“善目”智能护眼笔

李茜

摘 要：随着人们对教育的重视程度越来越高以及经济的快速发展、竞争的日益加剧，家长对孩子学习的重视程度也越来越大，学习占据青少年大部分的时间，很多同学由于坐姿等的不正确，不懂护眼，加上各种电子产品的层出不穷，越来越多学生的视力正在受到严重的威胁，这已经造成一个不可忽视的问题。为了有效缓解这个问题，本创意设计了一个基于HOLTEK MCU为核心的智能视力护眼笔，将学生的坐姿、拿笔方式、所处环境的光亮统一考虑，并且通过传感器的智能控制达到保护学生视力的目的。

关键词：智能护眼；触摸传感器；超声波传感器；光强传感器

1 工作原理

1.1 工作原理概括

本设计以HOLTEK MCU为核心，主要通过触摸传感器、光强传感器、超声波传感器3个传感器分别判断握笔姿势是否正确，外界光照强度是否达到看书适宜光照，坐姿位置是否合理来纠正用笔者的坐姿以使用笔者处于最佳的用眼状态。外加震动模块提醒用笔者坐姿是否正确和LED模块改变外界光照强度以达到要求。

1.2 工作原理分述

1.2.1 触摸传感器监测模块

触摸传感器用于感知用笔者是否正确握笔（是否握到正确握笔的3个点），设计用3个触摸传感器来模拟握笔的3个点，当用笔者没有触摸正确时（触摸传感器没有产生形变），根据触摸传感器的工作特点：产生形变时输出高电平，没有产生形变时输出低电平。触摸传感器正是将高低电平信息传达给单片机，单片机根据程序判断控制马达震动，直到用笔者握笔姿势正确马达才停止震动（任何一个点没握正确都会震动）。

1.2.2 光强传感器检测及调节模块

光强传感器可检测环境的光亮情况，由光敏电阻测量环境光强并将其信号传达给单片机，调节光敏传感器模块的滑动变阻器可以设置阈值（即适宜用眼光强），单片机根据所设置的阈值与光敏电阻所测光强进行对比控制输出信号，并且控制调节环境光强的LED灯光强以达到所设置的适宜写字的光亮环境。

1.2.3 超聲波测距模块

本模块使用超声波传感器并将其安装在笔头，超声波传感器通过发送超声波到用笔者身上固定一点，经用笔者反射再返回超声波传感器，超声波传感器根据超声波产生并返回的时间以及超声波的波速可以计算出用笔者与笔之间的距离，将该距离信息传达给单片机，再与所设置的安全距离进行比较从而判断用笔者所坐距离是否正确；若不正确，单片机根据程序控制震动马达震动，若正确则不震动。

2 作品结构

2.1 系统结构

超声波检测模块用于检测握笔者与书桌的距离是否达到正确坐姿的距离范围；触摸传感器模块用于检测握笔者的握笔姿势是否正确，笔上安装有3个触摸传感器，模拟握笔的3个点；光强传感器模块用于检测外界的光照强度是否达到护眼的光照强度；震动传感器模块用于根据单片机所感知的距离和握笔姿势是否正确，从而判断是否产生震动；LED光照模块用于接收光强传感器的调节从而控制LED灯的光照强弱。

2.2 系统流程图

3 测试方法

此智能护眼笔大致可以分为3个模块：对于控制握笔姿势这个模块，触摸传感器的硬件工作原理是背面受压感知信号，写好程序后需要用手去触摸传感器看其是否正常工作（必须握住3个点才停止震动），如果成功，在安装笔时，提前标注出正确握笔的3个点安装即可；对于控制周围光亮这方面，光敏电阻感知周围光强，利用滑动变阻器设置光强的阈值将光亮调节到适宜写字的光强，再烧进程序，在测试时，可以将笔放在弱光的环境下，看笔头的光亮是否随之而调节；对于调整坐姿这方面，利用超声波检距，由于发出的超声波信号只能打在15cm2的平面上返回然后通过程序设置其距离，该装置装于笔尾，测试时在人已经调整好坐姿以后，可以尝试弯腰或近于或远于我们所设置的标准范围，则发出警告（震动）。

测试结果：当打开检测握笔姿势的开关时，当握笔点有一个不正确时，则发出警告，只有握笔的3个点均正确时，笔才正常工作以达到调节握笔姿势的功能；当环境中的光强没有在我们所设置的标准之内则笔中灯调节自身光亮使之达到标准值以达到护眼功能；当人体的距离远于或近于标准的写字距离时，则发出警告，直至其达到标准距离以达到调整坐姿的功能。

参考文献

[1]戚磊，姚俊红.基于坐姿纠正和走神提醒的智能护眼仪[J].山西电子技术，2015，（2）：21-22.

（作者单位：重庆交通大学）