儿童护目卫士—— 电子产品智能监控系统

朱方逸 徐铫峻 孙乐瑶 王怡雪 冯家龙

绍兴文理学院 浙江绍兴 312000

摘要：本文简要介绍了一种预防青少年近视暨促进电力资源节约的装置及方法，所述系统包括：激光测距仪，设置于电子产品上，用于根据发射时间和接收时间计算用户与电子产品之间的距离；控制器，用于接收所述激光测距仪的测量距离，比较所述测量距离与预设的距离阈值；语音模块，用于在所述控制器检测到距离过近时，进行语音提醒。在我国青少年近视率较高的当下，护目者以外接设备的形式，能够适用于大多数的电子产品，控制青少年使用电子产品的使用时间段、使用时长，智能检测青少年使用电子产品时的用眼环境及用眼姿势，呵护孩子心灵的窗户，并通过人体感应技术预防电力资源的浪费，贴心地成为使用者的电子产品小管家。

关键字：激光测距、近视、青少年、资源

2018 年世界卫生组织的一项研究报告显示，中国近视患者达 6 亿，青少年的近视率已居世界第一，且仍然不断呈上升趋势，对青少年身体健康以及经济社会可持续发展构成威胁。同年8月教育部、国家卫生健康委员会共同起草《综合防控儿童青少年近视实施方案（征求意见稿）》向社会公开征求意见。方案提出，将儿童青少年近视防控工作、总体近视率和体质健康状况纳入政府绩效考核指标，足见国家对青少年近视问题的重视。

据调研，青少年近视发生率过高，一部分原因在于错误的电子产品使用姿势：眼睛距屏幕过近，不平视屏幕。另一引发青少年近视问题的原因则是电子产品的过度使用，儿童青少年的视觉神经还没有发育完善，长时间注视电子屏幕，导致其用眼强度增大，眨眼频率降低，很容易造成视力减退。但是一直没有实质性方法来防治电子产品的过度使用，青少年的心智尚未成熟，易沉迷于游戏中，大多只能依靠家长的督促，但家长有自己的工作与事务，仅仅依靠家长的监督并不现实。

1. 研究思路

首先，对于青少年使用电子产品时间段不方便管理，可能出现孩子半夜偷偷使用电子产品的问题，我们通过电脑程控进行密钥设定，需要由使用者输入正确密码才能够打开设计作品所绑定的电子产品，有效控制青少年使用电子产品的时间段。其次，以光敏传感器检测青少年使用电子产品环境光照强度，过弱或过强则无法使用电子产品，来解决青少年可能在不适宜的光照强度下使用电子产品的问题。据调研，青少年近视发生率过高，一部分原因在于错误的电子产品使用姿势，存在眼睛距屏幕过近，不平视屏幕的问题。我们通过激光测距技术监督青少年的用眼姿势，并由控制器将测量距离与设定距离相比较，若小于设定距离就意味着青少年并未与电子产品保持适当的距离或眼睛未平视电子产品，则语音模块发出提醒，若不及时调整距离及坐姿，则在设定时间中关闭电子产品，从而实现青少年与电子产品保持适当的距离、眼睛平视电子产品的效果。另一引发青少年近视问题的原因则是电子产品的过度使用，青少年的视觉神经还没有发育完善，长时间注视电子屏幕，导致其用眼强度增大， 眨眼频率降低，很容易造成视力减退。我们通过控制器统计孩子使用电子产品总时间并通过蓝牙模块将数据实时在家长的手机上进行更新，便于家长监督。最后，对于电力资源浪费问题，我们通过红外传感器是否仍有观众位于电子产品前，若检测到无观众，则将信号传至控制器，控制器开始预设时间的倒计时，到达设定时间将自动关闭电子产品。

图 1作品结构示意图

2. 工作原理

1、控制器接收到电子产品的启动通知；

2、当控制器接收到正确的开启电子产品密钥后，继电器开始工作，为整个系统提供电力；若密钥错误，则继电器不会开始工作，无法使用电子产品；

3、继电器开始工作后，控制器优先接收光敏传感器的信号，若测得光照强度过暗或过亮，则控制器不会开始下一步指令；当环境的光照强度符合设定的条件，激光测距模块开始工作；

4、激光测距模块每隔预设间隔时间，向前方发射激光，并接收前方反射的激光，根 据发射时间和接收时间计算用户与电子产品之间的距离，同时根据测得距离判断用户是否平视电子产品；

