點(diǎn)，當(dāng)用筆者沒(méi)有觸摸正確時(shí)（觸摸傳感器沒(méi)有產(chǎn)生形變），根據(jù)觸摸傳感器的工作特點(diǎn)：產(chǎn)生形變時(shí)輸出高電平，沒(méi)有產(chǎn)生形變時(shí)輸出低電平。觸摸傳感器正是將高低電平信息傳達(dá)給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)程序判斷控制馬達(dá)震動(dòng)，直到用筆者握筆姿勢(shì)正確馬達(dá)才停止震動(dòng)（任何一個(gè)點(diǎn)沒(méi)握正確都會(huì)震動(dòng)）。

1.2.2 光強(qiáng)傳感器檢測(cè)及調(diào)節(jié)模塊

光強(qiáng)傳感器可檢測(cè)環(huán)境的光亮情況，由光敏電阻測(cè)量環(huán)境光強(qiáng)并將其信號(hào)傳達(dá)給單片機(jī)，調(diào)節(jié)光敏傳感器模塊的滑動(dòng)變阻器可以設(shè)置閾值（即適宜用眼光強(qiáng)），單片機(jī)根據(jù)所設(shè)置的閾值與光敏電阻所測(cè)光強(qiáng)進(jìn)行對(duì)比控制輸出信號(hào)，并且控制調(diào)節(jié)環(huán)境光強(qiáng)的LED燈光強(qiáng)以達(dá)到所設(shè)置的適宜寫字的光亮環(huán)境。

1.2.3 超聲波測(cè)距模塊

本模塊使用超聲波傳感器并將其安裝在筆頭，超聲波傳感器通過(guò)發(fā)送超聲波到用筆者身上固定一點(diǎn)，經(jīng)用筆者反射再返回超聲波傳感器，超聲波傳感器根據(jù)超聲波產(chǎn)生并返回的時(shí)間以及超聲波的波速可以計(jì)算出用筆者與筆之間的距離，將該距離信息傳達(dá)給單片機(jī)，再與所設(shè)置的安全距離進(jìn)行比較從而判斷用筆者所坐距離是否正確；若不正確，單片機(jī)根據(jù)程序控制震動(dòng)馬達(dá)震動(dòng)，若正確則不震動(dòng)。

2 作品結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

超聲波檢測(cè)模塊用于檢測(cè)握筆者與書桌的距離是否達(dá)到正確坐姿的距離范圍；觸摸傳感器模塊用于檢測(cè)握筆者的握筆姿勢(shì)是否正確，筆上安裝有3個(gè)觸摸傳感器，模擬握筆的3個(gè)點(diǎn)；光強(qiáng)傳感器模塊用于檢測(cè)外界的光照強(qiáng)度是否達(dá)到護(hù)眼的光照強(qiáng)度；震動(dòng)傳感器模塊用于根據(jù)單片機(jī)所感知的距離和握筆姿勢(shì)是否正確，從而判斷是否產(chǎn)生震動(dòng)；LED光照模塊用于接收光強(qiáng)傳感器的調(diào)節(jié)從而控制LED燈的光照強(qiáng)弱。

2.2 系統(tǒng)流程圖

3 測(cè)試方法

此智能護(hù)眼筆大致可以分為3個(gè)模塊：對(duì)于控制握筆姿勢(shì)這個(gè)模塊，觸摸傳感器的硬件工作原理是背面受壓感知信號(hào)，寫好程序后需要用手去觸摸傳感器看其是否正常工作（必須握住3個(gè)點(diǎn)才停止震動(dòng)），如果成功，在安裝筆時(shí)，提前標(biāo)注出正確握筆的3個(gè)點(diǎn)安裝即可；對(duì)于控制周圍光亮這方面，光敏電阻感知周圍光強(qiáng)，利用滑動(dòng)變阻器設(shè)置光強(qiáng)的閾值將光亮調(diào)節(jié)到適宜寫字的光強(qiáng)，再燒進(jìn)程序，在測(cè)試時(shí)，可以將筆放在弱光的環(huán)境下，看筆頭的光亮是否隨之而調(diào)節(jié)；對(duì)于調(diào)整坐姿這方面，利用超聲波檢距，由于發(fā)出的超聲波信號(hào)只能打在15cm2的平面上返回然后通過(guò)程序設(shè)置其距離，該裝置裝于筆尾，測(cè)試時(shí)在人已經(jīng)調(diào)整好坐姿以后，可以嘗試彎腰或近于或遠(yuǎn)于我們所設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)范圍，則發(fā)出警告（震動(dòng)）。

測(cè)試結(jié)果：當(dāng)打開(kāi)檢測(cè)握筆姿勢(shì)的開(kāi)關(guān)時(shí)，當(dāng)握筆點(diǎn)有一個(gè)不正確時(shí)，則發(fā)出警告，只有握筆的3個(gè)點(diǎn)均正確時(shí)，筆才正常工作以達(dá)到調(diào)節(jié)握筆姿勢(shì)的功能；當(dāng)環(huán)境中的光強(qiáng)沒(méi)有在我們所設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)則筆中燈調(diào)節(jié)自身光亮使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值以達(dá)到護(hù)眼功能；當(dāng)人體的距離遠(yuǎn)于或近于標(biāo)準(zhǔn)的寫字距離時(shí)，則發(fā)出警告，直至其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)距離以達(dá)到調(diào)整坐姿的功能。

參考文獻(xiàn)

[1]戚磊，姚俊紅.基于坐姿糾正和走神提醒的智能護(hù)眼儀[J].山西電子技術(shù)，2015，（2）：21-22.

（作者單位：重慶交通大學(xué)）