專利名稱：紅外及超聲波預防近視端正坐姿臺燈的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于日常生活用品技術領域，涉及一種燈具，特別是一種有助于中小學生保持正確讀寫姿勢并預防近視的保健臺燈。
背景技術：
保持正確合理的讀書寫字姿勢對青少年特別是中小學生來說是至關重要的。目前，因讀書寫字的視距不當、學習光線不足、連續(xù)長時間過度用眼和姿勢不正確等原因而引起的中小學生視力減退、近視以及頸椎彎曲駝背的現(xiàn)象，已成為社會廣泛注意的問題。為解決上述問題，近年來本領域相繼開發(fā)出一些利用紅外及超聲波技術提示報警的保健臺燈產品，但此類產品在實際應用還存在著監(jiān)控有死角(讀寫者頭過低、頭過于偏斜或身體過度前傾均無法實施監(jiān)控)、智能化程度和可靠性不高(例如，無論讀寫者是否暫時來去都需頻繁開關電源，否則人員離去會報警，來時又往往忘開)等問題，因而也難以有效地達到促使學生在學習中保持良好的視距和坐姿。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種結構合理、智能化程度高且使用效果好的紅外及超聲波預防近視端正坐姿臺燈，用以克服現(xiàn)有技術所存在的缺陷，充分保證青少年使用者在學習時的正確視距和坐姿，進而對其視力及身體加以有效保護。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的而設計的技術解決方案是這樣的所提供的包括燈座、燈架、燈罩以及一個設在燈體內的探測控制報警電路，其特征在于所說的探測控制報警電路由帶有至少一組發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波頭部探測電路、帶有發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波人體探測電路、系統(tǒng)控制電路、電子光敏測光電路和報警電路構成，其中頭部探測電路的發(fā)射探頭和接收探頭設于燈罩上方，人體探測電路的發(fā)射探頭和接收探頭及光敏器件設在燈體上，頭部探測電路的輸出端與系統(tǒng)控制電路的相應輸入端連接，人體探測電路的輸出端與系統(tǒng)控制電路的相應輸入端連接，系統(tǒng)控制電路的報警控制信號輸出端接至報警電路的信號輸入端。電路得電后，由頭部探測電路發(fā)射探頭所發(fā)出或接收探頭所接收的紅外線或超聲波在燈體前方某一低位形成一探測警戒面，低于這一警戒面的物體無法將紅外線或超聲波反射至接收探頭，當警戒面與水平面平行時，該臺燈的前后移動不會對效果產生影響(這時警戒面最好距桌面高為40cm左右)；此外人體探測電路的發(fā)射探頭和接收探頭亦在燈體正前方形成一警戒面。使用過程中，在電路得電后，當臺燈前探測范圍內有人即當使用者坐姿正確時，人體探測電路輸出高電平，頭部探測電路的發(fā)射探頭所發(fā)出的紅外線或超聲波被人體頭部反射，進而由該電路的接收探頭接收到對應的信號，此時報警電路不報警；當頭部探測電路的接收探頭接收不到發(fā)射探頭發(fā)出的信號，而人體探測電路輸出為高電平時(說明此時使用者頭部距桌面過近、頭部向左右偏斜過大或身體過度前傾)，則系統(tǒng)控制電路中的一個用來限定使用者暫短低頭、歪頭或身體過度前傾最長時間的延時計時器開始計時，達到設定時間(如20秒)后，報警電路報警，敦促使用者坐正姿勢，直到頭部探測電路接收探頭再次接收發(fā)射探頭發(fā)出的反射信號或人體探測電路輸出為低電平后停止報警。當人體探測電路輸出為低電平時，說明學習桌前無人，報警電路不報警。此外系統(tǒng)控制電路還可根據(jù)人體探測電路的輸出信號來限定使用者一次可持續(xù)學習的最長時間和間歇期間應休息的最短時間，同時還可對環(huán)境光線進行監(jiān)測。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所述的預防近視端正坐姿臺燈具有結構通用性強、可靠性好、智能化程度高等優(yōu)點，其產品能隨時提醒使用者特別是中小學生注意保護視力，有效地促使他們養(yǎng)成正確的讀寫姿勢，保證他們的視力以及身心的健康成長。
