防近視多功能學習椅的控制系統設計

摘 要：防近視多功能學習椅是一種矯正坐姿的功能性椅子，為了使得防近視多功能學習椅能夠準確提醒使用者坐姿錯誤，專門設計了一套控制系統，采用光電耦合器作為防近視多功能學習椅的傳感器，經測試，使用此控制系統后的防近視多功能學習椅的控制靈敏，達到技術要求。

關鍵詞：學習椅；控制系統；設計

1 概述

長期不正確的坐姿會導致用眼姿勢不正常，從而影響眼球的正常發育，很容易導致近視眼的形成。防近視多功能學習椅是一種適合工作學習等近距離用眼的功能椅，從矯正坐姿出發保證使用者的眼睛距書本30cm左右，是預防近視的一種有效手段。為了矯正錯誤的姿勢，采用提示音提醒使用者注意，因此，防近視多功能學習椅設計了報警裝置[1]。

2 防近視多功能學習椅的控制系統工作原理

防近視多功能學習椅主要由擋臂機構、椅座、靠背及報警裝置等組成。該報警裝置的信號檢測裝置裝于桿臂連接件的下方，報警喇叭裝于椅背。使用者前傾身體前傾會帶動擋臂旋轉，擋臂旋轉會帶動光電耦合器的圓撥盤轉動。圓撥盤部分對應的不同角度有孔或無孔，孔可以穿過光線。當擋臂處于正常角度時，傳感器發出信號不觸發信號，這時候報警蜂鳴器不發出聲音；而當使用者坐姿不端正，擋臂旋轉的角度超過正常轉動角度范圍時，導致圓形撥盤的轉過一定角度，傳感器觸發信號，則報警蜂鳴器鳴叫，提醒使用者坐姿錯誤，從而實現報警的功能。

3 防近視多功能學習椅的控制系統設計

文章設計的防近視多功能學習椅控制系統采用光電系統，光電系統的設計的主要硬件模塊包括：光電耦合器、電源電路、蜂鳴器驅動電路、復位電路等[2]。其控制系統硬件原理圖如圖1所示。擋臂處于正常角度時，光電傳感器不觸發信號，單片機P2.0輸入的是高電平，這時候蜂鳴器不報警；而當使用者坐姿不端正，擋臂旋轉的角度超過正常轉動角度范圍時，光電傳感器觸發信號，單片機P2.0輸入的是低電平，這時候程序控制單片機IO口，驅動蜂鳴器鳴叫。

本控制系統采用的核心芯片為MSP430g2553， MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（Mixed Signal Processor）。MSP430單片機稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上。為了精確控制擋臂結構的旋轉角度，控制系統的核心角度傳感器采用了光電耦合傳感器[3]。光耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發光器（紅外線發光二極管LED）與受光器（光敏半導體管）封裝在同一管殼內。當輸入端加電信號時發光器發出光線，受光器接受光線之后就產生光電流，從輸出端流出，從而實現了“電-光-電”轉換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長、無觸點，抗干擾能力強，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號等優點，在數字電路上獲得廣泛的應用[4]。

控制系統的程序代碼：

#include

unsigned int i=0；

int main（void）

{

WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD；// Stop watchdog timer

/*********************定時器配置**********************/

BCSCTL3 |= LFXT1S_2； // Set LFXT1為vol時鐘即12kHZ

CCTL0|= CCIE； //設置捕獲/比較控制寄存器，CCIE=0x0010，使能捕獲比較中斷

CCR0 =12000； //設置捕獲/比較寄存器，初始值為12000，對于ACLK時鐘頻率為12kHz的頻率

TA0CTL = TASSEL_1 +TACLR+MC_1； // 設置定時器A控制寄存器

/*************蜂鳴器的配置及光電傳感器配置****************/

P1OUT=～BIT1； //蜂鳴器停止鳴叫

P1DIR|=BIT1； //蜂鳴器輸出

P2DIR=～BIT0； //定義P2.0為光電傳感器輸入端

unsigned int flag=0；

for（；；）

{

if（P2IN0x01） //無遮擋時，P2.0為高電平，蜂鳴器鳴叫

{

if（i==0）

P1OUT|=BIT1；

if（i==1）

P1OUT=～BIT1；

flag++；

if（flag==1）

_EINT（）； //使能中斷

}

else

{

P1OUT=～BIT1； //有遮擋時，P2.0為低電平，蜂鳴器停止

i=0；

}

}

}

#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR//固定的格式

__interrupt void Timer_A （void） //定時器A的CC0中斷處理程序沒有返回值

{

i++；

}

4 結束語

防近視多功能學習椅的控制系統采用了單片機控制的數字電路，經測試，可以準確控制防近視多功能學習椅的報警動作，運行穩定可靠，取得良好的效果。

參考文獻

[1]楊國僑，胡敏烽，等.防近視多功能椅的結構設計和有限元分析[J].科技創新與應用，2016（8）：25-26.

[2]李進，韓東起.基于單片機的按摩椅的制作[J].科技視界，2013（9）：438-440.

[3]郭天祥.51單片機C語言教程-入門、提高、開發、拓展全攻略[M].北京：電子工業出版社，2009.

[4]吳永明.基于單片機PIC16F74的電動按摩椅的研制[J].單片機開發與應用，2006（22）：31-33.

作者簡介：胡敏烽，嘉興學院機電工程學院機械131卓越班學生。