CN105118247B - 一种镜架式智能视力保护仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜架式智能视力保护仪，它包括：传感器、控制器和报警装置；所述传感器对距离、倾角进行测量，其中距离采用基于PSD、CCD器件的三角测距方法、能量法或者采用TOF方法对距离进行测量，采用重力加速度传感器或者陀螺仪对倾角进行测量；所述控制器接收来自所述传感器测得相应数据，所述控制器根据测量结果与设定值相比较，如果超出设定范围，则触发所述报警装置发出报警；所述报警装置根据所述控制器的控制命令进行报警，所述镜架式智能视力保护仪将报警信息上传云端或者终端。本发明的有益效果在于，通过对用户学习姿势的监控和云端分析，帮助用户在学习中养成良好的学习姿势，在使用者视力下降时及时通知家长采取措施，从而有效的保护视力。

Description

一种镜架式智能视力保护仪

技术领域

本发明涉及电子技术、视光领域，尤其涉及一种镜架式智能视力保护仪，用户可以通过在学习的过程中使用本产品，保持正确的学习姿势并养成习惯，有效的预防因为青少年在学习时因为不良坐姿、过长学习时间而造成的近视问题。

背景技术

1、据教育部对全国学生体质健康调研显示，我国学生视力状况不容乐观，7-12岁小学生、13-15岁初中生和16-18岁高中生视力不良率分别高达40.89％、67.33％和79.20％。目前近视高发于9～13岁，特点是低龄化、高度数，近视度数高于600易导致视网膜病变，根据教育部关于印发《普通高等学校招生体检工作指导意见》的通知要求，裸眼视力任何一眼低于5.0者，相关专业不能录取，所以预防近视的工作刻不容缓，“不良的视觉环境，读书写字时光线不足，近距离用眼时间过长，读写姿势不正确等是造成近视发生或发展的重要原因”(摘自《中小学学生预防近视眼基本知识与要求》)。为此教育部专门下发了《教育部办公厅关于开展中小学生视力保护宣传活动的通知》、《中小学学生近视眼防控工作岗位职责》、《教育部中小学学生近视眼防控工作方案》、《中小学学生预防近视眼基本知识与要求》等相关文件，文件涉及到预防近视的各个层面，从学校的硬件设施装备、人员职责到家里的饮食、电视电脑的使用方法、时间都给出了详细的建议和意见，尤其是对学生的习惯提出了四个一：“保持眼睛与书本距离为33—35厘米左右(一尺)”、“胸前与桌子距离应约一拳”、“握笔的手指与笔尖距离应3厘米左右(一寸)”、学习一个小时需要休息一刻钟，市面上体现四个一的产品几乎没有。

2、越来越多的中小学生因为过多的作业负担而学习时间过长不注意眼休息，不正确的坐姿学习也是近视发生的主要原因，不正确的坐姿是导致近视的诸多因素中我们容易控制并很容易见到效果的地方，不正确的坐姿一方面会导致近视，另外一方面也会导致双眼近视程度的不一致。

3、目前的一些发明，如201420370162.X《一种防近视眼镜》，CN97221900.5《电子视力保护器》，CN99210689.3《学生专用多功能视力保护台灯》等，无法做到头部倾斜角度的检测，并且无法做到科学的计算并分配学习和休息的时间，同时，目前这些发明没有深入的研究传感器位置、角度、重量的分配这些舒适性、对功能实现的细节考虑不周，如201420370162.X内提醒使用喇叭，无法在上课时使用。

4、公告号CN102743252B的发明专利，没有详细的描述传感器位置、角度、重量的分配这些舒适性、适用性的细节。公告号CN102743252B的发明专利对数据只有收集，数据的挖掘、分析没有具体的方法，更没有给客户反馈使用情况。