圖1為本實用新型一個實施例的結構外型示意圖。
圖2為本實用新型另一個實施例的結構外型示意圖。
圖3為本實用新型可采用的一種電路框圖。
圖4為本實用新型可采用的另一種電路框圖。
圖5為本實用新型可采用的系統(tǒng)控制及電子光敏測光電路原理圖。
圖6為本實用新型可采用的紅外發(fā)射/接收探測電路原理圖。
圖7為本實用新型可采用的超聲波發(fā)射/接收探測電路原理圖。
具體實施方式
參見附圖，本實用新型所述的紅外及超聲波預防近視端正坐姿臺燈由燈座7、不可隨意彎曲的燈架6、燈罩5以及設在燈體內的探測控制報警電路構成。頭部探測電路的發(fā)射探頭1和接收探頭2安裝在燈罩5上，人體探測電路的發(fā)射探頭10和接收探頭11設在燈座7，具體實施結構中，頭部發(fā)射探頭1和接收探頭2的數(shù)量可以為一組，也可以為多組，另外在燈體上還設有光敏器件3、調光開關8及高亮度發(fā)光管9。該臺燈之探測警戒面的設立可通過圖1或圖2給出的兩種實施例結構實現(xiàn)其一是在燈罩上的頭部發(fā)射探頭1或接收探頭2前設有引波體4(引波體可采用如圖1所示的遮擋板結構，也可是發(fā)射探頭上用的套管)，利用引波體4使頭部發(fā)射探頭1發(fā)出或接收的紅外線光波或超聲波在低位形成警戒面；其二則是使頭部探測電路發(fā)射探頭1的發(fā)射中軸線斜行向上并與水平面成α角，α≤75°。
本實用新型中探測控制報警電路的工作結構可采用圖3或圖4的形式，該電路由帶有發(fā)射探頭1和接收探頭2的紅外或超聲波頭部探測電路12、帶有發(fā)射探頭10和接收探頭11的紅外或超聲波人體探測電路13、系統(tǒng)控制電路16、電子光敏測光電路14和聲光報警電路15構成。工作過程中，無論頭部探測電路12和人體探測電路13選用紅外發(fā)射/接收電路或超聲波發(fā)射/接收電路，當前方探測范圍內有物體時，接收電路均可接收到反射信號并向輸出高電平，否則輸出為低電平。裝置內電子光敏測光電路14與光敏器件3、調光開關8及高亮度發(fā)光管9配合設置，其設置用意在于當環(huán)境光線不能達到學習要求時，提示使用者開燈或調整調光開關。
圖3為本實用新型的兩個探測電路12、13中一個采用紅外電路而另一個采用超聲波電路或當頭部探測電路12的接收探頭2緊貼引波體4時可采用的電路框圖。圖中頭部探測電路12和人體探測電路13的輸出端分別與系統(tǒng)控制電路16的相應輸入端連接，系統(tǒng)控制電路16的光敏測光控制信號輸出端和報警控制信號輸出端分別與電子光敏測光電路14和聲光報警電路15的信號輸入端連接。工作中，頭部探測電路12和人體探測電路13將接收到的信號轉換成高低電平送給系統(tǒng)控制電路16，系統(tǒng)控制電路16對輸入信號進行計時判別后，輸出相應信號控制報警電路15和電子光敏測光電路14工作。當頭部探測電路12的接收探頭2緊貼遮擋體4且頭部探測電路12和人體探測電路13采用同種信號發(fā)射時，兩個探測電路12、13的發(fā)射探頭可共用同一發(fā)射電路。
圖4為本實用新型的兩個探測電路12、13同時采用紅外電路或超聲波電路，且當頭部探測電路12的發(fā)射探頭1緊貼引波體4或當發(fā)射探頭1的發(fā)射中軸線與水平面形成夾角α時可采用的電路框圖。圖中頭部探測電路12和人體探測電路13的輸出/輸入端分別接至系統(tǒng)控制電路16的相應輸入/輸出端，系統(tǒng)控制電路16的光敏測光控制信號輸出端和報警控制信號輸出端分別接至電子光敏測光電路14和聲光報警電路15的信號輸入端。工作中，系統(tǒng)控制電路16不同時將高電平送入頭部探測電路12和人體探測電路13來控制它們分時工作(頭部探測電路12發(fā)射和接收停止后人體探測電路13才開始發(fā)射和接收，反之亦然)，頭部探測電路12和人體探測電路13將接收到的反射信號轉換成高低電平送給系統(tǒng)控制電路16，系統(tǒng)控制電路16對輸入信號進行計時判別后，輸出相應信號控制報警電路15和電子光敏測光電路14工作。由于兩個探測電路12、13分時發(fā)射，當頭部探測電路的發(fā)射探頭1緊貼引波體4時，兩個探測電路12、13的接收探頭可共用同一接收電路，由系統(tǒng)控制電路16來區(qū)分接收到的信號來自哪一個發(fā)射探頭。
