基于超声波的坐姿监视器设计

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中国的学生近视率在全世界的排名，已从 1998年的第 4位，上升为第 2位了；引起少年儿童近视眼发病率居高不下的直接原因是长时间观看近的物体。目前从幼儿园的小朋友开始，学习写字就将身体趴f犬案)在桌子上，时间长了，就养成坐姿不正确、长时间近距离看书、写字的坏习惯，现城市内的中、小学校学生每班的学生有 85%至 90o/0的是将身体趴(伏案)在桌子上写字、看书 。

超声波坐姿监视器可以实时监视使用者的坐姿情况，-旦发现坐姿不端正，并会通过振动、声音、光等形式向使用者发出报警，促使使用者改正坐姿，从而达到预防和纠正坐姿不端正问题。

2作品的原理与功能2.1作品设计基本思路超声波坐姿监视器采用了超声波测距、单片机控制等先进技术，融合 体学原理，根据使用者普遍规律，是-款高科技的智能化产品。

监视器通过超声波传感器检 0使用者眼睛与书本的距离来实时监视坐姿，工作示意图如图1。

(a)坐姿端正时 (b)坐姿不端正时图 1超声波坐姿监视器工作示意图Z2电路设计监视器以单片机为控制核心，主要由电源、-体式超声波探头、放大电路、按键和报警装置构成。电路结构图如图2。

图2 坐姿监视器电路框图主要器件选择测距传感器选用-体式超声波探头，探头直径 lOmm，长度 8mm，重量5g，盲区范围15cm，驱动电流20mA，工作频率40K，发射角度 15度。

控制主芯片选用深圳宏晶科技有限公司最新产品STC15L204E单片机，该单片机8脚 SOP封装，内部具有误差1%精度的最高35MHzRC振荡器，并可编程分频，Z4V-3.6V工作电压，引脚驱动能力达20mA，并且可以设置成强上拉输出或者高阻输入状态日。

运算放大器选用Microchip公司的低压芯片MCP6002，工作电压1.8v5.5v.内部双运放，SOIC-8封装，静态电流100uA。

电路原理图见图3，监视器以单片机为核心，单片机发射40KHz方波信号驱动超声波发射头，超声波遇物体反射信号经-体超声波接收头接收后，信号经交流放大器放大后送至单片机。由于使用的是收发-体的超声波探头，发射回路与接收回路相连，因此单片机在发射方波时，引脚设置成强上拉输出状态，发射完成后引脚马上设置成高阻输入状态，避免引脚输出电平钳位了接收信号。

图3坐姿监视器电路原理图2.3工作过程分析电路接通电源后，单片机断续发射方波给超声波探头，超声波探头接收到反射信号向单片机中断，单片机根据发射与接收间隔时间来计算探头与物体之间的距离▲而判断使用者坐姿是否规范。单片机工作主流程见图4。

否图4单片机主流程图为降低系统功耗，单片机每隔200mS对超声波探头发射 8个 40K方波，在发射第-个方波时开启定时器，待发射结束后再延时500uS开启单片机中断，以避开探头余震的影响。单片机根据定时时间来计算探头与物体的距离。测距流程见图5。

作品设计中采用了智能化的违规”判断方式，主要作用是剔除掉如偶尔低头等假违规”动作。当在连续15秒内检测到距离均小于参考值时，监视器做出报警。参考值是由设定的标准值再增减允许移动量。

当检测距离过远超出量程或过近超出量程时，单片机都无法得到超声波返回信号，此时要根据上-个信号是近信号还是远信号来确定当前是正方向还是负方向超量程。如果负方向持续超量程，lVz，说明坐姿已经严重不端正，要做出报警动作。智能判断的流程见图6。

3作品结构作品采用了探头与主机分离结构，见示意图7。使用者在头部只要佩戴探头即可，大大减轻了头戴部分的重量。电源部分采用两节7号干电池或充电池串联。电池、电路板、按键、声光震动提醒装置全部集合于项目来源：浙江省大学生科技创新项 目。编号 2012R460004，项 目名称 ：学生坐姿监视器 通讯作者 ：王楠 ，项目指导教师- 3O-科 技 创 新 2013年第29期 l科技创新与应用浅析回转窑筒体安装工艺黄志毅(宝钢湛江钢铁公司球团厂，广东 湛江 524005)摘 要：随着现代高炉炼铁技术的进步，球团矿因其含铁品位高，机械强度高，渣量低 ，还原性好等优点，是-种广为接受的理想炼铁炉料。于是链篦机-回转窑法就应运而生了。它生产能力大，可以使用多种铁矿和燃料，控制较为灵活，又能回收循环使用环冷机的热能。因此，链篦机-回转窑法生产球团矿近年来在国内发展很快，已经出现了年产量 500万吨的生产线。文章主要是以大型球团生产线回转窑筒体安装为例，阐述大型回转类筒体安装的-般方法，供相关技术人员学习交流。