发明内容

本发明基于公告号CN102743252B的发明专利，针对公告号CN102743252B的发明专利中的一些不足，本发明提出了一种镜架式智能视力保护仪，特点在于，针对之前的视力保护仪或者是台灯型的视力保护仪佩戴不便，本发明采用镜架的形式，对使用者的用眼距离，头部的倾斜角度，用眼时间等影响视力的因素做出全面，准确的检测，保证使用者在学习时的姿势正确合理，学习和休息时间的科学分配，通过合理的配重，在镜腿两边平均分配重量，传感器可以放在镜框或者镜腿上，兼顾美观性和重量的平衡，传感器角度按照传感器与眼睛位置关系做倾斜，保证检测点与视线尽可能的重叠，传感器放在人体的左侧，使用者在写字时不会造成传感器检测距离不当而误触发报警。本发明的技术方案如下：一种镜架式智能视力保护仪，结构部分包括镜腿、镜框，材料可以使用常规眼镜所使用的塑料类材料或者金属类材料，一般情况下使用TR90；电子部分包括：传感器、控制器和报警装置；传感器对距离、倾角进行测量，其中距离测量采用使用PSD、CCD期间的三角测量方法、能量法或者TOF方法测量技术，倾角测量采用重力加速度传感器或者陀螺仪，传感器测得相应数据传输给控制器，控制器根据测量结果与设定值相比较，如果超出设定范围，则触发报警装置发出报警，报警信息通过蓝牙等无线的方式或者有线方式传输到终端或者云端。终端或者云端通过近期与长期的使用情况分析使用者近视是否加深并反馈给使用者或者使用者的监护人；终端或者云端将使用者的使用情况详细数据和汇总数据反馈给使用者或者使用者的监护人。本发明还可设有一个标定触发装置，触发后按照当前测试的角度、距离对设备内的数据进行修正，使用者通过按键、无线、有线方式触发启动标定功能，将现有的距离、倾角作为基准值，使用者可以标定正确姿势，做到根据不同的人适用不同的设置，提升用户的使用体验。

此外本发明还包括计时装置，在客户开机后开始计时，在设定的时间到达时做出提醒。

使用PSD、CCD器件的三角测量方法、能量法或者TOF方法的距离测量器件测量得到相应的距离值，传输给控制器。

重力加速度传感器及检测模块采用I²C、UART、USB、SDIO接口和控制器相连。

报警器可根据控制器发出的不同信号，做出声音、振动及发光不同形式的或不同形式组合的报警。

本发明可以把报警信号用无线或者有线装置以点对点或服务器中转的方式传送给其它各类终端或者云端，如手机。

本发明中电子部分在两边镜腿内，走线从镜框中走，导线走镜框上沿的外侧或者内侧，这样全框眼镜和半框眼镜本发明都适用。

本发明可以采用一次性或者可充电电池供电，并适时对电池电压进行检测，如有需要及时通知用户充电或者更换电池。

本发明包括电子部分距离测量电路、提示电路、控制器、倾角检测、学习计时等模块。结构部分包括镜腿、镜框、开关键、盖板、镜脚套、螺丝等。

本发明的有益效果在于：

1、通过合理的配重，将电子元器件的重量在镜腿两边近似平均分配，传感器可以放在镜框或者镜腿上，兼顾美观性和重量的平衡，如果电子器件放在一侧，眼镜就会出现偏重、会导致使用者不舒服，重量平均放在两个镜腿上，没有偏重的现象，也不会出现现在市场上有些产品电子元件放在一侧，另外一侧配重，导致重量增加，使使用者的体验变差的情况；

2、传感器角度按照传感器与眼睛位置关系做相应倾斜，保证检测点与视线尽可能的重叠，正常眼镜架的镜框和镜腿不是成90°垂直设计，镜框与镜腿的垂直面有7°偏差，传感器放在镜框上时需要考虑到这个偏差，传感器放在镜腿上时倾斜角度不用考虑这个偏差；

3、传感器放在人体的左侧，当使用者在写字时不会造成传感器检测距离不当而误触发报警。因为检测倾斜的传感器在身体的一侧，所以检测时左右需要用不同的角度来报警，用左右不同的检测角度来保证使用者实际使用时头部倾斜报警角度的一致；

4、本发明还设计了标定功能，使用者可以标定正确姿势，做到根据不同的人适用不同的设置，提升用户的使用体验；

5、本发明中电子部分分别放置在两边镜腿中，电子部分的连线走线从镜框中走，导线走镜框上沿的外侧或者内侧，在镜框上开槽，槽内放置导线，导线外侧加盖板，导线使用多股成一束，外面包软胶的线，使导线抗弯折，在连接点超过5万次弯折时不会折断，这样做镜框从外观完全看不出来内部有走线，不影响眼镜架的美观性，耐用性也得到保障；

