專利名稱：紅外及超聲波護眼正姿學習桌的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于日常生活用品技術領域，涉及一種有助于中小學生保持正確讀寫姿勢并預防近視的學習桌。
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象，已成為社會廣泛注意的問題。目前本領域為解決上述問題而研制的護眼正姿產品基本都是一些利用電子技術或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，兼之由于臺燈相對桌面位置不固定，不具強制使用的特點，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護眼正姿學習桌，用以克服現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。
本實用新型的上述發明目是通過對公知的寫字桌結構加以改進而實現的，所做的改進方案為在寫字桌的桌面后部設有一個直立的架體，在桌體內設有探測控制報警電路，所說的探測控制報警電路由帶有至少一組發射和接收探頭的紅外或超聲波頭部探測電路、帶有發射和接收探頭的紅外或超聲波人體探測電路、系統控制電路和報警電路構成，其中頭部探測電路的發射探頭和接收探頭設于桌面后部的架體上，人體探測電路的發射探頭和接收探頭設在架體或桌面上，頭部探測電路的輸出端與系統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控制電路的相應輸入端連接，系統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，由頭部探測電路發射探頭所發出的紅外線或超聲波在前方某一低位(如距桌面前沿豎向距離大于35cm的位置處)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，此外人體探測電路的發射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，當桌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，頭部探測電路的發射探頭所發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射探頭發出的信號，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射探頭發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。此外系統控制電路還可根據人體探測電路的輸出信號來限定使用者一次可持續學習的最長時間和間歇期間應休息的最短時間。此外在系統內還可增設電子光敏測光電路，以便對學習環境的光線進行監測。
與現有技術相比，本實用新型所述的紅外及超聲波護眼正姿學習桌具有結構通用性強、可靠性好、智能化程度高等優點，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護眼正姿學習桌包括桌面4、架體6以及設在桌體或架體內的探測控制報警電路等部分。架體6位于桌面后部，其形狀結構可采用如圖1所示的直立桿體的形式，也可采用如圖2所示的直立書架體的形式以及其它形式，在架體6的上部可安裝照明燈頭5。頭部探測電路的發射探頭1和接收探頭2安裝在架體6上，人體探測電路的發射探頭10和接收探頭11設在架體6的下方或上方，具體實施結構中，頭部發射探頭1和接收探頭2的數量可以為一組，也可以為多組，可將頭部探測電路12的發射探頭1和人體探測電路13的發射探頭10分體或合為一體設置在架體6上，也可將頭部探測電路12的接收探頭2和人體探測電路13的接收探頭11分體或合為一體設置在連燈架體6上。例如在圖2所示結構中，標號7為合為一體的接受探頭，標號1、10則為分立的發射探頭；也可在圖2中標號10點的位置處設置合為一體的發射探頭，在標號1、7點的位置處設置分立的接收探頭。另外在架體6或桌面4上還設有光敏器件3、調光開關8及高亮度發光管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其一是在架體上的頭部發射探頭1或接收探頭2前設有導波遮擋體或在探頭上安裝套管的方式，利用遮擋體或套管使頭部發射探頭1發出或接收探頭2接收的紅外線或超聲波在低位形成警戒面；其二則是利用頭部探測電路發射探頭1和接收探頭2位置和發射角度在低位形成警戒面，警戒面距桌面的高度即頭部探測電路12中發射探頭1的發射面或接收探頭2的接收面應高出桌面前沿的豎直距離至少35cm。低于在一警戒面的物體將無法使發射探頭1所發出的紅外或超聲波反射至接收探頭2位置處，因而后者也就無法接收到前者所發出的信號。
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選用紅外發射/接收電路或超聲波發射/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、調光開關8及高亮度發光管9配合設置，其設置用意在于當環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緊貼遮擋體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控制電路16的相應輸入端連接，系統控制電路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控制電路16，系統控制電路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緊貼遮擋體且頭部探測電路12和人體探測電路13采用同種信號發射時，兩個探測電路12、13的發射探頭可共體設置并共用同一發射電路。