关键词：回转窑；筒体；吊装；焊接1前言回转窑是用于生产氧化球团的核心设备。通过窑头喷煤提高窑温。物料经过链算机预热干燥后由窑尾进入倾斜放置的回转窑，经过-定时间的氧化焙烧，从窑头排人环冷机进行冷却。本文主要介绍回转窑筒体(内径 ：6960mm，长度 ：52000ram)的组装，主要有筒体的组对、吊装、焊接几部分。

2筒体组对筒体从生产厂家发货，是分 14段进行运输到安装现场的，如下图，所以首先要做的就是对筒体进行组对。主要从以下几方面进行的 ：2-3筒体组对调整简体组对调整采用对口组件”，如图所示，对 口组件包括拉紧螺栓、耳柄和斜楔块。在简体吊装到位组对前，要事先焊接好拉紧螺栓的螺母和调整耳柄，将拉紧螺栓穿上鹏好，将调整耳柄调整螺栓紧固好。调整窑体时，在误差比较大的位置，利用松开部分拉紧螺栓，用耳柄调整，如调整量大，可适当加-些斜楔块调整。筒体根据每-次测量的数据，选择误差大的部位调整，反复调整，直至误差在允许范围内。对口时要求焊口中间留出 1.5ram的间隙，调整后，各焊口处的连接螺栓要紧固均匀，使整个窑体形成-个良好的刚性体。

2.4窑体组对检验方法窑体检测可采用两种方法，地面组装时采用挂钢线法 ，在线检测时由于距离太远所以采用激光经纬仪法。

螂 2.4.1可以在简体内部挂设钢线 ，测量弯曲度，挂钢线测量方法- 如下：(1)沿简体两端面顶端向下挂垂线，确定上、下表面中心点并保证等分；(2)沿圆周平分上下中心点，且两端面平分点在同-母线上；(3)在上、下及两侧表面确定的点处焊线架进行挂钢线。(4)1J量钢线与窑体内壁的距离。测量时测量点设置在 0-180。水平线上，记2.1窑体地面组对窑体地面组装怪 5段，在地面将 1、2段筒体组对成 I段，将3、4.5段筒体组对成 Ⅱ段 ，将 6、7、8段简体组对成Ⅲ段 ，将 9、10段筒体组对成Ⅳ段，将 11、12、13、14段简体组对成V段，筒体在地面组对用 200吨履带吊配合进行，组装后用 400吨履带吊进行移位和吊装。窑体组对需要在地面铺设组对平台，组装时将小段窑体依次就位在组装托轮座，调整对中后焊接成整体，作为-个吊装段。窑体每段接口连接使用不少于 16套拉紧螺栓进行连接，拉紧螺栓选用M72"800，螺纹为梯形螺纹。

2.2窑体在线组对窑体在线组对是将地面不再做组对的筒体吊装放在由临时钢支撑架上，将每-段都连接上，形成-个刚性整体，再进行找正调整和焊接。窑体吊装就位时相邻两段要对准简体的零位标记，窑体每段接 口连接使用不少于 16套拉紧螺栓进行连接 ，拉紧螺栓选用 M72800，螺纹为梯形螺纹。 对口组件示意图图5单片机测距流程图 图6坐姿状态判断流程图- 个盒子中。探头与主机间采用插座连接，方便使用。

超声波探头位置固定有-定程度的不确定陛。如果使用者戴眼镜的，可将探头固定在小型话筒夹上，并将话筒夹夹在眼镜的耳柄上，使超声波探测方向与眼睛视线-致。如使用者不戴眼镜的，可以制作-个耳朵挂钩，将探头固定挂钩上，并尽量使探头方向与眼睛视线-致。

图7监视器结构示意图4结束语超声波坐姿监视器较好的运用了单片机控制技术，结合使用者的具体青况，设计了标准坐姿设定键”和假违规”筛别过程，具有实用、简便等特点。在我国青少年坐姿普遍不端正的情况下，设计推广本作品有很强的社会和经济效益。