專利名稱：智能感控視力保護(hù)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于視力保護(hù)領(lǐng)域，基于嵌入式技術(shù)，借助觀看者的視距(相對電視、電腦、手機(jī)等)、光照強(qiáng)度、觀看時間、環(huán)境溫度、氣體濃度等參數(shù)的感測，實(shí)現(xiàn)智能感控視力保護(hù)的方法及裝置
背景技術(shù)：
隨著人民生活水平的提高和科技的不斷發(fā)展，電腦、電視機(jī)、手機(jī)等數(shù)字化產(chǎn)品已得到了廣泛的普及，在給人們的生活、工作、娛樂、學(xué)習(xí)帶來了極大的方便的同時，帶來的負(fù)面作用也不容忽視，比如幼兒及青少年的視力保護(hù)就是其中的一個重要問題。由于幼兒及青少年本身的自制能力差，在無家長監(jiān)督的情況下，很容易長時間沉迷或癡迷于電腦、電視機(jī)、手機(jī)中的節(jié)目、網(wǎng)絡(luò)游戲、電視劇，不僅會影響青少年的學(xué)業(yè)，長時間的用眼也會導(dǎo)致青少年視力下降，這對青少年的成長和發(fā)展都是不利的，視力保護(hù)的必要性日益提到重要日程?，F(xiàn)在國內(nèi)外已有多種類型的視力保護(hù)器，如坐視寶、坐姿矯正器、視力保護(hù)器等，但是總體看來，這些視力保護(hù)器的功能特點(diǎn)比較單一，與人們的個性化需求尚有很大的差距；也有通過合理的飲食營養(yǎng)搭配及正確的學(xué)習(xí)習(xí)慣，達(dá)到保護(hù)視力。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)以較低的功耗、較低的價格、高速的運(yùn)算處理能力，已經(jīng)在通訊設(shè)備、航空航天、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于嵌入式控制平臺，利用紅外檢測模塊、超聲波測距模塊、光照強(qiáng)度檢測、氣體檢測模塊、溫度傳感模塊、無線通信模塊等采集數(shù)據(jù)，借助模糊控制算法，提供一種智能感控視力保護(hù)方法及裝置，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)視力的目的，該裝置使用簡單，按鍵數(shù)量少，用戶只需設(shè)定相關(guān)的參數(shù)，即可正常使用。本發(fā)明的一種智能感控視力保護(hù)裝置，它由控制主機(jī)和遙控器兩部分構(gòu)成；所述的控制主機(jī)包括嵌入式控制器、紅外傳感模塊、超聲波測距模塊、光照傳感模塊、溫度傳感模塊、氣體傳感模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、語音報(bào)警模塊、開關(guān)量控制模塊、主機(jī)按鍵顯示模塊和主機(jī)無線通信模塊；所述的遙控器包括集成電路、遙控按鍵顯示模塊和遙控?zé)o線通信模塊；其紅外傳感模塊、超聲波測距模塊、光照傳感模塊、溫度傳感模塊以及氣體傳感模塊的信號輸出端連接到嵌入式控制器輸入端，嵌入式控制器的輸出端連接到步進(jìn)電機(jī)控制模塊、語音報(bào)警模塊和開關(guān)量控制模塊輸入端；紅外傳感模塊和超聲波測距模塊固定在步進(jìn)電機(jī)控制模塊的電機(jī)主軸轉(zhuǎn)盤上，步進(jìn)電機(jī)控制模塊的步進(jìn)電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤上的紅外傳感模塊來回旋轉(zhuǎn)；嵌入式控制器與主機(jī)按鍵顯示模塊及主機(jī)無線通信模塊互聯(lián)；集成電路與遙控按鍵顯示模塊和遙控?zé)o線通信模塊電路相連，且共同構(gòu)成遙控器；用主機(jī)無線通信模塊和遙控?zé)o線通信模塊實(shí)現(xiàn)控制主機(jī)與遙控器的無線雙向通信。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述控制主機(jī)的嵌入式控制器采用片上系統(tǒng)、單片機(jī)、ARM、DSP或PLC等實(shí)現(xiàn)紅外傳感模塊、超聲波測距模塊、光照傳感模塊、溫度傳感模塊、氣體傳感模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、語音報(bào)警模塊、開關(guān)量控制模塊、按鍵顯示模塊、無線通信模塊的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模糊控制計(jì)算、動作的執(zhí)行、無線通信及顯示等。