防近視多功能學(xué)習(xí)椅的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：防近視多功能學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)椅能夠準(zhǔn)確提醒使用者坐姿錯(cuò)誤，專門設(shè)計(jì)了一套控制系統(tǒng)，采用光電耦合器作為防近視多功能學(xué)習(xí)椅的傳感器，經(jīng)測(cè)試，使用此控制系統(tǒng)后的防近視多功能學(xué)習(xí)椅的控制靈敏，達(dá)到技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)椅；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 概述

長(zhǎng)期不正確的坐姿會(huì)導(dǎo)致用眼姿勢(shì)不正常，從而影響眼球的正常發(fā)育，很容易導(dǎo)致近視眼的形成。防近視多功能學(xué)習(xí)椅是一種適合工作學(xué)習(xí)等近距離用眼的功能椅，從矯正坐姿出發(fā)保證使用者的眼睛距書本30cm左右，是預(yù)防近視的一種有效手段。為了矯正錯(cuò)誤的姿勢(shì)，采用提示音提醒使用者注意，因此，防近視多功能學(xué)習(xí)椅設(shè)計(jì)了報(bào)警裝置[1]。

2 防近視多功能學(xué)習(xí)椅的控制系統(tǒng)工作原理

防近視多功能學(xué)習(xí)椅主要由擋臂機(jī)構(gòu)、椅座、靠背及報(bào)警裝置等組成。該報(bào)警裝置的信號(hào)檢測(cè)裝置裝于桿臂連接件的下方，報(bào)警喇叭裝于椅背。使用者前傾身體前傾會(huì)帶動(dòng)擋臂旋轉(zhuǎn)，擋臂旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)光電耦合器的圓撥盤轉(zhuǎn)動(dòng)。圓撥盤部分對(duì)應(yīng)的不同角度有孔或無(wú)孔，孔可以穿過(guò)光線。當(dāng)擋臂處于正常角度時(shí)，傳感器發(fā)出信號(hào)不觸發(fā)信號(hào)，這時(shí)候報(bào)警蜂鳴器不發(fā)出聲音；而當(dāng)使用者坐姿不端正，擋臂旋轉(zhuǎn)的角度超過(guò)正常轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍時(shí)，導(dǎo)致圓形撥盤的轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，傳感器觸發(fā)信號(hào)，則報(bào)警蜂鳴器鳴叫，提醒使用者坐姿錯(cuò)誤，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警的功能。

3 防近視多功能學(xué)習(xí)椅的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文章設(shè)計(jì)的防近視多功能學(xué)習(xí)椅控制系統(tǒng)采用光電系統(tǒng)，光電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的主要硬件模塊包括：光電耦合器、電源電路、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路、復(fù)位電路等[2]。其控制系統(tǒng)硬件原理圖如圖1所示。擋臂處于正常角度時(shí)，光電傳感器不觸發(fā)信號(hào)，單片機(jī)P2.0輸入的是高電平，這時(shí)候蜂鳴器不報(bào)警；而當(dāng)使用者坐姿不端正，擋臂旋轉(zhuǎn)的角度超過(guò)正常轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍時(shí)，光電傳感器觸發(fā)信號(hào)，單片機(jī)P2.0輸入的是低電平，這時(shí)候程序控制單片機(jī)IO口，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫。

本控制系統(tǒng)采用的核心芯片為MSP430g2553， MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器（TI）1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集（RISC）的混合信號(hào)處理器（Mixed Signal Processor）。MSP430單片機(jī)稱之為混合信號(hào)處理器，是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片上。為了精確控制擋臂結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度，控制系統(tǒng)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(jiǎn)稱光耦。它是以光為媒介來(lái)傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端信號(hào)耦合到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字電路上獲得廣泛的應(yīng)用[4]。

控制系統(tǒng)的程序代碼：

#include

unsigned int i=0；

int main（void）

{

WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD；// Stop watchdog timer

/*********************定時(shí)器配置**********************/

BCSCTL3 |= LFXT1S_2； // Set LFXT1為vol時(shí)鐘即12kHZ

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

CCR0 =12000； //設(shè)置捕獲/比較寄存器，初始值為12000，對(duì)于ACLK時(shí)鐘頻率為12kHz的頻率

TA0CTL = TASSEL_1 +TACLR+MC_1； // 設(shè)置定時(shí)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(wú)遮擋時(shí)，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(shí)，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(shí)器A的CC0中斷處理程序沒有返回值

{

i++；

}

4 結(jié)束語(yǔ)

防近視多功能學(xué)習(xí)椅的控制系統(tǒng)采用了單片機(jī)控制的數(shù)字電路，經(jīng)測(cè)試，可以準(zhǔn)確控制防近視多功能學(xué)習(xí)椅的報(bào)警動(dòng)作，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，取得良好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]楊國(guó)僑，胡敏烽，等.防近視多功能椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和有限元分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（8）：25-26.

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

[3]郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程-入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]吳永明.基于單片機(jī)PIC16F74的電動(dòng)按摩椅的研制[J].單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用，2006（22）：31-33.

作者簡(jiǎn)介：胡敏烽，嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械131卓越班學(xué)生。