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的發射探頭1緊貼遮擋體或當發射探頭1和接收探頭2利用位置和角度形成警戒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控制電路16的相應輸入/輸出端，系統控制電路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發射和接收停止后人體探測電路13才開始發射和接收，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控制電路16，系統控制電路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分時發射，當頭部探測電路的發射探頭1緊貼遮擋體4時，兩個探測電路12、13的接收探頭可共體設置并共用同一接收電路，此時該接收電路的輸出與系統控制電路16的輸入端相連，由系統控制電路16來區分接收到的信號來自哪一個發射探頭。
本實用新型的系統控制電路16內設有至少三級延時計時裝置，其工作過程為當學習桌邊探測范圍內有人時，人體探測電路13輸出高電平，此時系統控制電路16中用于限定使用者連續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)當第一計時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)當第一計時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，該結構中系統控制電路16采用了一種利用單片機實現的系統結構，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和發光管LED組成，臺燈使用過程中，當環境光線較強時，光敏電阻RG呈現低電阻，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，其處于靜態無輸出；當環境光線較弱時，光敏電阻RG呈現的阻值較大，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，其輸出使發光管LED即燈座上的高亮度發光管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調節環境光線；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處于靜態無輸出。當然電子光敏測光電路14也可獨立于其它電路單獨使用，亦可無需報警集成電路U4和與門U3而將U3的輸入信號傳送給單片機U2，由U2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，其中紅外發射/接收探測電路和超聲波發射/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中的紅外發射/接收電路由反相器U11、U12、U13、U14、LM567頻率譯碼器U20、紅外發射二極管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放大后加在紅外發射二極管D3上，紅外發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中的超聲波發射/接收電路由三極管VT4、VT5、超聲波發送器T-40-16、超聲波接收器R-40-16、運放器LM324組成，三極管VT4、VT5組成的強反饋穩頻振蕩器的振蕩頻率等于超聲波發送器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、振動報警或語音報警提醒電路或熄燈的方式，本文不再贅述。
在實現附圖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，從而達到分時發射和接收的目的。
權利要求1.一種紅外及超聲波護眼正姿學習桌，其特征是在桌面(4)后部設有一個直立的架體(6)，在桌體內設有探測控制報警電路，所說的探測控制報警電路由帶有至少一組發射和接收探頭的紅外或超聲波頭部探測電路(12)、帶有發射和接收探頭的紅外或超聲波人體探測電路(13)、系統控制電路(16)和報警電路(15)構成，其中頭部探測電路(12)的發射探頭(1)和接收探頭(2)設于桌面后部的架體(6)上，人體探測電路(13)的發射探頭(10)和接收探頭(11)設在架體(6)或桌面(4)上，頭部探測電路(12)的輸出端與系統控制電路(16)的相應輸入端連接，人體探測電路(13)的輸出端與系統控制電路(16)的相應輸入端連接，系統控制電路(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護眼正姿學習桌，其特征是頭部探測電路(12)中發射探頭(1)的發射面或接收探頭(2)的接收面高出桌面前沿的豎直距離至少35cm。
3.如權利要求1所述的紅外及超聲波護眼正姿學習桌，其特征在于頭部探測電路(12)的發射探頭(1)和人體探測電路(13)的發射探頭(10)分體或合為一體設置在架體(6)上。
4.如權利要求1所述的紅外及超聲波護眼正姿學習桌，其特征在于頭部探測電路(12)的接收探頭(2)和人體探測電路(13)的接收探頭(11)分體或合為一體設置在連燈架體(6)上。
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學習桌，在寫字桌的桌面后部設有一個直立的架體，在架體內設有探測控制報警電路，所說的探測控制報警電路由帶有發射和接收探頭的紅外或超聲波頭部探測電路、帶有發射和接收探頭的紅外或超聲波人體探測電路、系統控制電路和報警電路等構成。工作中由頭部探測電路發射探頭發出的紅外線或超聲波在桌面上方形成一探測警戒面，低于此警戒面的物體無法將紅外線或超聲波反射至接收探頭，當使用者出現視距過近及坐姿不正時學習桌均將發出提示，敦促其坐正姿勢；此外該桌還可根據人體探測電路的輸出信號來限定使用者持續學習和間歇休息的時間。
文檔編號A47B13/08GK2717293SQ20042004204
公開日2005年8月17日 申請日期2004年6月11日 優先權日2004年6月11日
發明者曹慶民 申請人:曹慶民