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的控制主機(jī)的紅外傳感模塊，是基于熱釋紅外傳感器設(shè)計(jì)的，因觀看者的溫度與環(huán)境溫度有一定的差別，一旦觀看者進(jìn)入熱釋電傳感器的檢測范圍，便會引起溫度的變化，引起傳感器輸出一個微弱的電信號，進(jìn)而檢測是否存在視力被保護(hù)人。 本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的控制主機(jī)的超聲波測距模塊，是基于壓電型方式產(chǎn)生機(jī)械波，主要功能是檢測被保護(hù)人的視場距離，它采用收發(fā)一體式設(shè)計(jì)，包括超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路，目的是獲得觀看者距離電視或電腦的距離。在超聲波發(fā)射電路中加入一個單電源乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路，提高了輸入到發(fā)射探頭的電壓及輸出功率；超聲波接收電路完成對信號的限幅放大、帶通濾波、峰值檢波和波形整形，并具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的控制主機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制模塊，主要功能是控制紅外傳感模塊與超聲波測距模塊在一定視角內(nèi)同步轉(zhuǎn)動，當(dāng)紅外傳感模塊檢測到視力被保護(hù)人以后，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，啟動超聲波傳感模塊，檢測視力被保護(hù)人的視場距離。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的控制主機(jī)的光照傳感模塊，是基于光敏電阻檢測光照強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)的，實(shí)時地檢測室內(nèi)的光線強(qiáng)度，然后和系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較判斷，如果光線過暗，則語音報(bào)警模塊提醒用戶提高室內(nèi)的光照強(qiáng)度，相反如果室內(nèi)光照強(qiáng)度過高，則提醒用戶降低室內(nèi)光照強(qiáng)度。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的控制主機(jī)的溫度傳感模塊，是基于DS18B20數(shù)字溫度傳感器設(shè)計(jì)的，主要功能是監(jiān)測視力保護(hù)區(qū)的溫度，主要是基于安全的考慮，通過設(shè)定溫度的閾值，檢測觀看溫度是否低于或高于一定范圍值，比如有火災(zāi)或低溫時，則有語音報(bào)警，超過一定時間則關(guān)斷電源，保護(hù)觀看者。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的控制主機(jī)的氣體傳感模塊，是基于半導(dǎo)體氣敏材料設(shè)計(jì)的，主要功能是監(jiān)測視力保護(hù)區(qū)氣體濃度，主要是基于安全的考慮，通過設(shè)定氣體濃度的下限，當(dāng)觀看者周圍的危險(xiǎn)氣體濃度超過閾值時，報(bào)警并關(guān)斷電源。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的控制主機(jī)的語音報(bào)警模塊和開關(guān)量控制模塊，在觀看者的觀看時間超過設(shè)置的使用時間，語音報(bào)警模塊就發(fā)出“時間已到”的提醒，在提醒一段時間后，若紅外傳感模塊仍然檢測到用戶在電腦或電視機(jī)旁，則控制器會自動切斷電腦或電視機(jī)的電源。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的控制主機(jī)和遙控器的按鍵顯示模塊主要功能是設(shè)置控制主機(jī)的控制參數(shù)控制主機(jī)的設(shè)置密碼、觀看的視場距離、觀看者的最長觀看時間、觀看環(huán)境最低和最高溫度、光照強(qiáng)度、氣體濃度等參數(shù)。通過控制主機(jī)的主機(jī)按鍵顯示模塊或遙控器的遙控按鍵顯示模塊調(diào)整并實(shí)時顯示。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的控制主機(jī)和遙控器的無線收發(fā)模塊，采用2. 4GHz頻段2Mbps高速小型無線模塊設(shè)計(jì)，對視力保護(hù)儀參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)無線傳輸。本發(fā)明的技術(shù)方案中控制主機(jī)和遙控器的外殼采用非金屬材料制作，體積和大小根據(jù)元器件封裝調(diào)整。
