多功能视力保护器

这种视力保护器具有以下功能和特点：(1)阅读或书写的距离采用超声波反射自检方式，当使用者脸部距离写字台小于35cm时“距离”灯闪亮，同时有急促的“嘀、嘀、嘀”断续报警声发出，提醒使用者及时调整座姿。(2)学习环境光线自动检测。当光线照度低于国家教委规定的100lx时，“光线灯”闪亮，同时发出报警声，提醒使用者打开台灯或暂停工作。(3)学习时间自动检测。当学习时间达到45分钟时，“定时灯”闪亮，同时发出报警声，提醒使用者休息片刻。

该视力保护器全部采用CMOS电路设计，电路简单、合理、功耗低，实测静态电流不大于8mA，由四节5号电池供电，一般可用一学期。

图139

电路原理：

电路原理图见图139所示，IC3(CD4060)内部的“非”门与外接的R8、R9、C7等元件构成一个3Hz的振荡器，产生的方波信号由其⑨脚送出，一路送入三个“与非”门Y1、Y2、Y3的一个输入端；另一路经C2、R4微分，并由“非”门F1整形后输出占空比较小的矩形窄脉冲去控制由“或非”门H1、H2及R3、R4、C1构成的40kHz的振荡器，输出信号经“非”门F2、F3缓冲驱动超声波发射头B1发出一串串40kHz的超声波信号。这种缓冲驱动方式和单端缓冲输出(B1一端接地)相比，B1两端获得的驱动电压提高近一倍。B2为超声波接收头，它将接收到的超声波信号变为电信号，“非”门F4～F6和R1、R2构成一高增益的线性放大器，放大倍数AV=-R2/R1，改变R2即可调节放大倍数，从而改变检测距离。C3、C4、VD1、VD2将放大后的交流信号进行倍压整流，若在检测距离以内，三极管VT(9012)导通，集电极电位由低变高“与非”门Y1输出的3Hz的负矩形脉冲信号，“距离灯”LED1以3Hz的频率闪亮。同时“或非”门H3、H4及R14、R15、C8构成的音频振荡器受控间歇工作，驱动压电片BC发出急促的“嘀、嘀、嘀”继续报警声。

CI3(CD4060)产生的3Hz方波信号经内部13级分频后，在输出端Q13(③脚)得到一个45分钟的定时信号。当学习时间达到45分钟时，③脚输出变为高电平，“与非”门Y3同样输出3Hz的负脉冲信号，“定时灯”LED3闪亮，同时BC发出报警声。C6、R6构成的微分电路为每次开机提供清零脉冲，以保证开机时IC3内部的各分频器全部复位，确保定时的准确。

光敏电阻RG担任光线检测任务。光线较暗时，RG的阻值变大，其两端分得的电压起过“与非”门Y2的阈值电压，Y2输出3Hz的矩形负脉冲信号，“光线灯”LED2闪亮，同时BC发出报警声。

元件选择：

IC1用六反相器CD4069。IC2用四二输入端“或非”门电路CD4001。IC3用14位二进制串行计数/分频器CD4060。IC4用四二输入端“与非”门电路CD4011。B1、B2为超声波发射、接收头，型号分别为UCM40T和UCM40R。VD1～VD5选用1N4148。LED1～LED3宜用2×5mm方型发光管。BC选用Φ27mm的压电陶瓷片。电容C7宜用性能稳定的聚丙稀电容。其余元件按图所标参数选择即可。

安装调试：

4片数字电路安装时最好使用插座，这样焊接及更换均方便。3只发光管LED1～LED3，超声波发射、接收头B1和B2以及光敏电阻RG均直接焊接在电路板上。安装B1、B2时需注意以下几点：(1)B1、B2外形相同，其中发射为T，接收为R，不能搞错。(2)B2有一引脚与外壳相通，安装时应将此脚接地，而另一脚与R1相连。(3)B1、B2相距应在8～10cm左右。

检查元器件安装无误后，通电配合频率计进行调试。调试步骤如下：(1)微调电阻R8使IC3的⑨脚输出信号频率为3Hz。(2)微调电阻R4使“非”门F2输出信号的频率为40kHz，再用手置于超声波收发头前，让其反射超声波信号，此时LED1应闪亮，BC应发出报警声。然后慢慢使手远离收发头，同时调节R2，使手到收发头的距离大于35cm时LED1恰好熄灭。进行进一步调试时，如发现电路一通电LED1就闪亮且BC发出报警声，这是“非”门F4～F6组成的高增益放大器有自激现象，可先在IC1的电源端对地接0.1μF的退耦电容试试，若无效可在“非门”F6两端并接一只几十pF的反馈电容。(3)光线报警调整应在暗室或晚间进行。调试时，若无照度表，可点亮一只15W的灯泡，将其置于光敏电阻上方30cm处，此时光照度约为100lx，调节R5使LED2恰好熄灭为止。

调试结束后，将整个装调好的电路板置于一合适的小盒中，在小盒上方钻一个直径为8mm左右的小孔，将光敏电阻紧贴在圆孔下方，以便其能够很好的感光。小盒的背面再开一些小孔透声，并用胶将压电片固定在该位置。整机需与写字台成约40度角，以便使用者脸部反射超声波信号。使用时将视力保护器置于阅读的书本上方即可。需注意的是，一旦定时时间已到，LED3就闪亮，此时应关掉电源开关，休息片刻，然后再打开开关。