多功能防近視桌椅系統的創新設計

李邦彥

（徐州市第三中學，江蘇徐州，221005）

0 前言

隨著教育水平的不斷提升以及升學壓力的不斷增大，青少年學生的課程負擔越來越重，各種課后輔導以及課后習題撲面而來，其不僅增加學生的學習負擔，長時間埋頭苦學也給學生的身體（特別是眼睛）造成嚴重的傷害。近年來，我國青少年近視發病率不斷升高：全國小、初、高、大學生的視力不良率分別為45.71%、74.36%、83.28%和86.36%，而造成這種狀況的主要原因之一就是：學生長時間看書寫字時坐姿不正確，眼睛距離書本太近[1]。另一個造成學生近視的主要原因就是桌椅高矮比例與學生身高配比不合理[2]。近年來，有些學校利用“防近視欄桿”迫使學生保持用眼距離[3]，如圖1所示，這種強迫給學生帶來諸多不便，同時可能會使學生依賴上這種欄桿，不利于良好習慣的養成。

圖1 “防近視欄桿”

鑒于學生視力問題越來越令人擔憂，而目前尚缺乏解決這一問題的有效方法，創新設計一種多功能防近視桌椅系統，進而來實現對學生學習過程的實時監督，有利于學生在學習時眼睛和書本保持良好的距離，讓學生慢慢養成良好的學習習慣。該多功能防近視桌椅系統通過紅外感應器實現對人體頭部與桌面之間距離和人體背部與椅背之間距離的檢測，由單片機實現對信號的數字化處理并輸出，然后將測量值與設定值進行對比分析，進而確定報警系統的工作情況。同時使用者可以通電電動推桿調節座椅的高度，從而使該桌椅系統能夠適應不同身高的使用者。

1 多功能防近視桌椅系統的技術方案

多功能防近視桌椅系統主要包括桌椅本體（座椅內部設有椅高調節系統），防近視系統，電源系統等。該多功能防近視桌椅系統的示意圖如圖2所示。

圖2 多功能防近視桌椅系統的示意圖

■1.1 多功能防近視桌椅系統的桌椅本體

如圖2所示，多功能防近視桌椅系統的桌椅本體主要包括課桌本體和座椅本體。課桌本體上設置有智能調光臺燈和儲物盒。智能調光臺燈上裝有光敏傳感器，采用無頻閃的LED燈，根據實時亮度調節燈光，以打造最適學習環境，減少用眼疲勞。在桌椅本體的側邊設置有置物筐，可以用來放置書包等。桌面上設置有支撐臺，該支撐臺可以調整角度，方便使用者閱讀時使用。同時，桌面上設置有可以調節高度的閱讀支架，使用者可以用來放置書本，進而避免在學習中反復低頭。所述座椅本體的坐墊下方設置有電動推桿，坐墊在電動推桿的作用下可以進行升降，進而調整座椅的高度，使得該桌椅系統能夠適應不同身高的使用者。

■1.2 多功能防近視桌椅的防近視系統

防近視系統其工作原理在于通過紅外感應器實現對人體頭部與桌面之間距離和人體背部與椅背之間距離的檢測，由單片機實現對信號的數字化處理并輸出，然后將測量值與設定值進行對比分析，進而確定報警系統是否工作。如圖2所示，防近視系統主要包括背部紅外感應器，頭部紅外感應器，智能處理器（單片機）及蜂鳴器，高壓轉換裝置等。頭部紅外感應器設置于可升降閱讀支架上，其主要用來檢測人體頭部與桌面之間的距離。背部紅外感應器設置于座椅本體靠背上，其主要用來檢測人體背部與椅背之間的距離。高壓轉換裝置主要功能是將外部電源的高壓交流電通過變壓、整流、濾波等電路轉化為低壓直流電進而對防近視系統供電，并保證使用者的安全。單片機通過電路與參數設定模塊相連，通過參數設定模塊設定參數。課桌和座椅上的紅外感應器將采集的紅外信號通過轉換電路將電信號傳送到單片機，單片機將頭部紅外感應器和背部紅外感應器的測量值與參數設定模塊的設定值進行對比；當頭部紅外感應器的測量值小于設定值而背部紅外感應器的測量值大于設定值時，報警蜂鳴器發出警報聲。

2 多功能防近視桌椅系統的工作過程

圖3 工作流程

多功能防近視桌椅系統通過課桌、座椅靠背及坐墊上的三個傳感器綜合測量，來檢測人體的坐姿是否正確。紅外感應器作為智能防近視桌椅的“眼睛”，主要檢測人體坐姿的變化，并將信息傳遞給系統的“大腦”單片機控制器。“大腦”單片機將“眼睛”觀測的數據與設定值對比，如果超出設定范圍，其會發出提醒，促使使用者及時調整坐姿，達到預防近視的目的。座椅上所設置的壓力傳感器可以判定防近視系統是否工作，以防止當使用者離開座椅時產生的誤報警。即防近視系統接通電源后，首先進入待機模式，然后座椅上的壓力傳感器判斷學生是否入座學習。若達到壓力設定值，則防近視系統開始工作，實時監督。當學生從座椅上站起來休息時，壓力減小，此時防近視系統不工作，以防止產生不必要的報警。其具體工作流程如圖3所示。

3 總結

創新設計一種多功能防近視桌椅系統，通過紅外感應器實現對人體坐姿的檢測，然后借助于單片機實現對信號的數字化處理并輸出，進一步將測量值與設定值進行對比分析，來確定報警系統是否報警。其創新點在于：①同時檢測人體頭部與桌面之間距離和人體背部與椅背之間距離，進而綜合判斷，使得報警更加準確；②防近視系統的工作與否通過座椅上壓力傳感器來判斷，進而防止學生離開座椅時產生的誤報警；③通過電動推桿調節座椅的高度，從而使該桌椅系統能夠適應不同身高的使用者。該多功能防近視桌椅系統能有助于學生養好良好的學習習慣，遠離近視的困擾。