专利名称：读书照度视距提示器的制作方法
技术领域：
本实用新型所述的读书照度视距提示器属于在电子技术领域中用于学生读书写字时校正坐姿的一种实际应用装置。
背景技术：
目前用于校正学生坐姿的装置一般有写字桌机械矫正坐姿式、有耳戴水银开关式等不同方式。其中写字桌式结构复杂，固定在一个地方，不能随身携带；另耳戴式有负重感、佩带不舒服，而且不能测量光照强度。故研制一种新型读书照度视距提示器以克服现存设备的缺点，以适用应青少年使用是十分必要的。
发明内容
本实用新型的目的就是设计一种小巧的便携装置，能够测量人的面部到书本之间距离，在距离近时给出声光提示，并且该装置能够测量现场光照强度，过暗或过亮时给出声光提示。
本实用新型所述的读书照度视距提示器，其结构由微处理器、超声波发射电路、超声波接收电路、光强度检测电路、声光指示电路、电池检测电路及其连接线路组成；微处理器的P1.7脚经集成电路U3与超声波发射电路中的发射头TX1相联；微处理器INT0与超声波接收电路相联；微处理器通过P1.5脚、P0.3脚与光强度检测电路相联；微处理器通过P0.5脚、P1.0脚、P1.1脚同声光指示电路相联；微处理器通过P0.4脚、P1.2脚同电池电压检测电路相联。本实用新型所述的微处理器，其供电电压为直流3伏。本实用新型所述的超声波发射电路由微处理器通过P1.7脚与运算放大器U3A、U3F、U3B，U3C，U3E相联再与超声波发射头TX1相联。本实用新型所述的超声波接收电路由超声波接收头RX1经放大器U4、U5、U6、U7、U8及电容C6与微处理器INT0脚相联。本实用新型所述的光强度检测电路由光电二极管DL1与电阻R6、R7、R8、R9、R10、R14通过U2B的7脚、U2C的8脚与微处理器P1.5、P0.3脚相联，微处理器P1.1脚输出通过电阻R17与发光二级管D3相联。本实用新型所述的声光指示电路由微处理器P1.1脚经电阻R17与发光二级管D3联接；由微处理器P1.0脚经电阻R15与发光二级管D2相联；微处理器P0.5脚经电阻R11及晶体管Q1与蜂鸣器B1联接。本实用新型所述的电池检测电路由发光二极管D1阳极与比较器U2D13脚、R16相连；电阻R12、R13串联的中点与比较器U2D正端12脚相连；比较器U2D的输出14脚与微处理P0.4脚联接。
本实用新型、具有科技含量高的特点，本装置通过超声波测量距离的方法，直接测量读书写字者面部到书本距离。超声波在空气中的传播速度约为334m/s。本装置中的超声波发射头在微处理器的控制下发出一串短促的超声波脉冲串，超声波遇到人的面部会反射回本装置的超声波接收探头，经放大处理后送微处理器。微处理器测量从发声到接收到超声波时的时间，计算出实际距离。如果该距离值小于设定的距离，则本装置发出声光提示，设定距离为三档可调。光的测量是通过光电二极管在不同光照强度下呈现不同的反向漏电流，利用运算放大器和电阻网络检测到光电二极管反向漏电流的变化，送微处理器处理，在光线过暗或过强时给出声光提示。另外，本装置还能测量自身的电池电压，在电池电压不足时给出光提示，提醒更换电池。采用以微处理器为核心的该仪器具有小巧便携，能够以声光提示的方式提示使用者在读书写字时读书距离是否过近和光线强度是否适合。从而有效保护使用者的视力。本新型发射的超声波属于低强度，不会对人体造成伤害。
本实用新型共有附图两张，其中附图1是读书照度视距提示器的电路系统结构图；附图2是读书照度视距提示器的电路系统功能框图。
具体实施方式