本發(fā)明的一種智能感控視力保護(hù)方法，采用所述的裝置，首先觀看者或家長通過所述的遙控器的遙控按鍵顯示模塊設(shè)定觀看者環(huán)境的光照強(qiáng)度、觀看視距、觀看時間、氣體濃度閾值和環(huán)境溫度閾值，并通過遙控?zé)o線通信模塊發(fā)往控制主機(jī)；當(dāng)控制主機(jī)的主機(jī)無線通信模塊接收到此信息后，啟動控制主機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制模塊，該步進(jìn)電機(jī)控制模塊的步進(jìn)電機(jī)帶動步進(jìn)電機(jī)控制模塊轉(zhuǎn)盤上的紅外傳感模塊以一定的角度和速度來回旋轉(zhuǎn)，當(dāng)紅外傳感模塊檢測到視力被保護(hù)人后，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，觸發(fā)步進(jìn)電機(jī)控制模塊轉(zhuǎn)盤上的超聲波測距模塊，檢測并計(jì)算視力被保護(hù)人的視場距離；同時控制主機(jī)啟動溫度傳感模塊、氣體傳感模塊、光照傳感模塊的數(shù)據(jù)采集；控制主機(jī)將檢測到被保護(hù)人距離電視機(jī)、電腦或手機(jī)的視距、光照強(qiáng)度、溫度或檢測的氣體濃度的信息按照下述模糊控制算法進(jìn)行處理當(dāng)測得的光照強(qiáng)度值低于系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)、觀看時間超過設(shè)定的時間、溫度超過閾值、檢測的氣體濃度超過閾值時，啟動語音報(bào)警模塊發(fā)出語音提示音，在警示設(shè)定的時間過后，若檢測到視力被保護(hù)人的視場距離、光照強(qiáng)度、溫度、檢測的氣體濃度與系統(tǒng)設(shè)定值和觀看設(shè)定值差別仍很大，則觸發(fā)開關(guān)量控制模塊的繼電器發(fā)生動作，切斷電腦或電視機(jī)的電源，進(jìn)而保護(hù)觀看者的視力。本發(fā)明提供的一種智能感控視力保護(hù)裝置，可以實(shí)現(xiàn)以下幾種功能(I)當(dāng)視力被保護(hù)人檢測到的視距(相對電視、電腦、手機(jī)等)小于智能感控視力保護(hù)裝置設(shè)定的參數(shù)時，控制主機(jī)將發(fā)出語音報(bào)警提示，當(dāng)語音報(bào)警提示超過設(shè)定的時間后，若檢測到視力被保護(hù)人的視場距離仍小于系統(tǒng)設(shè)定值，控制主機(jī)啟動開關(guān)量控制模塊切斷電視、電腦或手機(jī)的電源；(2)當(dāng)視力被保護(hù)人觀看時間超過智能感控視力保護(hù)裝置設(shè)定的最大時間段時，控制主機(jī)將提示視力被保護(hù)人注意休息，當(dāng)語音報(bào)警提示一段時間后，若檢測到視力被保護(hù)人繼續(xù)使用電視、電腦或手機(jī)，控制主機(jī)啟動開關(guān)量控制模塊切斷電視、電腦或手機(jī)的電源。(3)當(dāng)視力被保護(hù)人的環(huán)境溫度、氣體濃度、光線照度低于或者高于智能感控視力保護(hù)裝置設(shè)定的參數(shù)時，語音報(bào)警模塊就發(fā)出“暫停觀看”的提醒，在提醒一段時間后，若紅外傳感模塊仍然檢測到用戶在電腦或電視機(jī)旁，則控制器會自動切斷電腦或電視機(jī)的電源。


圖I、本發(fā)明的智能感控視力保護(hù)裝置系統(tǒng)框2、本發(fā)明的智能感控視力保護(hù)裝置的控制主機(jī)的步進(jìn)電機(jī)模塊框3、本發(fā)明的智能感控視力保護(hù)裝置實(shí)施例中I控制主機(jī)，2遙控器，3嵌入式控制器，4紅外傳感模塊，5超聲波測距模塊，6光照傳感模塊，7度傳感模塊，8氣體傳感模塊，9進(jìn)電機(jī)控制模塊，10語音報(bào)警模塊，11開關(guān)量控制模塊，12-1主機(jī)按鍵顯示模塊，12-2遙控按鍵顯示模塊，13-1主機(jī)無線通信模塊，13-2遙控?zé)o線通信模塊，14集成電路，1 5電源線，16視力被保護(hù)人。
