视力保护器的设计

目录

摘要 .............................................. - 1 -前言 .............................................. - 2 -

一、系统设计电路方案论述 ............................ - 3 -

二.电路设计分析..................................... - 5 -

（一）电路原理框图：................................. - 5 -（二）电路设计原理图................................. - 5 -（三）电路总体工作原理.............................. - 12 -

三、制作调试 ...................................... - 12 -

四、总结.......................................... - 13 -致谢 ............................................. - 15 -参考文献.......................................... - 16 -

视力保护器的设计

[摘要]本设计主要实现测距报警、测光报警以及定时报警功能。利用超声波发射接收器、

NE555、光敏电阻等元件组合成电路，来实现上述功能。通过超声波接收头对接收的超声波

信号进行调制输出，所采用的是纯硬件电路，且分别对超声波接收与发射、NE555及光敏电

阻的特性及各个功能进行分析，通过这些元件的组合来实现设计所需的报警功能。该视力保

护器实用、方便、功耗低、易于维护，并且具有保护使用者视力、预防近视的功能。

[关键词] 视力保护器多功能超声波光敏电阻 NE555 报警功能

前言

目前，青少年视力低下，已成为国内外共同关心的公共卫生问题。资料显示，我国小学

生视力低下率为 26.96%，初中生 53.43%，高中生 72.8%，大学生 77.95%。特别是调查显

示 50%以上的学生及家长缺乏视力保健最基本的科普知识，不懂得“近视与盲只差一步”的

危害性，因而有 41.6%视力低下的学生并未采取任何矫正措施，并且缺乏专业机构的治疗。

因此设计一个视力保护器用来保护视力是由为重要的。

此设计基于实验室现有的硬件平台，主要实现多功能视力保护器的硬件开发与设计，并

完成相应的硬件制作。其研究内容分为两部分：对视力保护器的硬件设计和硬件制作。在设

计中存在着如何有效的提高视力保护以及对硬件电路准确调试的难点。在硬件设计中，基于

超声波技术设计的多功能实现控制声光提示电路工作的理论研究有一定的研究意义。

一、系统设计电路方案论述

方案一：由超声波发射振荡器、报警声振荡器和定时用振荡器、一个超声波接收放大器、一个光控电路和各功能的控制与指示电路组成。如图1为电路原理图

方案二：本电路由两个定时器和晶振电路组成的多功能视力保护器电路。如图2 电路原理图

图2 方案二电路原理图

方案三：本电路由CD4001.4二2输人端或非门集成电路、CD4011.4一2输人端与非门集成电路和CD4060.4异或门集成电路组成。通过3只门电路中的各个门的组合，组成一个具有光强保护、光弱保护和超时阅读保护为一体的多功能视力保护器电路。如图为电路原理图。

通过上述比较可以看出第一方案更为合理。它采用三块电路各自独立却又相互结合的方法，实现了电路板和芯片的合理使用，实现了距离检测、计时功能和采光功能。且实测静态电流不大于8mA。设计原理简单、设计合理、造价低廉，能起到了预防近视、保护眼睛等作用。第二方案设计过于简单达不到要求。第三方案设计复杂且制作成本过高。因此我选用第一方案。

二.电路设计分析

（一）电路原理框图

视力保护器由测光电路、显示电路、报警电路、定时电路4个部分组成, 如图4所示

图4 电路原理框图

（二）电路设计原理图

图5 电路设计原理图

本电路主要包含：该电路包括3个振荡器：（即超声波发射振荡器、报警声振荡器和定时用振荡器）、一个超声波接收放大器、一个光控电路和各功能的控制与指示灯电路。

1、测光电路

本电路主要有光敏电阻器RG、电阻器R4、电容器C和IC2内部的与非门D8组成。

（1）光敏电阻

RG选用亮阻小于2kΩ、暗阻大于2MΩ的光敏电阻器。其工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。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。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。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—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。

图6 光敏电阻原理图

(2) 测光电路原理分析

本电路的工作原理是：当周围光线变弱时引起光敏电阻的阻值增加，使加在电容C上的分压上升，进而使可控硅的导通角增大，达到增大照明