本实用新型的具体实施例如附图所示图中U3A、U3B、U3C、U3E、U3F以及TX1构成了超声波发射部分。TX1是超声波发射头。U4、U5、U6、U7、U8以及RX1、R1、R2、R3、R5、R19、C2、C3、C6构成了超声波接收放大电路，RX1是超声波接收头。U2C、U2B、R6、R7、R8、R9、R10、R14、DL1、C10构成了光线强度测量电路，DL1是光电二极管。U2D、D1、C8、R12、R13、R16构成了电池电压测量电路，D1是发光二极管。Q1、R11、B1构成了声音提示电路，B1是蜂鸣器。SW2是按键开关，设置提示距离和开/关声音。D2、D3是发光二极管，分别完成距离和光照强度的提示。U1是微处理器，为本电路的核心，完成距离、光照强度的测量以及输出声光提示。
超声波发射电路的原理由微处理器P1.7脚每隔一段时间发出一串40KHz的脉冲信号，驱动U3A、U3F、U3B，U3B的输入反相后输出驱动U3C、U3E使超声波发射头TX1两端得到一串互为反相的脉冲信号，从而发出一串40KHz的超声波。U3C、U3E并联，U3A、U3F并联是为了增强驱动信号的强度。
超声波接收电路的原理超声波接收探头将接收到的超声波声音信号转变为频率一致的微弱电信号，经U4、U5、U6串联组合而成的放大器放大约74db，再经U7、U8组成的整形电路整形，经C6偶合到微处理器INT0脚。
检测原理当TX1发出的超声波信号遇到人的面部就会被反射回来，被RX1接收到。超声波在空气中的传播速度大约为334m/s，微处理器根据从超声波发出到接收到超声波之间的时间t就可以计算出超声波走过的实际路程S，距离L＝S÷2＝334×t÷2。如果L小于给定的距离，则微处理器将其P1.0脚、P0.5脚的电压以1HZ频率变化，从而驱动B1、D2给出声光提示。
另外，由于在某些场合不允许有声音发出，本电路可以通过SW2键设置，使微处理器不发出驱动蜂鸣器B1的信号。
电压检测电路的原理发光二极管工作时其压降约为1.85伏，D1阳极接比较器U2D的反向端13脚，而D1的阴极被微处理器的第P1.2脚下拉为低电平，此时发光二极管D1发光，比较器U2D的同向端12脚的电压由接于电池正极和负极间的电阻R12、R13分压后确定，该点的电压会随着电池电压的变化而变化，当电池电压下降到一定值的时候，比较器反向端12脚的电压就会降低到低于其同相端13脚的1.85伏电压，此时比较器U2D输出端14脚的电平就会由高电平变为低电平，微处理器P0.4脚就得到了比较器U2D14脚输出的高电平信号。微处理器第P1.2脚就会以1HZ的频率改变其电平，使发光二极管D1闪烁，指示此时电池电压低，应该更换电池。在这里，发光二极管D1具有多种功能，正常工作时常亮，作为工作指示，同时兼作电池电压比较器U2D的电压基准，而当电池电压不足时通过闪烁指示电池电压不足，提醒使用者更换电池。
光线强度检测的原理光电二极管DL1的反向漏电流会随着照射到它上面的光线强度的不同而不同，电路中DL1、R14、R8串联在电池两端。R14是电位器，补偿光电二极管参数的离散性。中点A接于比较器U2C的反向输入端9脚和比较器U2B的同相端5脚。当光线强度不同时，A点的电位就会产生不同的变化。当光线增强时光电二极管的反向漏电流增加，A点的电位升高，反之A点的电位下降。比较器U2B的反向端6脚接于R9、R10组成的分压网络的中点C，其电位被设置为光照强度的下限。比较器U2C的同向端10脚接于R6、R7组成的分压网络的中点B，其电位被设置为光照强度的上限。当光线强度很弱时，光电二极管DL1的反向漏电流很�。珹点电位低于C点和B点电位，比较器U2B的7脚输出低电平到微处理器的P0.3脚，比较器U2C的8脚输出高电平到微处理器的P1.5脚。当光线增强到A点电位高于C点电位而低于B点电位时，比较器U2B的7脚输出低电平，比较器U2C的8脚输出高电平，当光线继续增强到A点电位高于B、C点电位时，比较器U2B的7脚输出高电平，比较器U2C的8脚输出低电平。所以，当光线过强或过弱时，比较器U2B、U2C的输出总有一个输出低电平，而当光线强度合适时，两个比较器均输出高电平。当两个比较器有一个输出低电平时，微处理器就通过其P1.1脚输出1HZ的信号，使发光二极管D3闪烁，指示光线不好。
