本实用新型涉及台灯领域，具体涉及一种用于台灯的视力保护装置以及具有该视力保护装置的台灯。
背景技术：
目前我国的近视率排名世界第二，据统计，我国小学生近视率达34.17％，中学生为56.59％，而大学毕业生的近视率高达73.9％，青少年的视力问题日趋严峻。权威研究指出，书写、读书的姿势不正确、光线的过弱和过强是导致近视的主要原因。如果能将其学习和工作时的环境光照度和坐姿控制在保护视力的最佳条件下，则将会大大降低近视率。
传统的台灯的亮度是一定的，不能随环境光的变化而自动调整；现阶段的视力保护装置的设计虽然增加了检测和报警功能，但是未与台灯相结合。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本实用新型提出一种具有根据环境光自动调节亮度、检测用户坐姿、声光报警等功能的视力保护装置。
根据本实用新型，提供一种用于台灯的视力保护装置，所述视力保护装置包括坐姿检测电路、光照度检测电路、报警器和控制器，坐姿检测电路连接至控制器，测量台灯与用户之间的距离并将台灯与用户之间的距离传送至控制器；光照度检测电路连接至控制器，检测台灯的光照度并将台灯的光照度传送至控制器；报警器连接至控制器，根据控制器的控制而发出警报；控制器响应于台灯与用户之间的距离小于预定值或者响应于台灯的光照度在预定范围以外，触发报警器发出警报。
可选地，所述视力保护装置还包括显示装置，所述显示装置连接至控制器并从控制器接收和显示台灯与用户之间的距离或台灯的光照度的数值。
可选地，所述视力保护装置还包括模式选择按键，用户通过所述模式选择按键来选择自动地调节台灯的光照度或者手动地调节台灯的光照度。
可选地，当用户通过所述模式选择按键选择自动地调节台灯的光照度时，控制器将台灯的光照度保持在所述预定范围以内。
可选地，控制器利用周期方波高电平持续的长短来改变输出到台灯的模拟电压大小，以控制台灯的光照度。
可选地，当通过所述模式选择按键选择手动地调节台灯的光照度时，控制器仅响应于台灯与用户之间的距离小于所述预定值而发出警报。
可选地，所述视力保护装置还包括用于手动调节台灯的光照度的光照度增大按键和光照度减小按键。
可选地，所述预定值为25厘米，所述预定范围为700勒克斯至1000勒克斯。
可选地，所述警报包括声音警报和光警报中的至少一种。
根据本实用新型，提供一种台灯，所述台灯安装有所述视力保护装置。
与现有技术相比，根据本实用新型的视力保护装置使台灯拥有根据环境光自动调节亮度、检测用户坐姿、声光报警等功能，从而保护了使用者的视力，降低近视率。
附图说明
通过下面结合附图描述实施例，本实用新型的上述和/或其他目的和优点将变得更加清楚，其中：
图1示出了根据本实用新型的实施例的用于台灯的视力保护装置的结构框图；
图2示出了根据本实用新型的实施例的光照度检测电路的电路图；
图3示出了根据本实用新型的实施例的坐姿检测电路的电路图；
图4示出了根据本实用新型的实施例的单片机数据采集及显示电路的电路图；
图5示出了根据本实用新型的实施例的声光报警电路的电路图；
图6示出了根据本实用新型的实施例的视力保护装置的操作处理。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1示出了根据本实用新型的实施例的用于台灯的视力保护装置的结构框图100。所述用于台灯的视力保护装置可包括坐姿检测电路101、光照度检测电路102、按键103、模数转换器(A/D)104、控制器105、驱动电路106、报警器107和显示装置108。
如图1所示，坐姿检测电路101连接至控制器105，并且测量台灯109与用户之间的距离，然后将台灯109与用户之间的距离传送至控制器105。光照度检测电路102连接至控制器105，并且检测台灯109的光照度，然后将台灯109的光照度传送至控制器105。报警器107通过驱动电路106连接至控制器105，根据控制器105的控制而发出警报。控制器105可响应于台灯109与用户之间的距离小于预定值或者响应于台灯109的光照度在预定范围以外，触发报警器107发出警报。显示装置108连接至控制器105，并从控制器105接收和显示台灯109与用户之间的距离或台灯109的光照度的数值。在一个实施例中，所述预定值可以是25厘米，所述预定范围可以是700勒克斯(Lx)至1000勒克斯。报警器107可发出声音警报和光警报中的至少一种。
