“善目”智能護(hù)眼筆

李茜

摘 要：隨著人們對教育的重視程度越來越高以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、競爭的日益加劇，家長對孩子學(xué)習(xí)的重視程度也越來越大，學(xué)習(xí)占據(jù)青少年大部分的時間，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)造成一個不可忽視的問題。為了有效緩解這個問題，本創(chuàng)意設(shè)計了一個基于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)計以HOLTEK MCU為核心，主要通過觸摸傳感器、光強(qiáng)傳感器、超聲波傳感器3個傳感器分別判斷握筆姿勢是否正確，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個點），設(shè)計用3個觸摸傳感器來模擬握筆的3個點，當(dāng)用筆者沒有觸摸正確時（觸摸傳感器沒有產(chǎn)生形變），根據(jù)觸摸傳感器的工作特點：產(chǎn)生形變時輸出高電平，沒有產(chǎn)生形變時輸出低電平。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，直到用筆者握筆姿勢正確馬達(dá)才停止震動（任何一個點沒握正確都會震動）。

1.2.2 光強(qiáng)傳感器檢測及調(diào)節(jié)模塊

光強(qiáng)傳感器可檢測環(huán)境的光亮情況，由光敏電阻測量環(huán)境光強(qiáng)并將其信號傳達(dá)給單片機(jī)，調(diào)節(jié)光敏傳感器模塊的滑動變阻器可以設(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光強(qiáng)進(jìn)行對比控制輸出信號，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，超聲波傳感器通過發(fā)送超聲波到用筆者身上固定一點，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)生并返回的時間以及超聲波的波速可以計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)程序控制震動馬達(dá)震動，若正確則不震動。

2 作品結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

超聲波檢測模塊用于檢測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握筆者的握筆姿勢是否正確，筆上安裝有3個觸摸傳感器，模擬握筆的3個點；光強(qiáng)傳感器模塊用于檢測外界的光照強(qiáng)度是否達(dá)到護(hù)眼的光照強(qiáng)度；震動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是否正確，從而判斷是否產(chǎn)生震動；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 測試方法

此智能護(hù)眼筆大致可以分為3個模塊：對于控制握筆姿勢這個模塊，觸摸傳感器的硬件工作原理是背面受壓感知信號，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個點才停止震動），如果成功，在安裝筆時，提前標(biāo)注出正確握筆的3個點安裝即可；對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，在測試時，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)出的超聲波信號只能打在15cm2的平面上返回然后通過程序設(shè)置其距離，該裝置裝于筆尾，測試時在人已經(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）。

測試結(jié)果：當(dāng)打開檢測握筆姿勢的開關(guān)時，當(dāng)握筆點有一個不正確時，則發(fā)出警告，只有握筆的3個點均正確時，筆才正常工作以達(dá)到調(diào)節(jié)握筆姿勢的功能；當(dāng)環(huán)境中的光強(qiáng)沒有在我們所設(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，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)）