本實用新型的系統(tǒng)控制電路16內設有至少三級延時計時裝置，其工作過程為當臺燈前探測范圍內有人時，人體探測電路13輸出高電平，此時系統(tǒng)控制電路16中用于限定使用者連續(xù)學習時間的第一計時器開始計時，計時到設定時間(如45分鐘)后，報警電路15開始提醒使用者應該休息，直到使用者離開桌面，其后人體探測電路13轉輸出低電平，報警停止；隨之系統(tǒng)控制電路16中用于限定使用者最少應休息時間的第二計時器開始計時，計時到設定時間(如5分鐘)后若人體探測電路13輸出仍為低電平(使用者仍未回到桌前)，則第一和第二計時器都清零；若使用者在第二計時器在設定時間內回到桌前，此時有兩種情況(1)當?shù)谝挥嫊r器設定時間未計滿時第一計時器仍在計時，第二計時器會自動清零，(2)當?shù)谝挥嫊r器設定時間已計滿時，報警電路15仍會報警，第二計時器不清零仍在計時，直到第二計時器計滿設定時間。第三計時器的作用則如前述，用于限定使用者在讀寫過程中暫短低頭、歪頭或身體過度前傾的最長時間。
附圖5為本實用新型所述實施例結構的一個實際電路圖，該結構中系統(tǒng)控制電路16采用了一種利用單片機實現(xiàn)的系統(tǒng)結構，由單片機U2完成邏輯及第一、第二和第三計時器的功能。單片機U2采用89C2051單片機，它根據(jù)頭部探測電路12和人體探測電路13的輸出信號決定第一、第二和第三計時器程序的運行和清零進而輸出相應的高低電平控制信號。圖5中由電阻R1、電容C1、非門U1、二極管D1組成單片機復位電路，其利用了電容C1在加電瞬間兩端電壓不能發(fā)生突變的原理，在加電瞬間非門U1的輸入端和輸出端分別為低電平和高電平，二極管D1導通，單片機U2復位，隨著非門U1輸入端電壓的升高，二極管D1截止，結束復位。電容C2、C3和諧振器V組成為單片機U2提供時鐘信號的振蕩器。本實用新型中的電子光敏測光電路14由光敏電阻RG、可變電阻RP、電阻R2～R5、三極管VT1、VT2、與門U3、Y976報警集成電路U4、電容C4和發(fā)光管LED組成，臺燈使用過程中，當環(huán)境光線較強時，光敏電阻RG呈現(xiàn)低電阻，三極管VT1導通，VT2截止，經與門U3后報警集成電路U4的5腳為低電平，其處于靜態(tài)無輸出；當環(huán)境光線較弱時，光敏電阻RG呈現(xiàn)的阻值較大，當光線照度降至100LX時，三極管VT1截止，VT2導通(用可變電阻RP調整而達到這一標準)且其發(fā)射極電位為高電平，此時當人體探測電路13的輸出為高電平時，單片機U2的18腳也輸出高電平，經與門U3后報警集成電路U4的5腳為高電平，其輸出使發(fā)光管LED即燈座上的高亮度發(fā)光管9陣陣閃光(也可用音響報警或語音提醒)，提醒使用者通過調整開關8調節(jié)環(huán)境光線；當人體探測電路13的輸出為低電平時，單片機U2的18腳輸出也為低電平，則報警集成電路U4處于靜態(tài)無輸出。當然，電子光敏測光電路也可獨立于其它電路，亦可無需報警集成電路U4和與門U3而將U3的輸入信號直接輸入給系統(tǒng)控制電路，由系統(tǒng)控制電路控制報警電路報警。
本實用新型所用的紅外或超聲波頭部探測電路12、紅外或超聲波人體探測電路13以及報警電路15在實際應用中均有多種已知成熟電路可供選擇，其中紅外發(fā)射/接收探測電路和超聲波發(fā)射/接收探測電路可分別采用圖6和圖7所示的電路結構。
圖6中的紅外發(fā)射/接收電路由反相器U11、U12、U13、U14、LM567頻率譯碼器U20、紅外發(fā)射二極管D3、紅外接收二極管D2等組成，頻率譯碼器U20的中心振蕩頻率由串聯(lián)在其第5腳上的電阻R11和電容C7決定，它的振蕩頻率由第5腳引出經電阻R6到三極管VT3的基極，再經三極管VT3放大后加在紅外發(fā)射二極管D3上，紅外發(fā)射的頻率與頻率譯碼器U20的中心振蕩頻率完全一致。如紅外發(fā)射二極管D3前方有阻擋物，部分調制信號被反射至紅外接收二極管D2，經U11、U12、U13和電阻R9、R10組成的線性放大器放大后送入頻率譯碼器U20的3腳，經U20識別譯碼，其8腳由高電平轉為低電平，再經反相器U14反相后轉為高電平；當紅外發(fā)射二極管D3前方無阻擋物時，反相器U14輸出為低電平。