具體實(shí)施例方式首先將本發(fā)明的智能感控視力保護(hù)裝置的控制主機(jī)安放在電視機(jī)或電腦旁邊，且把控制主機(jī)的前面板正對觀看者，再把電視機(jī)或電腦的電源線插到控制主機(jī)的開關(guān)量輸出端，最后插上智能感控視力保護(hù)裝置的控制主機(jī)的電源。利用智能感控視力保護(hù)裝置的遙控器對控制主機(jī)進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的設(shè)置視距參數(shù)、觀看時間、環(huán)境溫度、環(huán)境氣體及光照強(qiáng)度的設(shè)置，設(shè)置完成后，通過無線通信模塊發(fā)送到控制主機(jī)；控制主機(jī)將相關(guān)的參數(shù)顯示在顯示模塊上，此時可以看到控制主機(jī)啟動步進(jìn)電機(jī)模塊的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電機(jī)模塊的紅外傳感模塊與超聲波測距模塊在一定視角內(nèi)同步轉(zhuǎn)動，如果紅外傳感模塊檢測到視力被保護(hù)人以后，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，啟動超聲波傳感模塊測距；控制主機(jī)計(jì)算視場距離，計(jì)算的同時控制主機(jī)啟動溫度傳感模塊、氣體傳感模塊、光照傳感模塊的數(shù)據(jù)采集；控制主機(jī)將檢測到的視距(被保護(hù)人距離電視機(jī)、電腦、手機(jī)等)、光照強(qiáng)度、溫度、氣體的信息按照模糊 控制算法進(jìn)行處理當(dāng)測得的光照度值低于系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)、觀看時間超過設(shè)定的時間、溫度超過預(yù)定值、檢測的氣體濃度超過預(yù)警值時，控制主機(jī)啟動語音報(bào)警模塊發(fā)出提示音，在警示設(shè)定的時間后，若檢測到視力被保護(hù)人的視場距離、光照度、溫度、氣體濃度與系統(tǒng)設(shè)定值和觀看設(shè)定值差別仍很大，觸發(fā)開關(guān)量控制模塊的繼電器發(fā)生動作，切斷電腦或電視機(jī)的電源，進(jìn)而保護(hù)視力。
權(quán)利要求
1.一種智能感控視力保護(hù)裝置，其特征在于它由控制主機(jī)(I)和遙控器(2)兩部分構(gòu)成；所述的控制主機(jī)(I)包括嵌入式控制器(3)、紅外傳感模塊(4)、超聲波測距模塊(5)、光照傳感模塊￠)、溫度傳感模塊(7)、氣體傳感模塊(8)、步進(jìn)電機(jī)控制模塊(9)、語音報(bào)警模塊(10)、開關(guān)量控制模塊(11)、主機(jī)按鍵顯示模塊(12-1)和主機(jī)無線通信模塊(13-1);所述的遙控器(2)包括集成電路(14)、遙控按鍵顯示模塊(12-2)和遙控?zé)o線通信模塊(13-3);紅外傳感模塊(4)、超聲波測距模塊(5)、光照傳感模塊￠)、溫度傳感模塊(7)以及氣體傳感模塊(8)的信號輸出端連接到嵌入式控制器(3)輸入端，嵌入式控制器(3)的輸出端連接到步進(jìn)電機(jī)控制模塊(9)、語音報(bào)警模塊(10)和開關(guān)量控制模塊(11)輸入端；紅外傳感模塊(4)和超聲波測距模塊(5)固定在步進(jìn)電機(jī)控制模塊(9)的電機(jī)主軸轉(zhuǎn)盤上，步進(jìn)電機(jī)控制模塊(9)的步進(jìn)電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤上的紅外傳感模塊(4)來回旋轉(zhuǎn)；嵌入式控制器(3)與主機(jī)按鍵顯示模塊(12-1)及主機(jī)無線通信模塊(13-1)互聯(lián)；集成電路(14)與遙控按鍵顯示模塊(12-2)和遙控?zé)o線通信模塊(13-2)電路相連，且共同構(gòu)成遙控器(2);用主機(jī)無線通信模塊(13-1)和遙控?zé)o線通信模塊(13-2)實(shí)現(xiàn)控制主機(jī)(I)與遙控器⑵的無線雙向通信。
2.如權(quán)利要求I所述的一種智能感控視力保護(hù)裝置，其特征在于控制主機(jī)(I)的嵌入式控制器(3)采用片上系統(tǒng)、單片機(jī)、ARM、DSP或PLC模塊。
3.如權(quán)利要求I所述的一種智能感控視力保護(hù)裝置，其特征在于紅外傳感模塊(4)采用熱釋紅外傳感器。
4.如權(quán)利要求I所述的一種智能感控視力保護(hù)裝置，其特征在于超聲波測距模塊(5)采用壓電型收發(fā)一體式傳感器實(shí)現(xiàn)，包括超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路。
5.如權(quán)利要求I所述的一種智能感控視力保護(hù)裝置，其特征在于光照傳感模塊(6)采用光敏電阻實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度的檢測。
