多功能防近视桌椅系统的创新设计

李邦彦

（徐州市第三中学，江苏徐州，221005）

0 前言

随着教育水平的不断提升以及升学压力的不断增大，青少年学生的课程负担越来越重，各种课后辅导以及课后习题扑面而来，其不仅增加学生的学习负担，长时间埋头苦学也给学生的身体（特别是眼睛）造成严重的伤害。近年来，我国青少年近视发病率不断升高：全国小、初、高、大学生的视力不良率分别为45.71%、74.36%、83.28%和86.36%，而造成这种状况的主要原因之一就是：学生长时间看书写字时坐姿不正确，眼睛距离书本太近[1]。另一个造成学生近视的主要原因就是桌椅高矮比例与学生身高配比不合理[2]。近年来，有些学校利用“防近视栏杆”迫使学生保持用眼距离[3]，如图1所示，这种强迫给学生带来诸多不便，同时可能会使学生依赖上这种栏杆，不利于良好习惯的养成。

图1 “防近视栏杆”

鉴于学生视力问题越来越令人担忧，而目前尚缺乏解决这一问题的有效方法，创新设计一种多功能防近视桌椅系统，进而来实现对学生学习过程的实时监督，有利于学生在学习时眼睛和书本保持良好的距离，让学生慢慢养成良好的学习习惯。该多功能防近视桌椅系统通过红外感应器实现对人体头部与桌面之间距离和人体背部与椅背之间距离的检测，由单片机实现对信号的数字化处理并输出，然后将测量值与设定值进行对比分析，进而确定报警系统的工作情况。同时使用者可以通电电动推杆调节座椅的高度，从而使该桌椅系统能够适应不同身高的使用者。

1 多功能防近视桌椅系统的技术方案

多功能防近视桌椅系统主要包括桌椅本体（座椅内部设有椅高调节系统），防近视系统，电源系统等。该多功能防近视桌椅系统的示意图如图2所示。

图2 多功能防近视桌椅系统的示意图

■1.1 多功能防近视桌椅系统的桌椅本体

如图2所示，多功能防近视桌椅系统的桌椅本体主要包括课桌本体和座椅本体。课桌本体上设置有智能调光台灯和储物盒。智能调光台灯上装有光敏传感器，采用无频闪的LED灯，根据实时亮度调节灯光，以打造最适学习环境，减少用眼疲劳。在桌椅本体的侧边设置有置物筐，可以用来放置书包等。桌面上设置有支撑台，该支撑台可以调整角度，方便使用者阅读时使用。同时，桌面上设置有可以调节高度的阅读支架，使用者可以用来放置书本，进而避免在学习中反复低头。所述座椅本体的坐垫下方设置有电动推杆，坐垫在电动推杆的作用下可以进行升降，进而调整座椅的高度，使得该桌椅系统能够适应不同身高的使用者。

■1.2 多功能防近视桌椅的防近视系统

防近视系统其工作原理在于通过红外感应器实现对人体头部与桌面之间距离和人体背部与椅背之间距离的检测，由单片机实现对信号的数字化处理并输出，然后将测量值与设定值进行对比分析，进而确定报警系统是否工作。如图2所示，防近视系统主要包括背部红外感应器，头部红外感应器，智能处理器（单片机）及蜂鸣器，高压转换装置等。头部红外感应器设置于可升降阅读支架上，其主要用来检测人体头部与桌面之间的距离。背部红外感应器设置于座椅本体靠背上，其主要用来检测人体背部与椅背之间的距离。高压转换装置主要功能是将外部电源的高压交流电通过变压、整流、滤波等电路转化为低压直流电进而对防近视系统供电，并保证使用者的安全。单片机通过电路与参数设定模块相连，通过参数设定模块设定参数。课桌和座椅上的红外感应器将采集的红外信号通过转换电路将电信号传送到单片机，单片机将头部红外感应器和背部红外感应器的测量值与参数设定模块的设定值进行对比；当头部红外感应器的测量值小于设定值而背部红外感应器的测量值大于设定值时，报警蜂鸣器发出警报声。

2 多功能防近视桌椅系统的工作过程

图3 工作流程

多功能防近视桌椅系统通过课桌、座椅靠背及坐垫上的三个传感器综合测量，来检测人体的坐姿是否正确。红外感应器作为智能防近视桌椅的“眼睛”，主要检测人体坐姿的变化，并将信息传递给系统的“大脑”单片机控制器。“大脑”单片机将“眼睛”观测的数据与设定值对比，如果超出设定范围，其会发出提醒，促使使用者及时调整坐姿，达到预防近视的目的。座椅上所设置的压力传感器可以判定防近视系统是否工作，以防止当使用者离开座椅时产生的误报警。即防近视系统接通电源后，首先进入待机模式，然后座椅上的压力传感器判断学生是否入座学习。若达到压力设定值，则防近视系统开始工作，实时监督。当学生从座椅上站起来休息时，压力减小，此时防近视系统不工作，以防止产生不必要的报警。其具体工作流程如图3所示。

3 总结

创新设计一种多功能防近视桌椅系统，通过红外感应器实现对人体坐姿的检测，然后借助于单片机实现对信号的数字化处理并输出，进一步将测量值与设定值进行对比分析，来确定报警系统是否报警。其创新点在于：①同时检测人体头部与桌面之间距离和人体背部与椅背之间距离，进而综合判断，使得报警更加准确；②防近视系统的工作与否通过座椅上压力传感器来判断，进而防止学生离开座椅时产生的误报警；③通过电动推杆调节座椅的高度，从而使该桌椅系统能够适应不同身高的使用者。该多功能防近视桌椅系统能有助于学生养好良好的学习习惯，远离近视的困扰。