5、控制器接收激光测距模块的测量距离和用户视线方向，在判断用户是否斜视屏幕的同时比较测量距离与预设的距离阈值，如果测量距离小于预设的距离阈值或用户斜视屏幕，则控制器控制语音模块进行提醒直到用户平视屏幕且与设备保持了合适距离；

6、当家长使用时，若不想接受监管，能够通过蓝牙模块发送关闭监管请求给控制器，控制器接收到关闭监管请求后开启家长模式，关闭本系统的同时继电器保持工作状态，使用户能够正常使用绑定的电子产品；通过探测红外线以检测是否仍有观众位于电子产品前，若检测到无观众，则将信号传至控制器，控制器开始设定时间的倒计时，到达设定时间将自动关闭电子产品。

7、WIFI传输模块能够将儿童在电子设备前的情况传输到家长的手机上，方便家长核查青少年使用电子产品情况。

图 2逻辑流程图1 图 3逻辑流程图2

3. 作品意义

对青少年而言：本作品可及时提醒青少年调整至正确的用眼姿势和合适的用眼环境，有效缓解眼疲劳，预防近视或度数加深，帮助青少年养成良好的用眼习惯。同时实时监测、统计青少年使用电子设备的时长，避免青少年过度用眼、沉迷电子产品，培养青少年适度用眼、适度娱乐的良好习惯。

对家长而言：成为家长的第二双眼，帮助家长实时监测、掌握孩子使用电子产品的时长，使家长通过手机端即可远程管理孩子的电子产品，减轻了家长工作之余对孩子电子产品使用情况的监管压力，优化了家长对电子产品的管控方法。

对社会而言：本作品提出了实质性的方法以防治青少年电子产品的过度使用以及矫正青少年使用电子产品的姿势和环境，有效填补了预防近视领域的空白，提出了青少年近视防控的装置及方法以应对无有效手段治愈近视问题。

4. 产品创新点

·姿势检测，环境识别

利用激光测距模块，测量人与设备之间的距离，判断青少年用眼姿势是否正确，若距离电子产品过近，或是眼睛未平视电子产品，语音模块将发出提醒，提示青少年及时调整至正确用眼姿势。并且利用光强检测，智能判断青少年的用眼环境是否合适，光线过强或是过暗，电子产品将不予打开，以确保青少年在合适的用眼环境下使用电子产品。

·实时监测，远程管理

实时监督青少年使用电子产品的情况和时长，并对监测数据进行实时反馈，使监管者远程掌控青少年使用电子产品的情况，减少甚至解放监管者的管理作业。

·智能判断，家长模式

家长若不想接受监管，可开启家长模式，通过蓝牙模块关闭本系统。并且家长拥有对绑定电子产品最高管理权限，可在孩子达到或超过最大使用时长后，远程关闭电子产品，避免孩子过度使用、沉迷电子产品。

·普适性强，外挂便捷

以外接的形式绑定电子产品，通过继电器控制电子产品开关且电脑程控设定密钥，使青少年模式不再局限于部分电子产品，对原本青少年能够随意使用的电视、游戏机等电子产品都能进行管理。在设计作品外接后能够适用于控制、管理绝大多数电子产品，高效实现对于青少年使用电子产品的时间，用眼姿势及用眼环境的严格管控。

5. 系统模块设计

本系统主要由8个部分组成：主MCU模块，蓝牙模块，TFTLCD触摸液晶屏，继电器模块，摄像头，激光测距模块，语音模块，12V电源适配器，人体感应模块。

我们还运用了光学和电磁学的物理知识。红外传感器和激光测距模块运用了光学的知识，红外传感器通过感应目标辐射的红外线来感应目标，而激光测距模块通过测量激光射出并接受到反射光的时间来计算目标距离；蓝牙和WIFI摄像头传输模块运用了电磁学的知识，两个模块均通过接收发送无线电波来达到传输信息的功能。

图 4作品整体图

6. 结论

本作品适用于管理与控制青少年能够使用的绝大多数电子产品，电子产品外接本作品后，可实现对青少年电子产品科学的智能化管控，能够应用于家庭或学校等多个场景，能够适用于青少年近视防治、电力资源节约等领域。在后续的改进中可进一步改进装置，使装置更便于安装和携带，减弱使用环境对设备精确程度的影响，从而改进出拥有更多的实际应用价值，满足社会需求的电子产品监控系统。

7. 参考文献

[1]付宝臣.高精度激光测距仪硬件电路研究[M].南京理工大学，2007

[2]赵大龙，秦来贵，霍玉晶.脉冲激光测距接收技术的研究[j].光电技术应用，2005

[3]刘火良，杨森.STM32库开发实战指南.机械工业出版社，2015