6.如權(quán)利要求I所述的一種智能感控視力保護(hù)裝置，其特征在于溫度傳感模塊(7)采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度檢測與測距補(bǔ)償。
7.如權(quán)利要求I所述的一種智能感控視力保護(hù)裝置，其特征在于氣體傳感模塊(8)采用半導(dǎo)體氣敏傳感器實(shí)現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求I所述的一種智能感控視力保護(hù)裝置，其特征在于主機(jī)無線通信模塊(13-1)和遙控?zé)o線通信模塊(13-2)采用2. 4GHz頻段2Mbps高速小型無線模塊設(shè)計(jì)。
9.如權(quán)利要求I所述的一種智能感控視力保護(hù)裝置，其特征在于控制主機(jī)(I)和遙控器(2)的外殼采用非金屬材料，體積和大小根據(jù)元器件封裝調(diào)整。
10.一種智能感控視力保護(hù)方法，其特征在于采用權(quán)利要求I所述的裝置，首先觀看者或家長通過所述的遙控器(2)的遙控按鍵顯示模塊(12-2)設(shè)定觀看者環(huán)境的光照強(qiáng)度、觀看視距、觀看時間、氣體濃度和環(huán)境溫度閾值，并通過遙控?zé)o線通信模塊(13-2)發(fā)往控制主機(jī)(I);當(dāng)控制主機(jī)(I)的主機(jī)無線通信模塊(13-1)接收到此信息后，啟動控制主機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制模塊(9)，步進(jìn)電機(jī)控制模塊(9)的步進(jìn)電機(jī)帶動步進(jìn)電機(jī)控制模塊(9)轉(zhuǎn)盤上的紅外傳感模塊(4)以一定的角度和速度來回旋轉(zhuǎn)，當(dāng)紅外傳感模塊(4)檢測到視力被保護(hù)人(16)后，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，觸發(fā)步進(jìn)電機(jī)控制模塊(9)轉(zhuǎn)盤上的超聲波測距模塊(5)，檢測并計(jì)算視力被保護(hù)人的視場距離；同時控制主機(jī)(I)啟動溫度傳感模塊(7)、氣體傳感模塊(8)、光照傳感模塊(6)的數(shù)據(jù)采集；控制主機(jī)(I)將檢測到被保護(hù)人距離電視機(jī)、電腦或手機(jī)的視距、光照強(qiáng)度、溫度或檢測的氣體濃度的信息按照下述模糊控制算法進(jìn)行處理當(dāng)測得的光照強(qiáng)度值低于系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)、觀看時間超過設(shè)定的時間、溫度超過閾值、檢測的氣體濃度超過閾值時，啟動語音報(bào)警模塊(10)發(fā)出語音提示音，在警示設(shè)定的時間過后，若檢測到視力被保護(hù)人的視場距離、光照強(qiáng)度、溫度、檢測的氣體濃度與系統(tǒng)設(shè)定值和觀看設(shè)定值差別很大，則觸發(fā)開關(guān)量控制模塊(11)的繼電器發(fā)生動作，切斷電腦或電視機(jī)的電源，進(jìn)而保護(hù)觀看者的視力
全文摘要
一種智能感控視力保護(hù)方法及裝置，它由控制主機(jī)和遙控器兩部分構(gòu)成，控制主機(jī)包括嵌入式控制器、紅外傳感模塊、超聲波測距模塊、光照傳感模塊、溫度傳感模塊、氣體傳感模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、語音報(bào)警模塊、開關(guān)量控制模塊、主機(jī)無線通信模塊和主機(jī)按鍵顯示模塊；遙控器包括集成電路、遙控器按鍵顯示模塊和遙控器無線通信模塊。在本裝置檢測到視力被保護(hù)人的視距、觀看時間、光照強(qiáng)度、溫度、氣體等信息后，采用模糊控制算法進(jìn)行智能處理，當(dāng)視距和光照度低于設(shè)定值，觀看時間、溫度或檢測的氣體濃度超過設(shè)置閾值時，語音報(bào)警模塊發(fā)出提示音，在設(shè)定警示時間后，開關(guān)量控制模塊的繼電器切斷電腦或電視機(jī)電源，以保護(hù)視力。該裝置使用簡單、功能齊全，能夠?qū)崿F(xiàn)對視力的有效保護(hù)。
文檔編號G05B19/04GK102621905SQ20121007504
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者吳彥波, 周叢然, 姚遠(yuǎn), 張柳, 徐國平, 毛海莉, 趙大為 申請人:華中師范大學(xué)