图中R15、R16、R17是发光二极管的限流电阻。XTAL1、C4、C5是微处理器的时钟振荡电路，使微处理器能够正常工作。SW1是电源开关、BAT1是供电电池。
超声波发射功率超声波发生器TX1的阻抗为900Ω，发射角度为60度，驱动电压为峰峰值为6伏，换算为电功率发射强度是20mw，如果人的面部到发射头的距离是30cm，半球的表面积为6840平方厘米，辐射面积为半球的1/9，既为760平方厘米，平均强度为0.027mw/平方厘米。而仪器本身是每秒发射超声波脉冲200微秒，平均强度还不到0.0054微瓦/平方厘米。这还没有计算驱动电压的损耗、发声效率的损耗。这比医学上B超检查的能量低几个数量级(我国于1987年规定，超声波检查的安全剂量为10毫瓦/平方厘米)。因此，本仪器不会对人体造成任何伤害，可以安全使用。
由于本仪器是便携式设计方案，必需满足体积小，耗电低的要求，因此采用了两节5号电池供电，并且使用了特殊的放大电路。这样既有利于缩小体积，也减低了电池消耗。
权利要求1.一种读书照度视距提示器，其特征在于由微处理器、超声波发射电路、超声波接收电路、光强度检测电路、声光指示电路、电池检测电路及其连接线路组成；微处理器的P1.7脚经集成电路U3与超声波发射电路中的发射头TX1相联；微处理器INTO与超声波接收电路相联；微处理器通过P1.5脚、P0.3脚与光强度检测电路相联；微处理器通过P0.5脚、P1.0脚、P1.1脚同声光指示电路相联；微处理器通过P0.4脚、P1.2脚同电池电压检测电路相联。
2.根据权利要求1所述的一种读书照度视距提示器，其特征在于使用微处理器，其供电电压为直流3伏。
3.根据权利要求1所述的一种读书照度视距提示器，其特征在于超声波发射电路由微处理器通过P1.7脚与运算放大器U3A、U3F、U3B，U3C，U3E相联再与超声波发射头TX1相联。
4.根据权利要求1所述的一种读书照度视距提示器，其特征在于超声波接收电路由超声波接收头RX1经放大器U4、U5、U6、U7、U8及电容C6与微处理器INTO脚相联。
5.根据权利要求1所述的一种读书照度视距提示器，其特征在于光强度检测电路由光电二极管DL1与电阻R6、R7、R8、R9、R10、R14通过U2B的7脚、U2C的8脚与微处理器P1.5、P0.3脚相联，微处理器P1.1脚输出通过电阻R17与发光二级管D3相联。
6.根据权利要求1所述的一种读书照度视距提示器，其特征在于声光指示电路由微处理器P1.1脚经电阻R17与发光二级管D3联接；由微处理器P1.0脚经电阻R15与发光二级管D2相联；微处理器P0.5脚经电阻R11及晶体管Q1与蜂鸣器B1联接。
7.根据权利要求1所述的一种读书照度视距提示器，其特征在于电池检测电路由发光二极管D1阳极与比较器U2D13脚、R16相连；电阻R12、R13串联的中点与比较器U2D正端12脚相连；比较器U2D的输出14脚与微处理P0.4脚联接。
专利摘要本实用新型所述的读书照度视距提示器属于在光电技术领域中用于学生读书写字时校正坐姿的一种实际应用装置。一种读书照度视距提示器，其特征在于由微处理器、超声波发射电路、超声波接收电路、光强度检测电路、声光指示电路、电池检测电路及其连接线路组成。本实用新型的目的就是设计一种小巧的便携装置，能够测量人的面部到书本之间距离，在距离近时给出声光提示，并且该装置能够测量现场光照强度，过暗或过亮时给出声光提示。
文档编号G01S15/08GK2689254SQ20042004917
公开日2005年3月30日 申请日期2004年4月20日 优先权日2004年4月20日
发明者王金忠 申请人:王金忠
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
