多功能护眼灯的设计

摘 要：针对当今社会青少年用眼过度或用眼不当产生的近视问题，研究设计多功能护眼灯。该护眼灯的功能包括距离检测、时间计时、光线检测及亮度调节等，若出现不正确的用眼问题时，多功能护眼灯将会发出报警信号。

关键词：多功能；护眼灯；传感器；报警

引言

随着社会的发展、科学文化的普及和全民教育层次的提高，青少年用眼过度或用眼不当导致近视眼率急剧增加。根据中国、美国和澳大利亚合作开展的防治儿童近视研究项目前期调查显示，中国青少年近视发病率已经高达50%-60%，全国近视眼人数竟已近4亿！用眼不当是造成近视眼率骤增的主要原因，用眼不当包括：书本离人眼太近、光线过强或过弱、用眼时间过长等。因此，设计一个具有提醒功能的自动调节光线亮度的护眼灯是非常有必要的。

1 多功能护眼灯的功能特点

正确的用眼方法为：书本距离人眼约35cm，光线以柔和的自然光为最佳，光照强度为500Lx为较适宜，为避免长时间用眼，多功能护眼灯采用计时模式，每隔45-50分钟，报警提醒一次。多功能护眼灯的功能如图1所示：

图中各部分的说明如下：（1）超声波传感器的作用是探测人眼与灯具的距离。理想状态下，人眼与书本的距离为35cm，超声波传感器感测的是障碍物与传感器的距离，且人是动态的，因此，其报警信号灯应该在测量数据范围以外时发出报警信号。（2）感光元件的作用是时刻感测周围环境的光线变化。太阳光在漫反射时产生的柔和光线对视力最好，但目前的白炽灯无法真实的模拟出这种自然光，因此多功能护眼灯以产生适宜的光照强度为主要设计目的，完成在外界环境发生变化时，手动调节光亮调节旋钮，使光照强度尽量趋近适宜的范围内。（3）计时器的主要作用是当人坐在书桌前时起，进行倒计时，每45-50分钟报警一次，提醒读者注意用眼时间，适当休息。

2 多功能护眼灯的硬件选择

多功能护眼灯具有距离报警、光线强度测试、光线强度调节、计时等多种功能，在硬件选择时要注意外观结构和机械性能的结合，元器件宜小不宜大，尽量选择集成的元件。

2.1 超声波传感器的选择

建议使用HY-SRF05、US-100、RisymHC-SR04等型号的超声波传感器，这些超声波传感器的特点是体积小、价格低、将发射和接收装置集成与一体，安装方便。

2.2 感光元件的选择

目前市场上的光传感器多种多样，根据性能和价格，选择光敏电阻，光敏电阻的特性如图2所示，光敏电阻的阻值随光照强度的增加而下降，且具有连续性，因此在要求不是特别高的场合，可以估算出光照强度，为补偿光线强度提供理论依据。

2.3 光亮调节旋钮

当环境光线强度低于或高于适宜的光线强度时，手动调节该旋钮即电位器，可使灯的光照强度增强或者减弱。

2.4 计时器的选择

可由晶振、计数器、与门等价格优惠的集成芯片组合构成，也可以购买功能较好的计时器，计时器总类繁多，可选择性很大。

2.5 报警灯的选择

为节省空间及制作成本，报警灯选用三色二极管，其中人书距离不合适报警为红色、光线不合适为黄色、看书计时时间到为绿色。

3 多功能护眼灯的设计流程

多功能护眼灯的功能较多，且相互之间联系密切，设计过程中相互关联较多，基本关系为：连接多功能护眼灯电源，启动超声波传感器测人与多功能护眼灯的距离，测量时若有人则判断距离是否合适，当距离合适时开始计时，约45-50分钟时进行计时报警，若距离不合适，即刻进行距离报警，当电源连接时，即进行光线的检测，通过感光元件测量的数据和基准参数范围进行比较，若超过该范围，则进行光线不适报警，调节光亮调节旋钮，使之调节至基准参数内，光线不适报警停止。

4 结束语

通过对多功能护眼灯的设计，多方面了解了用眼常识，在使用多功能护眼灯时，注意按照正确的方式用眼，当出现用眼不当时，多功能护眼灯会发出报警信号，及时调解光线或距离能有效的预防青少年近视。

参考文献

[1]谭永红.电子线路实验进阶教程[M].北京航空航天大学出版社，2013.

[2]王金花.电子技术[M].人民邮电出版社，2010.

[3]姜秀英.传感器与自动检测技术[M].中国电力出版社，2009.

作者简介：王淼，柳州铁道职业技术学院，专任教师，主要从事电工电子类课程教学工作。