6、本发明具体实施时电池和震动器放在一边镜腿中，其他部分的电路、传感器放在另外一边，这样两边电路、器件的连接线只需要三根，连线少可以降低连线断掉的可能性，并且不会使镜框上沿变大，连接线少还可以使导线过转轴时转轴的体积变小，从而减轻重量，减少对外观的影响；

7、本发明中智能镜架将使用者的使用结果通过无线或者有线的方式发给手机或者云端，手机或者云端对使用者使用时的报警信息进行分析，可以分析得出使用者是否近视度数加深等结论，可以对使用者的使用频率、使用时间进行反馈，方便使用者的监护人进行了解并督促使用；

8、本发明中智能镜架实现了教育部要求的四个一中的三个，对没有实现的“胸前与桌子距离应约一拳”也从侧面有所帮助。

附图说明

图1为本发明实施例的电源电路图。

图2为本发明实施例的主控逻辑单元电路图。

图3为本发明实施例的语音及指示灯警示电路图。

图4为本发明实施例的距离测量电路图。

图5为本发明实施例的传感器电路图。

图6为本发明镜架式智能视力保护仪结构示意图。

图中，1为震动器与电池；2为镜框上侧，内有走线槽走线；3为距离感应窗口；4为充电口；5为开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细阐述。

本实施例主要包括：镜架结构部分、电子功能部分。

镜架采用TR90材料，尺寸为54□16-144，传感器与眼睛的距离按照瞳距50mm计算，50mm为一般10岁小孩瞳距的最小值。根据这个距离计算出距离传感器的倾角为15°，电池和震动器放在右边镜腿，距离传感器和其他电路放在左边的镜腿，充电接口和开关放在左边的镜腿，镜框中放置3根外包绝缘层的线束，镜框上侧设置线槽走线，镜框中的3根线在锁头处经转轴进入镜腿，外观上面看不到线。

电子功能部分分为主控逻辑单元、检测单元、提示报警单元。其中检测单元包括倾角测量电路、距离测量电路、电源电路。图1～5是各个模块单元的电路原理图，其中倾角测量电路是通过I2C总线和主控逻辑单元相连后进行数据传输和模块控制。提示报警单元中，双色灯起状态指示的作用；语音电路起语音报警作用。距离测量电路是利用位置传感器，采用三角形测距原理实现对距离测量的。电源电路包括锂电池及锂电池充电电路，系统开关电路和LDO电源转换电路。

本实施例的工作原理如下：如图1电源电路，按键K1是整个电路的开关按键，U2是双稳态电路，按一下K1锂电池LI1就和VCC_BP导通给系统电路供电，实现开启系统的功能；再按一下K1锂电池LI1就和VCC_BP断开，起到关闭的作用。而图3中的LED指示灯在系统开启的状态下呈绿灯闪烁，关闭的时候灭灯。

K1开启之后，系统由主控逻辑单元进行控制，首先对锂电池电量进行检测，图2中电池电压经过R9\R10分压后输入主控逻辑单元进行电压的检测，当电池电压低于3.3V时，指示灯呈绿灯闪烁状态，系统不进行其他检测工作，并提示用户需要充电。充电时可以通过图1中J10输入5V，经过U3电池充电芯片对锂电池充电，在充电过程中，充电芯片通过CHG_S信号点亮指示灯并使之呈红灯状态，并通知主控单元当前的充电状态，当电池充满后红灯熄灭。

在开机状态中，将进行目视距离和头部坐姿检测。图4是目视距离测量电路，测距方法是位置传感器的三角形测距法。图中主控逻辑单元发送700HzPWM波给红外发射管(图4中N1显示)发射红外波，位置传感器D2接收到由桌面或书本反射回来的红外波，并产生两个电流I1、I2输出，I1、I2经过放大器进行放大并转换成电压信号传送到主控逻辑单元中，主控逻辑单元经过相应的数据处理得到对应的距离参数。图5中倾斜角度测量单元采用重力加速度传感器，重力加速度传感检测人体头部的倾斜角度，当头部往左或往右倾斜大于某一角度时，将通过主控逻辑单元触发报警装置。

