多功能隐形眼镜盒的设计与制作

刘一甍 冯梓豪 王云鹏 徐志洁

摘  要：本文主要论述为了解决传统隐形眼镜盒存在的问题，而开发的一种新型便携式多功能隐形眼镜盒，对该装置的整体设计方案以及各部分的功能进行了详细的介绍。该装置由SMD5050型环形发光二极管（即LED灯）、高度范围为0～10cm的升降杆、可感应1.5cm距离的红外传感器、UVC3535型紫外消毒灯等组成，可实现传统眼镜盒不具备的根据使用环境调节高度角度和照明亮度、对镜片放置位置进行提醒和高效除菌的功能。该装置集多种功能于一体，有较大的应用前景。

关键词：新型隐形眼镜盒  环形LED灯  红外距离传感器  紫外消毒灯

中图分类号：TQ320.622           文献标识码：A             文章编号：1674-098X（2021）04（c）-0054-04

Design and Manufacture of Multifunctional Contact Lens Case

LIU Yimeng1  FENG Zihao1  WANG Yunpeng2  XU Zhijie1*

（1.Shenyang Ligong University， Shenyang， Liaoning Province， 110159 China;2. Dalian Branch of China Unicom， Dalian， Liaoning Province， 116001  China）

Abstract： In order to cope with the problems of traditional contact lens cases， the article developed a new type of portable multifunctional contact lens case. The device is composed of SMD5050 ring light emitting diode （LED） lamp， height range of 0～10cm lifting rod， infrared sensor capable of sensing a distance of 1.5cm， UVC3535 ultraviolet disinfection lamp， etc.， which can be used according to the traditional glasses box. The environment adjusts the height angle and lighting brightness， reminds the lens placement position and efficient sterilization function. The article gives a detailed introduction to the overall design of the device and the functions of each part. The device integrates multiple functions into one， and has a larger application prospect.

Key Words： New contact lens box; Ring LED lamp; Infrared distance sensor; Ultraviolet disinfection lamp

據分析，全球近视人口数量逐年升高，据2019年国家卫生健康委员会公布数据显示，我国儿童青少年群体的整体近视率高达53.6%。其中小学生、初中生、高中生的近视率为36.0%、71.6%、81.0%。眼镜也成了大多数近视人口必不可少的物品，许多人为了美观会选择隐形眼镜，但传统的隐形眼镜盒只包含存放功能。此种隐形眼镜盒不能解决佩戴时亮度、角度问题，存在左右眼镜片错放引起的交叉感染的卫生安全隐患，甚至无杀菌消毒功能导致眼部细菌感染的情况发生。

本文从亮、升、音、净4个方面设计并制作了一款新型便携式多功能隐形眼镜盒。针对传统隐形眼镜盒功能单一、除菌效果不佳、不能等功能性缺陷，本装置利用亮度范围为0～500cd/m2的环形发光二极管、金属升降杆、可感应1.5cm距离的红外传感器、MP3模块、波长为270nm的UVC3535型紫外消毒灯等实现了照明、升降、提醒和杀菌等功能。

1  装置的整体设计方案

整体的装置图如图1、图2所示。该装置整体为长方体，长9cm、宽7.5cm、高4.5cm，框架结构由亚克力制成，盒盖配有镜子，镜子周围被环形发光二极管环绕，用于补光照明。嵌入眼镜盒四角内的四根升降杆可分别在0～10cm范围内调节高度。盒体底部内置红外距离传感器感应电路，用于放置感应镜片，进行位置提醒，夹层作为镜片和工具放置区。镜片盒上方配有紫外消毒灯，当关闭盒盖时，进行杀菌消毒。盒内配有装置开关，底部为电池存放区（见图3）。

