專利名稱：讀書照度視距提示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型所述的讀書照度視距提示器屬于在電子技術(shù)領(lǐng)域中用于學(xué)生讀書寫字時校正坐姿的一種實際應(yīng)用裝置。
背景技術(shù)：
目前用于校正學(xué)生坐姿的裝置一般有寫字桌機(jī)械矯正坐姿式、有耳戴水銀開關(guān)式等不同方式。其中寫字桌式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，固定在一個地方，不能隨身攜帶；另耳戴式有負(fù)重感、佩帶不舒服，而且不能測量光照強(qiáng)度。故研制一種新型讀書照度視距提示器以克服現(xiàn)存設(shè)備的缺點(diǎn)，以適用應(yīng)青少年使用是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是設(shè)計一種小巧的便攜裝置，能夠測量人的面部到書本之間距離，在距離近時給出聲光提示，并且該裝置能夠測量現(xiàn)場光照強(qiáng)度，過暗或過亮?xí)r給出聲光提示。
本實用新型所述的讀書照度視距提示器，其結(jié)構(gòu)由微處理器、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、光強(qiáng)度檢測電路、聲光指示電路、電池檢測電路及其連接線路組成；微處理器的P1.7腳經(jīng)集成電路U3與超聲波發(fā)射電路中的發(fā)射頭TX1相聯(lián)；微處理器INT0與超聲波接收電路相聯(lián)；微處理器通過P1.5腳、P0.3腳與光強(qiáng)度檢測電路相聯(lián)；微處理器通過P0.5腳、P1.0腳、P1.1腳同聲光指示電路相聯(lián)；微處理器通過P0.4腳、P1.2腳同電池電壓檢測電路相聯(lián)。本實用新型所述的微處理器，其供電電壓為直流3伏。本實用新型所述的超聲波發(fā)射電路由微處理器通過P1.7腳與運(yùn)算放大器U3A、U3F、U3B，U3C，U3E相聯(lián)再與超聲波發(fā)射頭TX1相聯(lián)。本實用新型所述的超聲波接收電路由超聲波接收頭RX1經(jīng)放大器U4、U5、U6、U7、U8及電容C6與微處理器INT0腳相聯(lián)。本實用新型所述的光強(qiáng)度檢測電路由光電二極管DL1與電阻R6、R7、R8、R9、R10、R14通過U2B的7腳、U2C的8腳與微處理器P1.5、P0.3腳相聯(lián)，微處理器P1.1腳輸出通過電阻R17與發(fā)光二級管D3相聯(lián)。本實用新型所述的聲光指示電路由微處理器P1.1腳經(jīng)電阻R17與發(fā)光二級管D3聯(lián)接；由微處理器P1.0腳經(jīng)電阻R15與發(fā)光二級管D2相聯(lián)；微處理器P0.5腳經(jīng)電阻R11及晶體管Q1與蜂鳴器B1聯(lián)接。本實用新型所述的電池檢測電路由發(fā)光二極管D1陽極與比較器U2D13腳、R16相連；電阻R12、R13串聯(lián)的中點(diǎn)與比較器U2D正端12腳相連；比較器U2D的輸出14腳與微處理P0.4腳聯(lián)接。
本實用新型、具有科技含量高的特點(diǎn)，本裝置通過超聲波測量距離的方法，直接測量讀書寫字者面部到書本距離。超聲波在空氣中的傳播速度約為334m/s。本裝置中的超聲波發(fā)射頭在微處理器的控制下發(fā)出一串短促的超聲波脈沖串，超聲波遇到人的面部會反射回本裝置的超聲波接收探頭，經(jīng)放大處理后送微處理器。微處理器測量從發(fā)聲到接收到超聲波時的時間，計算出實際距離。如果該距離值小于設(shè)定的距離，則本裝置發(fā)出聲光提示，設(shè)定距離為三檔可調(diào)。光的測量是通過光電二極管在不同光照強(qiáng)度下呈現(xiàn)不同的反向漏電流，利用運(yùn)算放大器和電阻網(wǎng)絡(luò)檢測到光電二極管反向漏電流的變化，送微處理器處理，在光線過暗或過強(qiáng)時給出聲光提示。另外，本裝置還能測量自身的電池電壓，在電池電壓不足時給出光提示，提醒更換電池。采用以微處理器為核心的該儀器具有小巧便攜，能夠以聲光提示的方式提示使用者在讀書寫字時讀書距離是否過近和光線強(qiáng)度是否適合。從而有效保護(hù)使用者的視力。本新型發(fā)射的超聲波屬于低強(qiáng)度，不會對人體造成傷害。


本實用新型共有附圖兩張，其中附圖1是讀書照度視距提示器的電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；附圖2是讀書照度視距提示器的電路系統(tǒng)功能框圖。
具體實施方式