控制器105可包括但不限于单片机、ARM、FPGA等。在一个实施例中，所述视力保护装置的控制器可以是STC90C516RD+单片机，并且可采用C语言编写目标系统软件。光照度检测电路102可实时监测环境光照度并将其转换为电信号，然后将电信号通过模数转换器104传输到控制器105中。按键103可包括模式选择按键，以进行自动模式和手动模式的切换。按键103还可包括光照度增大按键和光照度减小按键，以实现对台灯109的光照度的大小的手动调节。
图2示出了根据本实用新型的实施例的光照度检测电路102的电路图200。如图2所示，光照度检测电路102可包括光照度传感器(例如，硅光电池等)和信号调理电路。信号调理电路可包括运算放大器，运算放大器对通过光照度传感器获得的电信号进行滤波放大处理。在一个实施例中，光照度检测传感器将光照度转换成电流输出，电流范围大约为0.1mA-0.3mA。然后，电路流过流压转换电路，将电流转换为电压并进行放大。光照度检测传感器的输出电流I和运算放大器的输出电压U的关系式如下：
U＝500×I(1)
将光照度检测传感器产生的电流转换为电压并将该电压放大500倍，该信号随后被传送到模数转换器104及控制器105，以实现光照度的采集与测量。
图3示出了根据本实用新型的实施例的坐姿检测电路的电路图300。如图3所示，坐姿检测电路101可采用HC-SR04模块，所述模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。所述模块的基本工作原理为IO口TRIG触发测距，提供至少10μs的高电平信号；模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回；如果有信号返回，则通过IO口ECHO输出一个高电平，该高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
坐姿检测传感器与用户之间的距离的计算公式如下：
D＝CT/2(2)
其中，D为坐姿检测传感器与用户之间的距离(单位：m)；C为声波在介质中的传输速率(单位：m/s)；T为发送超声波的时间与接收到超声波的时间之间的时间差(单位：s)。
在其它实施例中，坐姿检测传感器还可以是红外距离传感器或激光距离传感器等。
图4示出了根据本实用新型的实施例的单片机数据采集及显示电路的电路图400。如图4所示，在一个实施例中，控制器105可采用STC90C516RD+单片机，检测高电平持续的时间(即，超声波从发射到返回的时间)，进行运算处理得出距离。显示装置108可以是液晶显示屏(LCD)，所述LCD可实时地显示距离。通过按键103输入来确定台灯亮度调节模式，对光照度检测电路102输出的电压值进行取样，通过A/D转换器105反馈给所述单片机，所述单片机对电压值进行调整处理，以将电压值转化为相应的光照度。另外，液晶显示屏还可实时地显示此时的环境光照度。控制器105可利用周期方波高电平持续的长短来改变输出到台灯109的模拟电压大小，以控制台灯109的亮暗(即，光照度的大小)。
如图4所示，A/D转换可通过PCF8591的I2C总线通信来实现。PCF8591是一种具有I2C总线接口以及内部始终电路的8位A/D转换芯片，在与单片机的信息传输过程中，PCF8591仅利用时钟线SCL和数据线SDA就可以实现A/D转换，时钟线SCL和数据线SDA可分别与单片机的P2.1和P2.0口连接。在一个实施例中，将硅光电池通过光电转换获得的电压信号进行模数转换，由单片机进行读取并判断该电压信号的大小，从而获得台灯的光照度的大小。
如图4所示，设置了4个相互独立的按键(包括“Automatic”按键，“Manual”按键，“+”按键和“-”按键)，其中，“Automatic”按键和“Manual”按键为用于进行自动模式和手动模式的切换的模式选择按键，“+”按键和“-”按键分别是用于实现对台灯109的光照度的大小的手动调节的光照度增大按键和光照度减小按键。如图4所示，这四个按键分别与单片机的P1.1-P1.4口连接。另外，液晶显示屏可采用LCD1602液晶屏，以用于显示用户与台灯之间的距离和环境光照度，LCD1602的数据线D0-D7口可通过锁存器分别和单片机的P0.1-P0.7口连接，LCD1602的RS、E端口可分别与单片机的P2.6和2.7口连接。
在其它实施例中，A/D转换器105和显示装置109还可以是能够实现类似功能的其它器件。模式选择按键还可以是单个按键，例如，通过所述单个按键的按下或弹起来选择采用自动调节模式还是采用手动调节模式。另外，用于手动调节模式的光照度增大按键和光照度减小按键还可以是其它形式的控制件(例如，旋钮等)。