圖7中的超聲波發(fā)射/接收電路由三極管VT4、VT5、超聲波發(fā)送器T-40-16、超聲波接收器R-40-16、運放器LM324組成，三極管VT4、VT5組成的強反饋穩(wěn)頻振蕩器的振蕩頻率等于超聲波發(fā)送器T-40-16的共振頻率，此時T-40-16作為反饋耦合元件又是輸出換能器，當接通電源時，T-40-16便可反射出一串振蕩波形近似于方波的一串超聲波信號，若前方有阻擋物將部分超聲波信號反射至圖中超聲波接收器R-40-16并被其接收后，經三極管VT6、VT7兩級放大后，送入運放LM324進行放大、整形，然后由LM324的第6腳輸出高電平，當T-40-16前方無阻擋物時，運放LM324的6腳為低電平。
報警電路15可采用通用的聲光報警、振動報警、語音報警或熄燈方式提醒電路，本文不再贅述。
在實現(xiàn)附圖4所示的電路時，單片機U2的17腳和19腳可分別輸出高電平和低電平，通過電子開關(電子開關可由三極管組成)來控制頭部探測電路12和人體探測電路13是否得電工作，從而達到分時發(fā)射和接收的目的。
權利要求1.一種紅外及超聲波預防近視端正坐姿臺燈，包括燈座(7)、燈架(6)、燈罩(5)以及一個設在燈體內的探測控制報警電路，其特征在于所說的探測控制報警電路由帶有至少一組發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波頭部探測電路(12)、帶有發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波人體探測電路(13)、系統(tǒng)控制電路(16)、電子光敏測光電路和報警電路(15)構成，其中頭部探測電路(12)的發(fā)射探頭(1)和接收探頭(2)設于燈罩(5)上方，人體探測電路(13)的發(fā)射探頭(10)和接收探頭(11)及光敏器件設在燈體上，頭部探測電路(12)的輸出端與系統(tǒng)控制電路(16)的相應輸入端連接，人體探測電路(13)的輸出端與系統(tǒng)控制電路(16)的相應輸入端連接，系統(tǒng)控制電路(16)的報警控制信號輸出端接至報警電路(15)的信號輸入端。
2.如權利要求1所述的紅外及超聲波預防近視端正坐姿臺燈，其特征是頭部探測電路(12)的發(fā)射探頭(1)和接收探頭(2)設于燈罩(5)上，在頭部發(fā)射探頭(1)或接收探頭(2)前設有引波體(4)。
3.如權利要求1所述的紅外及超聲波預防近視端正坐姿臺燈，其特征是頭部探測電路(12)的發(fā)射探頭(1)和接收探頭(2)設于燈罩(5)上，發(fā)射探頭(1)的發(fā)射中軸線斜行向上并與水平面成小于75°的夾角。
專利摘要本實用新型涉及一種有助于中小學生保持正確讀寫姿勢并預防近視的保健臺燈，由燈座、燈架、燈罩及設在燈體內的探測控制報警電路組成，所說的探測控制報警電路由帶有發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波頭部探測電路、帶有發(fā)射和接收探頭的紅外或超聲波人體探測電路、系統(tǒng)控制電路和報警電路等構成。電路得電后，由頭部探測電路發(fā)射探頭發(fā)出的紅外線或超聲波在燈體前方形成一探測警戒面，低于這一警戒面的物體無法將紅外線或超聲波反射至接收探頭，當使用者出現(xiàn)視距過近及坐姿不正時臺燈均將發(fā)出提示報警，敦促其坐正姿勢，此外該臺燈還可根據(jù)人體探測電路的輸出信號來限定使用者持續(xù)學習和間歇休息的時間。
文檔編號F21S6/00GK2700701SQ20042004207
公開日2005年5月18日 申請日期2004年6月18日 優(yōu)先權日2004年6月18日
發(fā)明者曹慶民 申請人:曹慶民