2  装置的各部分功能

2.1 照明功能

SMD5050发光二极管是一种固态的半导体器件，因为它亮度高、寿命长，所以被用作大多数场景的照明光源[1]。该二极管亮度范围为0～500cd/m2，色温为4000K，可直接把电转化为光。此部分还有光敏传感器5506、单片机Arduino UNO。已知在50～500lx内人眼光视效随着亮度的增加而有所提高[2]。当外界环境光照度变化时，在光敏传感器附近测得的照度如表1第一行所示;同时在距离该装置环形照明灯10cm处，相应地测出LED单独发光的照度，如表1第二行所示。

该装置色温为4000K。由表1可知，环境光越暗，LED灯的光强越强。在距离环形照明灯10cm处，该装置总体的照度大于500lx，由表2可知，基本满足中华人民共和国住房和城乡建设部批准的有关色温、照度[3]的要求。

2.2 升降功能

将4根金属升降杆分别嵌入眼镜盒四角内，这四根杆可分别在0～10cm范围内调节高度;眼镜盒盖与盒身的连接使用多角度、可停阻尼折頁，可调范围为0～150°。这样，可在上述的高度、角度内调节镜子，便于人们佩戴隐形眼镜。

2.3 提醒功能

由2个红外线距离传感器、1个MP3模块及单片机Arduino等组成的电路完成提醒功能。红外距离传感器利用型号为F5的红外发射管和接收管传感工作，分别安装于两个透明的镜片盒下方，经过单片机处理，当用镊子夹持左或右镜片接近左或右镜片盒底时，就会触发MP3模块，经喇叭发出“这是左侧”或“这是右侧”的声音，以实现提醒。

左、右眼镜盒的中心距离为5.5cm，每个镜片盒的直径为2.0cm，深度为2.5cm，镊子夹镜片距传感器发射管的距离及提醒情况如表3所示。

由表3和图4可见，当镊子夹镜片距传感器发射管距离为1.5cm时才开始提醒，而两镜片盒的中心距离为5.5cm，因此可避免左、右镜片盒的错误提醒，从而达到正确放置左、右镜片的目的。

2.4 杀菌功能

由波长为270nm的UVC3535紫外灯和开关组成的电路完成杀菌功能。紫外灯杀菌是利用紫光频率高、光子能量高的特点[4]，破坏及改变微生物的DNA结构，可使细菌当即死亡。由文献可知，当光的波长在300nm以下时，会有杀菌效果，而在260nm（253.7nm）会达到最佳的效果[5-7]。利用此光对隐形眼镜和眼镜液中常见的枯草杆菌黑色变种芽胞、白色念珠菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌照射90s以上，灭绝率可达100%[8]。该装置波长符合文献中的杀菌波长，故可以实现杀菌的功能。

3  结语

设计并开发的新型便携式多功能隐形眼镜盒，可实现0～1100lx的补光照明、0～10cm的升降调节、1.5cm内的左右区分感应语音播报、270nm波长光杀菌的功能。该装置设计巧妙、方便实用，能满足如今人们的需求，具有较大的优势和应用价值。

参考文献

[1] 蒋福春，刘瑞友，彭冬生，等.基于光谱法的发光二极管稳态热阻测量方法[J].物理学报，2021（9）：2.

[2] 王书路.基子人眼视觉特性的三维显示研究[D].合肥：中国科学技术大学，2016.

[3] GB50034-2019.建筑照明设计标准[S].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2019.

[4] Kiyoshi Yoshino.紫外线杀菌的原理和最新应用[J].中国照明电器，2005（4）：28-30.

[5] 宋昌斌，郭亚楠，闫建昌，等.紫外发光二极管在水产养殖杀菌消毒中的应用与展望[J].渔业现代化.2021，48（1）：1.

[6] 徐飞飞，代林林，陈晓红，等.不同紫外线杀菌灯辐照强度及其作用范围研究[J].护理研究，2020，34（22）：4122.

[7] 卢瞧.评价紫外线、三氧消毒机、循环风空气消毒机对门诊采血室的空气消毒效果[J].中国感染控制杂志，2017，16（3）：240-242.

[8] 李绥晶，张幸为，张慧贤.紫外线对隐形眼镜贮存液消毒效果的检测[J].中国消毒学杂志，1997，41（1）：38-39.