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1、目录摘要1前言2一、方案论证与选择3二、电路的设计4（一) 结构框图4（二）电路图4三、本次设计的前景与优势9四、结论9致谢10参考文献11视力保护器的设计姜大浩摘要本次毕业设计的题目是视力保护器的设计。视力保护器具有保护使用者视力、预防近视的功能。 本次设计主要由三部分电路组成：距离检测电路、光强检测电路、报警电路，此外还有一个定时电路。距离检测电路应用超声波反射原理，由发射器发出振荡脉冲，经反射后被接收器接收，再经放大电路将接受到的信号放大，驱动指示灯闪亮，实现距离检测功能；光强检测电路应用光敏电阻的阻值随着外界光强变化，实现对环境光的检测作用，并提醒使用者调整光强；报警电路采用压电式蜂鸣
2、器实现。 关键词 视力保护 距离检测电路 光强检测电路 报警电路 定时电路前 言青少年近视在我国已成为一个日益严重的社会问题，学生近视多年来一直是学校、家庭和社会关注的热点问题。青少年的视力问题一直很难解决。专家建议，青少年在日常学习中，应以每5O分钟休息1O分钟为宜，照明光线中 阅读时的灯光既不能太暗。 “视力保护器的设计”是机电课程设计的重要内容，本设计充分体现了视力保护器对视力保护的特点，保证正常学习、工作的情况下起到保护视力的作用，重点突出了该保护器的自动“监测”和“报警”功能，该保护器全部采用集成电路设计，电路简单、合理、功耗低。本设计将分为四大部分，分别按方案选择、总体电路、具体实
3、现电路和发展前景等几方面一一分析介绍，主要强调了这种视力保护器具有的功能和特点：阅读书写的距离采用超声波反射自检方式，当使用者的脸部距离写字台低于25cm时，“距离”灯闪亮，同时有急促的“嘀、嘀、嘀”断续报警声发出，提醒使用者及时调整座姿，还有学习环境光线自动检测，当光线照度低度低于国家教委规定的100LX时，“光线”灯闪亮，同时发出报警声，提醒使用者打开台灯或暂停工作。一.方案论证与选择：方案一：视力保护器的设计可以基于单片机进行，运用常用的8051系列单片机就可以制作出符合要求的器件。硬件以8051型单片机为核心，功能电路主要包括传感器辅助坐直报警电路，光线报警，定时报警，以及报警发声电路
4、等核心电路。利用单片机的汇编语言可以控制各部分工作。它的光线发声电路如图1所示：图1方案一光线发声电路图 它不仅要完成一个8051单片机的单通道语音信号处理平台的设计，而且还要用汇编语言进行软件的设计，采用单片机进行还有一些缺点，比如不能充分利用光敏电阻的性能，而且光度不能调节，明显的不符合设计要求，综上我采用了集成电路的形式。 方案二：这个方案全部采用集成电路的形式（如图2所示），利用电子元件间的配合达到测距,测光,定时及报警的统一。相比方案一普及性更高，操作更加简便。因此选用此方案。 图2方案二实现电路二、电路的设计 该视力保护器电路由测光电路、定时控制部分、距离检测电路、LED指示电路
5、和声音报警电路组成。（一）结构框图测光部分距离检测定时，比较所用电路部分报警部分图3系统结构框图 如图3所示：（二） 电路图图4 总电路图 如图4所示：具体组成电路分为：1. 测光部分如图5所示：图5测光部分电路图图6光敏电阻它通过一个光敏电阻，与非门，发光二极管的配合，实现光线检测的效果。光敏电阻器又叫光感电阻，外形如图6所示。是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光
6、敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。光敏电阻的原理是在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。 光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性 光谱特性，频率特性，温度特性。在光敏电阻两端的
7、金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。没有极性，纯粹是个电阻期间，使用时可加直流也可以加交流。 整个测光电路工作过程：当光线变暗时，光敏电阻的阻值便会升高，当他所分得的电压大于与非门的阀值电压时，与非门便会对外输出低电平，从而发光二极管导通发光。通过调节可调电阻的阻值便会到道不同的光线检测效果。2.距离检测部分如图7所示：图7距离检测电路距离检测部分采用了超声波发射和接收的电路，超声探头的使用很好的实现了比较准确的距离检测效果，当使用者的眼睛距离桌面到达一定的距离时信号便会传到报警电路（压电陶瓷片），发出声音报警。压电陶
8、瓷片是一种电声换能器，既可将声波或超声波的机械能转换成电信号，亦可将电信号转换成声波或超声波。压电超声探头的原理有点像雷达，压电陶瓷片在某一时刻发出超声波，超声波碰到物体后反射回来，探头转换成接收模式，将反射回来的超声波转换成电压信号。超声波的频率及被探测物体的质量变化将导致探头的输出信号的变化。现代压电超声探头由两组压电陶瓷片组成，在某一时刻一组压电陶瓷片发出超声波，而另一组压电陶瓷片接收超声波。图8超声波探头 声波发射和接收探头具体外形如图8所示：这是一组专用探头，本次设计所用探头可能与其外形有差异，但工作原理都是相同的，使用时要根据具体情况而定，不可全部照搬。3.报警部分如图9所示：图9
