专利名称：超声波阅读、书写视力保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种主要是由超声波发射、接收元件及其它电子元器件构成的视力保护装置，作为使用者在阅读、书写时一旦视距过近，自动报警，保护视力之用。
现有的阅读、书写视力保护装置，可分为接触型和非接触型两种，接触型一般都需要有一个机械检测装置，因此有安装、调整麻烦，使用不便，报警不够准确的缺陷，而采用电子技术的非接触型在效果上较之接触型为好。
现有的非接触型视力保护装置，如中国专利申请号为88211138的“红外阅读视距监视报警器”便是一例。该监视报警器通过红外发光管向外发射红外线，红外线经使用者人体反射后被光敏管接收，信号经过放大、整形后送至可控音频振荡器，视距过近时，接收到的信号强，就能推动可控音频振荡器工作，向使用者发出视距过近的报警信号。由其工作过程可知，由于采用红外线作为检测的信号传递媒介，因此存在着易受外界光线(包括可见光线)的干扰和影响；其次，由于是否报警决定于光敏管接收到的红外线的强度，即采用模拟信号控制报警的方法，因此电路调整麻烦，检测精度不高；再者，对属于在正常情况下短时间进入报警视距范围内的物体(例如使用者的手)本不必发出报警，但该报警器由于未具备这方面的功能，往往会产生这一类的报警错误，使使用者感到困惑不解，影响使用效果。
本实用新型的目的在于克服现有的非接触型视力保护装置的各种不足和缺陷，达到使用方便，检测、报警准确，不受外界干扰和影响，完全实用的要求。
本实用新型采用的技术解决方案是以超声波作为发射和接收之间的信号传递媒介，电路上主要设置这几个单元，即同步信号发生单元、发射单元、接收单元、视距判断单元。保护器通过发射单元向外界发射超声波，同时由接收单元接收自使用者头部反射回来的超声波，视距判断单元对接收到的超声波信号从时间上进行判别。如果判断结果认为视距过近，则发信号给报警单元，由报警单元向使用者发出视距过近的报警信号。
本实用新型由于采用超声波发射、反射、接收方式，抗外界干扰能力强；物体偶然进入报警视距内不会误报警；检测精度高(检测精度达±1厘米)。本实用新型实施简便，成本低，使用方便，有效地防止了在过近的视距下进行阅读和书写，从而起到保护视力的作用；有较大的社会效益。本实用新型可以和现有的光照度不足报警电路、定时报警电路(防止连续阅读、书写时间过长)进行简单的组合而制成多功能的视力保护装置。
图1为本实用新型各个单元之间的关系图。
图2为本实用新型实施方案一的电路原理图。
图3为本实用新型实施方案二的电路原理图。
图4为本实用新型的外型结构图。
以下结合附图作进一步技术上的说明。
图4中，1为机壳，2为超声波发射孔，3为报警用发声孔，4为报警用发光孔，5为超声波接收孔，6为电源开关。
图1中，电源单元可以由干电池构成，也可以由交流电源变压、整流、滤波等电路构成，其作用是供给其它各单元以电源。同步信号发生单元为一不受其它单元影响的定时(设定时时间为T)发出一个矩形波电平的电路(设矩形波的宽度为t)。T和t的大小由该单元的有关元件参数决定。该单元的作用是协调发射单元和视距判断单元之间的时间配合，并使视力保护器在规定的时间判断视距是否过近。发射单元的作用是受控于同步信号发生单元，在同步信号发生单元有矩形波输出的t期间，向保护器外部发射超声波。接收单元的作用是接收从使用者头部反射回来的超声波。如收到超声波，则向视距判断单元输出信号，视距判断单元的作用是从接收单元送来的信号中判断出视距是否过近，同步信号发生单元输出给视距判断单元的信号是矩形波消失时刻的一个脉冲信号，视距判断单元只有同时接收到同步信号发生单元送来的脉冲信号及接收单元送来的信号时，才有信号输出至报警单元。如果任一时刻只接收到一个单元送来的信号，就不会有信号输出至报警单元，报警单元的作用是如果接收到视距判断单元送来的信号，则向保护器外部发出报警信号，报警方式既可以是发光形式，也可以是发声形式，或两者都有。
超声波的波速在室温下约为344米／秒，设保护器报警视距为X米，则超声波从发射单元发出，经人体头部反射后传送至接收单元所需的时间为X／172秒。如果接收单元在发射单元发出超声波后X／172秒时间内收到了反射回来的信号，则可判断为视距过近。由于矩形波宽度t就是发射单元发出超声波时起算至视距判断单元进行判断的时间，在电路上又设定了t＝X／172秒，所以，判断视距过近的方法是检测接收单元收到信号的时间与发射单元发射信号时的起始时间的差值是否小于或等于同步信号发生单元设定的值t。
本实用新型电路上既可以采用集成电路的方式，也可以采用既有集成电路又有分立元件的方式，或采用全分立元件的方式，以下给出二个实施方案。
实施方案一采用既有集成电路又有分立元件的方式，电路原理见图2。