本實用新型的具體實施例如附圖所示圖中U3A、U3B、U3C、U3E、U3F以及TX1構(gòu)成了超聲波發(fā)射部分。TX1是超聲波發(fā)射頭。U4、U5、U6、U7、U8以及RX1、R1、R2、R3、R5、R19、C2、C3、C6構(gòu)成了超聲波接收放大電路，RX1是超聲波接收頭。U2C、U2B、R6、R7、R8、R9、R10、R14、DL1、C10構(gòu)成了光線強(qiáng)度測量電路，DL1是光電二極管。U2D、D1、C8、R12、R13、R16構(gòu)成了電池電壓測量電路，D1是發(fā)光二極管。Q1、R11、B1構(gòu)成了聲音提示電路，B1是蜂鳴器。SW2是按鍵開關(guān)，設(shè)置提示距離和開/關(guān)聲音。D2、D3是發(fā)光二極管，分別完成距離和光照強(qiáng)度的提示。U1是微處理器，為本電路的核心，完成距離、光照強(qiáng)度的測量以及輸出聲光提示。
超聲波發(fā)射電路的原理由微處理器P1.7腳每隔一段時間發(fā)出一串40KHz的脈沖信號，驅(qū)動U3A、U3F、U3B，U3B的輸入反相后輸出驅(qū)動U3C、U3E使超聲波發(fā)射頭TX1兩端得到一串互為反相的脈沖信號，從而發(fā)出一串40KHz的超聲波。U3C、U3E并聯(lián)，U3A、U3F并聯(lián)是為了增強(qiáng)驅(qū)動信號的強(qiáng)度。
超聲波接收電路的原理超聲波接收探頭將接收到的超聲波聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率一致的微弱電信號，經(jīng)U4、U5、U6串聯(lián)組合而成的放大器放大約74db，再經(jīng)U7、U8組成的整形電路整形，經(jīng)C6偶合到微處理器INT0腳。
檢測原理當(dāng)TX1發(fā)出的超聲波信號遇到人的面部就會被反射回來，被RX1接收到。超聲波在空氣中的傳播速度大約為334m/s，微處理器根據(jù)從超聲波發(fā)出到接收到超聲波之間的時間t就可以計算出超聲波走過的實際路程S，距離L＝S÷2＝334×t÷2。如果L小于給定的距離，則微處理器將其P1.0腳、P0.5腳的電壓以1HZ頻率變化，從而驅(qū)動B1、D2給出聲光提示。
另外，由于在某些場合不允許有聲音發(fā)出，本電路可以通過SW2鍵設(shè)置，使微處理器不發(fā)出驅(qū)動蜂鳴器B1的信號。
電壓檢測電路的原理發(fā)光二極管工作時其壓降約為1.85伏，D1陽極接比較器U2D的反向端13腳，而D1的陰極被微處理器的第P1.2腳下拉為低電平，此時發(fā)光二極管D1發(fā)光，比較器U2D的同向端12腳的電壓由接于電池正極和負(fù)極間的電阻R12、R13分壓后確定，該點(diǎn)的電壓會隨著電池電壓的變化而變化，當(dāng)電池電壓下降到一定值的時候，比較器反向端12腳的電壓就會降低到低于其同相端13腳的1.85伏電壓，此時比較器U2D輸出端14腳的電平就會由高電平變?yōu)榈碗娖剑⑻幚砥鱌0.4腳就得到了比較器U2D14腳輸出的高電平信號。微處理器第P1.2腳就會以1HZ的頻率改變其電平，使發(fā)光二極管D1閃爍，指示此時電池電壓低，應(yīng)該更換電池。在這里，發(fā)光二極管D1具有多種功能，正常工作時常亮，作為工作指示，同時兼作電池電壓比較器U2D的電壓基準(zhǔn)，而當(dāng)電池電壓不足時通過閃爍指示電池電壓不足，提醒使用者更換電池。
光線強(qiáng)度檢測的原理光電二極管DL1的反向漏電流會隨著照射到它上面的光線強(qiáng)度的不同而不同，電路中DL1、R14、R8串聯(lián)在電池兩端。R14是電位器，補(bǔ)償光電二極管參數(shù)的離散性。中點(diǎn)A接于比較器U2C的反向輸入端9腳和比較器U2B的同相端5腳。當(dāng)光線強(qiáng)度不同時，A點(diǎn)的電位就會產(chǎn)生不同的變化。當(dāng)光線增強(qiáng)時光電二極管的反向漏電流增加，A點(diǎn)的電位升高，反之A點(diǎn)的電位下降。比較器U2B的反向端6腳接于R9、R10組成的分壓網(wǎng)絡(luò)的中點(diǎn)C，其電位被設(shè)置為光照強(qiáng)度的下限。比較器U2C的同向端10腳接于R6、R7組成的分壓網(wǎng)絡(luò)的中點(diǎn)B，其電位被設(shè)置為光照強(qiáng)度的上限。當(dāng)光線強(qiáng)度很弱時，光電二極管DL1的反向漏電流很小，A點(diǎn)電位低于C點(diǎn)和B點(diǎn)電位，比較器U2B的7腳輸出低電平到微處理器的P0.3腳，比較器U2C的8腳輸出高電平到微處理器的P1.5腳。當(dāng)光線增強(qiáng)到A點(diǎn)電位高于C點(diǎn)電位而低于B點(diǎn)電位時，比較器U2B的7腳輸出低電平，比較器U2C的8腳輸出高電平，當(dāng)光線繼續(xù)增強(qiáng)到A點(diǎn)電位高于B、C點(diǎn)電位時，比較器U2B的7腳輸出高電平，比較器U2C的8腳輸出低電平。所以，當(dāng)光線過強(qiáng)或過弱時，比較器U2B、U2C的輸出總有一個輸出低電平，而當(dāng)光線強(qiáng)度合適時，兩個比較器均輸出高電平。當(dāng)兩個比較器有一個輸出低電平時，微處理器就通過其P1.1腳輸出1HZ的信號，使發(fā)光二極管D3閃爍，指示光線不好。