9、报警部分电路图 图10压电陶瓷片报警电路采用了压电陶瓷报警器，当周围的光线过暗或过亮时，当使用者的睛距离桌面过近时，当使用者看书时间过长时，它都会发出声音，达到警示使用者的作用。压电陶瓷片是一种电子发音元件，在两片铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料，当在两片电极上面接通交流音频信号时，压电片会根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声音来。压电陶瓷片由于结构简单造价低廉，被广泛的应用于电子电器方面如：玩具，发音电子表，电子仪器，电子钟表，定时器等方面。具体外形如图10所示： 压电陶瓷的原理是：一种陶瓷材料有压电效应，即受到外界施加的压力后材料自身就会产生电荷的累积，即由压力产生电荷的现象就叫压
10、电效应。从而可以通过电荷的变化来感应压力的变化，最普遍的应用为B超，声纳等。另外压电陶瓷还有逆压电效应，即在有外加电场的作用下，自身材料会产生微小形变，因此通过这个特性也将压电陶瓷做成微位移制动器，实现微小位移的精确控制。 当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。 也正是如上的好处，所
11、以本次设计选用了这种电子器件，经实践证明它良好的实现了在规定情况下发出声音报警的功能。4.电路的总体原理： 电路原理图，IC3(CD4060)内部的“非”门与外接的R8、R9、C7等元件构成一个振荡器，产生的方波信号由其脚送出，一路送入三个“与非”门Y1、Y2、Y3的一个输入端；另一路经C2、R4微分，并由“非”门F1整形后输出脉冲去控制由“或非”门H1、H2及R3、R4、C1构成的40kHz的振荡器，输出信号经“非”门F2、F3缓冲驱动超声波发射头B1发出一串串40kHz的超声波信号。B2为超声波接收头，它将接收到的超声波信号变为电信号，“非”门F4F6和R1、R2构成一高增益的线性放大器，
12、改变R2即可调节放大倍数，从而改变检测距离。C3、C4、VD1、VD2将放大后的交流信号进行倍压整流，若在检测距离以内，三极管VT(9012)导通，集电极电位由低变高“与非”门Y1输出的3Hz的负矩形脉冲信号，“距离灯”LED1以3Hz的频率闪亮。同时“或非”门H3、H4及R14、R15、C8构成的音频振荡器受控间歇工作，驱动压电片BC发出急促的“嘀、嘀、嘀”继续报警声。 CI3(CD4060)产生的方波信号经分频后，在输出端Q13(脚)得到一个45分钟的定时信号。当学习时间达到45分钟时，脚输出变为高电平，“与非”门Y3同样输出3Hz的负脉冲信号，“定时灯”LED3闪亮，同时BC发出报警声。
13、C6、R6构成的微分电路为每次开机提供清零脉冲，以保证开机时IC3内部的各分频器全部复位，确保定时的准确。 光敏电阻RG担任光线检测任务。光线较暗时，RG的阻值变大，其两端分得的电压起过“与非”门Y2的阈值电压，Y2输出矩形负脉冲信号，LED2闪亮，同时发出报警声。三、本次设计的前景与优势 按照国外市场流行的分类，护眼产品主要分为两个类别，一是护眼仪器。比如护眼灯、爽目卡以及一些眼部按摩仪。另外一类是保健药品，比如眼药水、人造泪水、眼膜、眼霜、眼胶等。它们分别适用于“干眼症”、“眼疲劳”、“眼睛充血或结膜炎”等不同症状。 本次设计的视力保护器就是属于护眼仪器一类。目前，治疗近视的产品很多，有的
14、还可以免费先治疗。对于近视，迄今为止，中国医学界尚没有出现一种理想的近视疗法。在学术界，由于近视发病的病因到现在为止都没有搞清楚，所以目前还没有根治的方法。因此，对于近视眼，都是以预防为主。视力保护器就是一种有效预防眼睛近视的电子仪器。因此，设计出功能完备的视力保护器具有很强的现实意义。 由于护眼产品对技术要求很高，护眼产品市场刚刚兴起，市场还处于起步阶段，一些细分市场还不明确，所以设计开发出一款功能好、性能强的视力保护器肯定会具有良好的市场前景。而本次设计的视力保护器正好符合市场的要求，肯定会有良好的市场。四、结论这个视力保护器融合了各电路元件很好的实现了预定的目标，良好的达到了保护使用者视
15、力的效果。虽然肯定还有缺陷，但对于普通的使用者已是足够。这个实力保护器整体设计比较合理的利用了器件的性能，达到了人机之间整体的统一，完成了本次设计的目标,相比以前的设计有一定的先进性。本次设计还有一个优点那就是适应市场，如果可以改进后量产，必然会产生很大的经济效益。如果有条件，它很有可能带动一个产业的产生和发展。本次设计是基于集成电路的形式而进行的，通过这次设计我期望能学习到新知识，复习学过的知识，并且提高自己灵活学习和运用新知识的能力。通过本次设计我看到了自己的不足之处，知道了自己应该朝哪方面努力，是在这几年大学学习的一次总结和领悟。实践出真知，这是我进行本次设计所学到的最大收获，希望老师和同学们以后多给我提宝
