1、本例介绍的多功能视力保护器具有三种保护视力的功能。一是纠正学习坐姿。正常的学习坐姿应当是，坐立时上身正直并略向前倾，眼睛与书本保持 35cm 以上的距离。当身体过度前倾使眼睛与书本的距离小于 35cm 时，保护器发出警示声，提醒学生纠正坐姿；二是测量学习环境的光线亮度。当环境亮度低于国家规定的 100Lx 时，及时发出警示声，提示学生增大环境亮度或停止学习；三是通过定时功能保证学生在连续学习超过 45 min 后，做适当的休息以提高学习效率。 工作原理 多功能视力保护器的电路如图所示，该电路包括三个振荡器（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
2、各功能的控制与指示灯电路。 由或非门 D1、D2 和 R3、R4 及 C1 组成超声波发射振荡器，振荡频率为 40kHz o 由超声振荡器输出的脉冲，经 F2、F3 反相和整形后，由超声波发射头向外发射。 超声波接收头将反射的超声信号接收并转换为脉冲电信号后，输人电压放大器进行放大。电压放大器由反相器 F4 一 F6 和反馈电阻 R2 组成，偏置电阻 R2 将 F4 的输人端偏置于电源电压的一半，使门电路的工作点处于良好的线性放大区。经电压放大器放大的信号，由 C3 藕合到由 VD1、VD2 组成的倍压整流器进行整流，由整流器输出的是负极性的信号。这个负极性的信号加至 VT 的基极，使其导通，
3、它的集电极输出高电平，并加至与非门 Y1 的一个输人端。 与非门 Y1、VD3、VD6 和 R10 组成“距离”指示电路。当 VT 导通，输出端变为高电平时，与非门 Y1 输出低电平。这时，距离指示灯 VD6发光并闪动，这是因为 Y1 的另一输人端输人的是由定时振荡器 IC3 输出的定时振荡脉冲，它的频率为 3 Hz。这个 3 Hz 的脉冲使 Y1 的该输人端形成了间隔时间为 1/3s 的高电平，使与非门 Y1 形成了间隔时间为 1/3s 的导通、截止交替进行的状态，因而形成闪光指示。 当人体坐姿发生变化出现前倾时，由头部反射到接收头的超声波反射信号较强，经放大、检波后输出的低电平较强，能使
4、VT 导通而发出闪光警示信号，提醒学生纠正坐姿。 报警声振荡器是当出现坐姿、光照和到达定时时间时，发出报警声响，以引起使用者的注意。振荡器由或非门 D3、D4、R15、R14、及 C8 组成。这是一个由或非门组成的键控式多谐振荡器。键控脉冲来自 VD3、VD4、VD5 的正输出端。当 VD3 一 VD5 中任何一方的左端出现低电平时，多谐振荡器立即开始振荡，并通过压电蜂鸣器发出报警声。由电路的结构可知，VD3 一 VD5 的左端受与非门 Y1 一 Y3 的控制，而 Y1 一 Y3 的输人端中均有一个输人端是受定时振荡器 IC3 的 9 脚的输出控制的。如前所述，9 脚输出的是 3 Hz 的脉冲
5、。这样，报警声振荡器输出的报警信号就是一个受 3 Hz 脉冲调制的信号，B 发出的报警声为“嘀、定时振荡器由一只 14 位二进制串行计数分频和振荡集成电路 CD4060 与 R8、R9 及 C7 组成，本电路振荡频率为 3Hz. 由振荡器产生的 3 Hz 时基脉冲，一方面由 9 脚输出，作为与非门Y1 一 Y3 的门控脉冲；另一方面通过内部分频器分频后，得到 45min 的定时，由 3 脚输出3 脚为 Q14,即 213=8192，8192/3=2730（s） ，2730/60=45（min） 。 CD4060 内包含 14 级分频器和两个反相器，其中两个反相器可通过外接 RC 元件或石英晶体
6、组成振荡器，产生脉冲信号，通过分频器分频后形成所需要的定时。 当打开电灯后，电路便得到工作电源，振荡器起振，定时器开始工作。当到达定时后，CD4060 的 3 脚输出高电平。这一高电平和 9脚输出的 3 Hz 脉冲同时加至与非门 Y3，使 Y3 呈断续导通状态，定时指示灯 VD8 出现闪光，同时通过 VD5 触发报警振荡器，发出报警声。 光控电路也称测光电路，由光敏电阻 RG 和R5 组成分压电路。当光线正常时，电源经 R5 与 RG 的分压，使与非门 Y2 的输人端得到较低的分压，Y2 不导通，输出端为高电平。当光线暗到一定程度时，RG 的阻值增大，使 R5与 RG 的分压点得到较高的分压，
7、这时与非门 Y2 导通。在 3 Hz 脉冲的作用下，Y2 呈断续的导通状态，光线指示灯 VD7 闪光指示。同时通过 VD4 将报警振荡器触发，发出报警声。 C6、R6 组成微分电路，每次开灯时向 IC3 提供清零脉冲，以保证在开灯后定时振荡器能提供准确的定时脉冲。 为保证多功能视力保护器工作稳定，电源电路可采用 LM7806 集成稳压器进行稳压。 元器件选择 电路中所用元件以数字集成电路为主，其中 IC 1 选用六反相器 CD4069; IC2 选用 4 一 2 输人或非门 CD4001；IC3 选用 14 位二进制计数分频振荡电路CD4060；IC4 选用 4 一 2 输人与非门 CD401
8、1.VD6 一 VD8 应选用红、黄、绿三种颜色的发光二极管，以示区别。 超声波发射头与接收头选用 UCM40 一 T 与 UCM40 一 R. RG 选用 MG45系列光敏电阻器。 其他元器件均无特殊要求，按图所标明的型号及参数进行选用。 制作与调试 超声波发射、接收头均应安装于灯座的前方并向前倾斜，以便与人的头部相对。超声波发射、接收头之间应相距 8 一 l0cm。光敏电阻应安装于灯座的上面板内，面板上开孔并装设玻璃或透明塑料罩。 电路组装完成后，调整发射器的 R4，使发射器的振荡频率为40kHzo 随后调整接收电路，用一挡板在发射、接收头前移动，使接收头能收到发射头发出的反射信号，此时 VD6 应闪光。然后将挡板固定在发射、接收头前 35cm 处，调整接收器中的 R2，使 VD6 刚好出现闪光和报警。当挡板移至 35cm 处时，停止闪光和报警。 光控电路的调整应在暗室中进行，用一只 15W 灯泡，在距光敏电阻 30cm 处照射，此时光照度约100Lx，调节 R5 使 VD7 刚好熄灭为止。 在使用中，当出现定时报警后，应将灯关掉，使电路因失去工作电源而复位，以便下次开灯时计时电路能从零开始计时。