圖中R15、R16、R17是發(fā)光二極管的限流電阻。XTAL1、C4、C5是微處理器的時鐘振蕩電路，使微處理器能夠正常工作。SW1是電源開關(guān)、BAT1是供電電池。
超聲波發(fā)射功率超聲波發(fā)生器TX1的阻抗為900Ω，發(fā)射角度為60度，驅(qū)動電壓為峰峰值為6伏，換算為電功率發(fā)射強(qiáng)度是20mw，如果人的面部到發(fā)射頭的距離是30cm，半球的表面積為6840平方厘米，輻射面積為半球的1/9，既為760平方厘米，平均強(qiáng)度為0.027mw/平方厘米。而儀器本身是每秒發(fā)射超聲波脈沖200微秒，平均強(qiáng)度還不到0.0054微瓦/平方厘米。這還沒有計算驅(qū)動電壓的損耗、發(fā)聲效率的損耗。這比醫(yī)學(xué)上B超檢查的能量低幾個數(shù)量級(我國于1987年規(guī)定，超聲波檢查的安全劑量為10毫瓦/平方厘米)。因此，本儀器不會對人體造成任何傷害，可以安全使用。
由于本儀器是便攜式設(shè)計方案，必需滿足體積小，耗電低的要求，因此采用了兩節(jié)5號電池供電，并且使用了特殊的放大電路。這樣既有利于縮小體積，也減低了電池消耗。
權(quán)利要求1.一種讀書照度視距提示器，其特征在于由微處理器、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、光強(qiáng)度檢測電路、聲光指示電路、電池檢測電路及其連接線路組成；微處理器的P1.7腳經(jīng)集成電路U3與超聲波發(fā)射電路中的發(fā)射頭TX1相聯(lián)；微處理器INTO與超聲波接收電路相聯(lián)；微處理器通過P1.5腳、P0.3腳與光強(qiáng)度檢測電路相聯(lián)；微處理器通過P0.5腳、P1.0腳、P1.1腳同聲光指示電路相聯(lián)；微處理器通過P0.4腳、P1.2腳同電池電壓檢測電路相聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種讀書照度視距提示器，其特征在于使用微處理器，其供電電壓為直流3伏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種讀書照度視距提示器，其特征在于超聲波發(fā)射電路由微處理器通過P1.7腳與運(yùn)算放大器U3A、U3F、U3B，U3C，U3E相聯(lián)再與超聲波發(fā)射頭TX1相聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種讀書照度視距提示器，其特征在于超聲波接收電路由超聲波接收頭RX1經(jīng)放大器U4、U5、U6、U7、U8及電容C6與微處理器INTO腳相聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種讀書照度視距提示器，其特征在于光強(qiáng)度檢測電路由光電二極管DL1與電阻R6、R7、R8、R9、R10、R14通過U2B的7腳、U2C的8腳與微處理器P1.5、P0.3腳相聯(lián)，微處理器P1.1腳輸出通過電阻R17與發(fā)光二級管D3相聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種讀書照度視距提示器，其特征在于聲光指示電路由微處理器P1.1腳經(jīng)電阻R17與發(fā)光二級管D3聯(lián)接；由微處理器P1.0腳經(jīng)電阻R15與發(fā)光二級管D2相聯(lián)；微處理器P0.5腳經(jīng)電阻R11及晶體管Q1與蜂鳴器B1聯(lián)接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種讀書照度視距提示器，其特征在于電池檢測電路由發(fā)光二極管D1陽極與比較器U2D13腳、R16相連；電阻R12、R13串聯(lián)的中點(diǎn)與比較器U2D正端12腳相連；比較器U2D的輸出14腳與微處理P0.4腳聯(lián)接。
專利摘要本實用新型所述的讀書照度視距提示器屬于在光電技術(shù)領(lǐng)域中用于學(xué)生讀書寫字時校正坐姿的一種實際應(yīng)用裝置。一種讀書照度視距提示器，其特征在于由微處理器、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、光強(qiáng)度檢測電路、聲光指示電路、電池檢測電路及其連接線路組成。本實用新型的目的就是設(shè)計一種小巧的便攜裝置，能夠測量人的面部到書本之間距離，在距離近時給出聲光提示，并且該裝置能夠測量現(xiàn)場光照強(qiáng)度，過暗或過亮?xí)r給出聲光提示。
文檔編號G01S15/08GK2689254SQ20042004917
公開日2005年3月30日 申請日期2004年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日
發(fā)明者王金忠 申請人:王金忠