多功能護(hù)眼燈的設(shè)計(jì)

摘 要：針對(duì)當(dāng)今社會(huì)青少年用眼過(guò)度或用眼不當(dāng)產(chǎn)生的近視問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)多功能護(hù)眼燈。該護(hù)眼燈的功能包括距離檢測(cè)、時(shí)間計(jì)時(shí)、光線檢測(cè)及亮度調(diào)節(jié)等，若出現(xiàn)不正確的用眼問(wèn)題時(shí)，多功能護(hù)眼燈將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

關(guān)鍵詞：多功能；護(hù)眼燈；傳感器；報(bào)警

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展、科學(xué)文化的普及和全民教育層次的提高，青少年用眼過(guò)度或用眼不當(dāng)導(dǎo)致近視眼率急劇增加。根據(jù)中國(guó)、美國(guó)和澳大利亞合作開(kāi)展的防治兒童近視研究項(xiàng)目前期調(diào)查顯示，中國(guó)青少年近視發(fā)病率已經(jīng)高達(dá)50%-60%，全國(guó)近視眼人數(shù)竟已近4億！用眼不當(dāng)是造成近視眼率驟增的主要原因，用眼不當(dāng)包括：書(shū)本離人眼太近、光線過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱、用眼時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)具有提醒功能的自動(dòng)調(diào)節(jié)光線亮度的護(hù)眼燈是非常有必要的。

1 多功能護(hù)眼燈的功能特點(diǎn)

正確的用眼方法為：書(shū)本距離人眼約35cm，光線以柔和的自然光為最佳，光照強(qiáng)度為500Lx為較適宜，為避免長(zhǎng)時(shí)間用眼，多功能護(hù)眼燈采用計(jì)時(shí)模式，每隔45-50分鐘，報(bào)警提醒一次。多功能護(hù)眼燈的功能如圖1所示：

圖中各部分的說(shuō)明如下：（1）超聲波傳感器的作用是探測(cè)人眼與燈具的距離。理想狀態(tài)下，人眼與書(shū)本的距離為35cm，超聲波傳感器感測(cè)的是障礙物與傳感器的距離，且人是動(dòng)態(tài)的，因此，其報(bào)警信號(hào)燈應(yīng)該在測(cè)量數(shù)據(jù)范圍以外時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（2）感光元件的作用是時(shí)刻感測(cè)周?chē)h(huán)境的光線變化。太陽(yáng)光在漫反射時(shí)產(chǎn)生的柔和光線對(duì)視力最好，但目前的白熾燈無(wú)法真實(shí)的模擬出這種自然光，因此多功能護(hù)眼燈以產(chǎn)生適宜的光照強(qiáng)度為主要設(shè)計(jì)目的，完成在外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)光亮調(diào)節(jié)旋鈕，使光照強(qiáng)度盡量趨近適宜的范圍內(nèi)。（3）計(jì)時(shí)器的主要作用是當(dāng)人坐在書(shū)桌前時(shí)起，進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，每45-50分鐘報(bào)警一次，提醒讀者注意用眼時(shí)間，適當(dāng)休息。

2 多功能護(hù)眼燈的硬件選擇

多功能護(hù)眼燈具有距離報(bào)警、光線強(qiáng)度測(cè)試、光線強(qiáng)度調(diào)節(jié)、計(jì)時(shí)等多種功能，在硬件選擇時(shí)要注意外觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的結(jié)合，元器件宜小不宜大，盡量選擇集成的元件。

2.1 超聲波傳感器的選擇

建議使用HY-SRF05、US-100、RisymHC-SR04等型號(hào)的超聲波傳感器，這些超聲波傳感器的特點(diǎn)是體積小、價(jià)格低、將發(fā)射和接收裝置集成與一體，安裝方便。

2.2 感光元件的選擇

目前市場(chǎng)上的光傳感器多種多樣，根據(jù)性能和價(jià)格，選擇光敏電阻，光敏電阻的特性如圖2所示，光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增加而下降，且具有連續(xù)性，因此在要求不是特別高的場(chǎng)合，可以估算出光照強(qiáng)度，為補(bǔ)償光線強(qiáng)度提供理論依據(jù)。

2.3 光亮調(diào)節(jié)旋鈕

當(dāng)環(huán)境光線強(qiáng)度低于或高于適宜的光線強(qiáng)度時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)該旋鈕即電位器，可使燈的光照強(qiáng)度增強(qiáng)或者減弱。

2.4 計(jì)時(shí)器的選擇

可由晶振、計(jì)數(shù)器、與門(mén)等價(jià)格優(yōu)惠的集成芯片組合構(gòu)成，也可以購(gòu)買(mǎi)功能較好的計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器總類(lèi)繁多，可選擇性很大。

2.5 報(bào)警燈的選擇

為節(jié)省空間及制作成本，報(bào)警燈選用三色二極管，其中人書(shū)距離不合適報(bào)警為紅色、光線不合適為黃色、看書(shū)計(jì)時(shí)時(shí)間到為綠色。

3 多功能護(hù)眼燈的設(shè)計(jì)流程

多功能護(hù)眼燈的功能較多，且相互之間聯(lián)系密切，設(shè)計(jì)過(guò)程中相互關(guān)聯(lián)較多，基本關(guān)系為：連接多功能護(hù)眼燈電源，啟動(dòng)超聲波傳感器測(cè)人與多功能護(hù)眼燈的距離，測(cè)量時(shí)若有人則判斷距離是否合適，當(dāng)距離合適時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，約45-50分鐘時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)報(bào)警，若距離不合適，即刻進(jìn)行距離報(bào)警，當(dāng)電源連接時(shí)，即進(jìn)行光線的檢測(cè)，通過(guò)感光元件測(cè)量的數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)參數(shù)范圍進(jìn)行比較，若超過(guò)該范圍，則進(jìn)行光線不適報(bào)警，調(diào)節(jié)光亮調(diào)節(jié)旋鈕，使之調(diào)節(jié)至基準(zhǔn)參數(shù)內(nèi)，光線不適報(bào)警停止。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)多功能護(hù)眼燈的設(shè)計(jì)，多方面了解了用眼常識(shí)，在使用多功能護(hù)眼燈時(shí)，注意按照正確的方式用眼，當(dāng)出現(xiàn)用眼不當(dāng)時(shí)，多功能護(hù)眼燈會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)調(diào)解光線或距離能有效的預(yù)防青少年近視。

參考文獻(xiàn)

[1]譚永紅.電子線路實(shí)驗(yàn)進(jìn)階教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

[2]王金花.電子技術(shù)[M].人民郵電出版社，2010.

[3]姜秀英.傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：王淼，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，專(zhuān)任教師，主要從事電工電子類(lèi)課程教學(xué)工作。