最后是报警提示，报警提示电路主要是由语音芯片完成，通过检测主控逻辑单元发出的报警信号类型进行报警，通过语音提示使用者当前学习姿势不正确、需要休息、需要充电等。

综上所述是产品工作一次的主要步骤，在整个流程完成后系统将休眠5s后再进行下一次的检测。

本实施例的镜架式智能视力保护仪，其保护方法为：

步骤101开机后进行程序初始化；

步骤102进行电池电量检测，计算是否处于低电量状态，如果是低电量，则提醒用户需要进行充电或者更换电池；

步骤103开始学习的时间计时；

步骤104在开始计时后，测量头部至前面目标物体的距离；

步骤105测量头部的倾斜角度；

步骤106根据步骤104、105、103的测量结果，当有不满足条件的测量结果时，系统判断是哪种类型的报警，并且会触发步骤107、108；

步骤107根据步骤106的判断结果，如需报警，系统根据报警类型的不同，用声音、振动及发光等不同的形式或者不同形式的组合告知用户；

步骤108如需报警，则把报警信息通过无线以点对点或服务器中转的方式传送给其它终端；

上述步骤中103～105步骤没有先后顺序。

以上实施例只是对于本发明的部分功能进行描述，但实施例和附图并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (5)

1.一种镜架式智能视力保护仪，包括镜腿，或者包括镜腿和镜框，其特征在于，所述镜腿中，或者所述镜腿和镜框中安装有传感器、控制器和报警装置；

所述传感器对距离或者倾角进行测量，其中对距离进行测量的距离传感器的器件使用PSD、CCD期间的三角测量方法、能量法或者TOF方法的距离测量器件，对倾角进行测量的倾角传感器采用重力加速度传感器或者陀螺仪；

所述控制器接收来自所述传感器测得相应数据，所述控制器根据测量结果与设定值相比较，如果超出设定范围，则触发所述报警装置发出报警；

所述报警装置根据所述控制器的控制命令进行报警；

所述传感器、控制器和报警装置的电子元器件按照重量近似平均分配在两个镜腿中；

所述电子元器件中的震动器、电池位于右侧镜腿中，距离传感器及其附属电路位于镜框中或者左侧镜腿中，其他电子元器件位于左侧镜腿中；

所述倾角传感器对于倾角的判定左右不同；当所述倾角传感器在左侧镜腿或者在镜框中偏左侧时，检测时报警线设置右侧的角度比左侧角度大；当所述倾角传感器在右侧镜腿或者在镜框中偏右侧时，检测时报警线设置左侧的角度比右侧角度大；

所述距离传感器放置的角度根据镜框的大小和放置的位置，有一倾角，使探测传感器发出的光与目光平行或者相交于设定的距离；

使用者通过无线、有线方式触发启动标定功能，将现有的距离、倾角作为基准值对设备内的数据进行修正。

2.根据权利要求1所述的镜架式智能视力保护仪，其特征在于：镜框上沿内设置有走线槽；镜框上沿内走线槽内用三根线连接左右镜腿，分别为电源线、地线、震动器信号线，三根线每一根由多股线组成，多股外面有胶皮保证绝缘。

3.根据权利要求1所述的镜架式智能视力保护仪，其特征在于：镜框式智能视力保护仪通过有线或者无线的方式将使用数据发给终端或者云端；终端或者云端通过近期与长期的使用情况分析使用者近视是否加深并反馈给使用者或者使用者的监护人；终端或者云端将使用者的使用情况详细数据和汇总数据反馈给使用者或者使用者的监护人。

4.根据权利要求1至3之一所述的镜架式智能视力保护仪，其特征在于：使用者用手机、平板、电脑用无线、有线方式连接镜框式智能视力保护仪，对镜框式智能视力保护仪的报警距离、倾角、学习时间长度、报警次数、报警间隔、报警方式进行设定。

5.一种权利要求1至4之一所述的镜架式智能视力保护仪的保护方法，其特征在于：

步骤101 开机后进行程序初始化；

步骤102 进行电池电量检测，计算是否处于低电量状态，如果是低电量，则提醒用户需要进行充电或者更换电池；

步骤103 开始学习的时间计时；

步骤104 在开始计时后，测量头部至前面目标物体的距离；

步骤105 测量头部的倾斜角度；

步骤106 根据步骤104、105、103的测量结果，当有不满足条件的测量结果时，系统判断是哪种类型的报警，并且会触发步骤107、108；

步骤107 根据步骤106的判断结果，如需报警，系统根据报警类型的不同，用声音、或振动、或发光告知用户；

步骤108 如需报警，则把报警信息通过无线以点对点或服务器中转的方式传送给其它终端；

上述步骤中103~105步骤没有先后顺序。