图中，同步信号发生单元由IC2、R2、R8、W、BG1、C3、C4、C8、组成，定时周期T由R2和C4之值决定，矩形波宽度t(对应于报警视距)由W和C4之值决定。调节W可微调报警视距。IC2为555时基集成电路，其3脚定时输出高电平的矩形波，一路送发射单元IC1之4脚，另一路经C8、R8微分电路送视距判断单元中BG7的基极。微分电路的作用是保证只在矩形波消失时送一个相对电源正极为负的脉冲信号给BG7的基极。发射单元由IC1、R1、C1、HY1组成。IC1为555时基集成电路。HY1为超声波换能器，作发射超声波用。R1和C1决定发射频率。为使超声波发射效率最高，应选取适当的R1和C1值，使发射频率与换能器的固有频率一致。IC1的4脚为控制端，当4脚为高电平时，其3脚有信号输出当4脚为低电平时，3脚没有信号输出。由于IC1的4脚与IC2的3脚相连，这样就达到了发射单元受控于同步信号发生单元的目的。接收单元由BG2、BG3、BG4、BG5、HY2、R3、R4、R5、R6、C5、C6、C7组成。HY2是超声波换能器，作接收超声波用。如HY2接收到信号，由BG1、BG2放大，然后经C6耦合由BG4、BG5、C7倍压检波、滤波后，得到相对于电源正极为负的直流信号送视距判断单元中的BG6的基极，视距判断单元由BG6、BG7、R7、R9组成。该单元采用串联开关电路的方式，当BG6、BG7基极同时收到相对于电源正极为负的信号时，二个晶体管饱和，BG6集电极输出高电平脉冲，达到了前述的视距判断功能，报警单元由IC3、LED1、LED2、DY、R10组成。IC3为音乐集成电路，如CW9300等。IC3的1脚为控制端，当1脚输入一个高电平脉冲时，音乐集成电路3脚有信号输出，带动LED1、LED2发光二极管闪光，DY压电陶瓷发声。本例电源单元采用电池(E)，K为电源开关，C2为电源退耦电容。
实施方案二采用全分立元件的方式，电路原理见图3。
图中，同步信号发生单元由BG3、BG4、BG5、R5、R6、R7、R8、R9、R15、C4、C5、C9组成。BG4、BG5组成一个多谐振荡器，BG4集电极在定时周期T内输出脉冲宽度为t的低电平矩形波。T由R8、C5之值决定，t由R7、C4之值决定。该单元信号一路经R5、BG3送发射单元，另一路经C9、R15组成的微分电路送视距判断单元。R5为限流电阻，防止高电平加到BG1时过流，BG3为防止BG4饱和时对BG1基极电位的影响。C9、R15微分电路在低电平矩形波消失时产生一个正脉冲信号给BG11。发射单元由BG1、BG2、R1、R2、R3、R4、C1、C2、HY1组成。BG1、BG2组成多谐振荡器。调节R2、R3、C1、C2之值可改变振荡频率，应使振荡频率与发射用换能器HY1的固有频率一致。由于BG1基极通过R5、BG3与BG4集电极相连，因此发射单元是否工作受同步信号发生单元控制。只有当BG4集电极为低电平矩形波时，发射单元由于受BG3的隔离而不受BG4的影响，发出超声波。当BG4集电极出现高电平时，此高电平通过BG3、R5加到BG1的基极，使其饱和，发射单元停振，无超声波输出，接收单元由BG6、BG7、BG8、BG9、R10、R11、R12、R13、C6、C7、C8、HY2组成，原理与实施方案一样。视距判断单元由BG10、BG11、BG12、BG13、BG14、BG15、R14、R16、R17、R18、C10组成，BG10为电平转换开关管。如果接收单元送来信号(相对于电源正极为负的直流信号)，BG10饱和，其集电极为高电平。如果C9、R15微分电路送来的正脉冲信号与R14上的高电平不同时出现，则BG11、BG12中任一只总是正偏导通，由于R16的阻值大大于R14及R15，因此a点电位被箝制在0.7V左右，BG14截止。其集电极为高电平。如果C9、R15微分电路送来的正脉冲信号与R14上的高电平同时出现，则BG11、BG12同时截止，电源通过R16加在BG13、BG14上，BG14正偏，其集电极电位由高变低，通过C10、R18组成的微分电路及BG15向报警单元中的BG17基极发送负脉冲信号。报警单元由BG16、BG17、BG18、BG19、BG20、LED1、LED2、DY、R19、R20、R21 R22、R23、R24、R25、C11、C12组成，其中BG16、BG17组成单稳态电路，只要BG17基极加上一个负脉冲，集电极电位就由低变高，并维持一段时间。R20、C11决定其时间长短。BG19、BG20组成音频振荡器，振荡频率由C12、R25之值决定。当BG19基极为高电平时，电路起振，向外发出报警信号。单稳态电路的作用是维持振荡电路工作一段时间，以免报警时间过短。
权利要求1.一种超声波阅读、书写视力保护器，包括电源单元，其特征在于该保护器还包括同步信号发生单元、发射超声波至保护器外部的发射单元、接收由使用者头部反射的超声波的接收单元、对接收到的超声波从时间上进行判别的视距判断单元及向使用者发出视距过近信号的报警单元。
2.一种按权利要求1所述的视力保护器，其特征在于电路既可以采用集成电路的方式，也可以采用既有集成电路又有分立元件的方式，或采用全分立元件的方式。
专利摘要本实用新型属于一种主要是由超声波发射、接收元件及其它电子元器件构成的视力保护装置，作为使用者在阅读、书写时一旦视距过近，自动报警，保护视力之用。本实用新型采用超声波发射、反射、接收的方式检测视距。电路主要由同步信号发生单元、发射单元、接收单元、视距判断单元、报警单元和电源单元组成，判定视距过近的方法是检测超声波从开始发射至被接收时的时间是否小于或等于保护器内设的定值。本实用新型报警准确，使用方便，达到了实用化的要求。
文档编号A61F9/00GK2082611SQ9020025
公开日1991年8月14日 申请日期1990年1月6日 优先权日1990年1月6日
发明者朱桂棋, 郭尚云 申请人:朱桂棋, 郭尚云