图5示出了根据本实用新型的实施例的声光报警电路的电路图500。如图5所示，报警器107可采用包括发光二极管和蜂鸣器的声光报警电路。在一个实施例中，当通过坐姿检测电路测得距离值小于给定数值时，控制器105可将一个低电平信号发送到声光报警电路，此时，三极管可被导通，蜂鸣器可发出声音报警，发光二极管可被点亮，以提醒台灯的用户调整坐姿。
在其它实施例中，还可采用能够实现报警功能的其它报警电路，例如，利用扬声器进行报警。或者，通过所述声光报警电路以其它方式提醒用户，例如，使发光二极管闪烁或者使蜂鸣器播放音乐。
图6示出了根据本实用新型的实施例的视力保护装置的操作处理600。如上所述，所述视力保护装置可包括模式选择按键，用户可通过所述模式选择按键来选择自动地调节台灯109的光照度或者手动地调节台灯109的光照度。当用户通过所述模式选择按键选择自动地调节台灯109的光照度时，控制器105可将台灯109的光照度保持在预定范围(例如，700勒克斯至1000勒克斯)以内，控制器105可采用脉冲宽度调制(PWM)调光技术，通过周期方波高电平持续的长短来改变输出到台灯109的模拟电压大小，以控制台灯109的光照度。具体而言，所述高电平的持续时间越长，输出到台灯109的模拟电压越大，则台灯109的光照度越大；所述高电平的持续时间越短，输出到台灯109的模拟电压越小，则台灯109的光照度越小。当通过所述模式选择按键选择手动地调节台灯109的光照度时，控制器105可仅响应于台灯109与用户之间的距离小于预定值(例如，25厘米)而发出警报。
参照图6，当台灯109被开启时，处理600开始于步骤601。在步骤602，控制器105进行初始化。在步骤603，通过坐姿检测电路101测量用户与台灯之间的距离X。在步骤604，通过光照度检测电路102检测台灯的光照度(即，环境光照度)L。随后处理600进行到步骤605，在步骤605，控制器105判断用户与台灯之间的距离X是否小于25厘米。如果在步骤605确定X小于25厘米，则处理600进行到步骤606。在步骤606，处理600使报警器发出警报，以提醒台灯的用户调整坐姿。如果在步骤605确定X大于或等于25厘米，则处理600进行到步骤607，在步骤607，由显示装置显示此时的用户与台灯之间的距离。
在步骤607之后，处理600进行到步骤608，在步骤608，进行按键检测，以在步骤609确定“Manual”按键是否被按下。如果在步骤609确定“Manual”按键被按下，则在步骤611确定“Automatic”按键是否被按下。如果在步骤608确定“Manual”按键未被按下或者在步骤611确定“Automatic”按键被按下，则台灯进入自动调节模式。如果在步骤611确定“Automatic”按键未被按下，则台灯进入手动调节模式。
在进入自动调节模式之后，在步骤610，处理600确定台灯的光照度L是否在700勒克斯至1000勒克斯之间。如果在步骤610处理600确定台灯的光照度L在700勒克斯至1000勒克斯之间，则处理600进行到步骤614，否则处理600进行到步骤612。在步骤614，处理600保持台灯的光照度不变。在步骤612，处理600确定台灯的光照度L是否小于700勒克斯。如果在步骤612处理600确定台灯的光照度L小于700勒克斯，则处理600进行到步骤616，否则处理600进行到步骤615。在步骤615，处理600使台灯的光照度减小。在步骤616，处理600使台灯的光照度增大。
在进入手动调节模式之后，处理600在步骤613确定“+”按键(即，光照度增大按键)是否被按下。如果在步骤613确定“+”按键被按下，则在步骤620，处理600使台灯的光照度增大。如果在步骤613确定“+”按键未被按下，则在步骤617确定“-”按键(即，光照度减小按键)是否被按下。如果在步骤617确定“-”按键被按下，则在步骤618，处理600使台灯的光照度减小。如果在步骤617确定“-”按键未被按下，则在步骤619，处理600使台灯的光照度保持不变。在步骤614、615、616、618、619和620之后，在步骤621，由显示装置显示当前的环境光照度(即，台灯的光照度)。在步骤621之后，处理600返回到步骤603。处理600不断循环进行，直至台灯关闭为止。
与现有技术相比，根据本实用新型的视力保护装置使台灯拥有根据环境光自动调节亮度、检测用户坐姿、声光报警等功能，从而保护了使用者的视力，降低近视率。
上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，并且实施例仅仅是对本实用新型的优选实施例进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本实用新型的保护范围。