专利名称：视力保健笔控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能预防视力降低的监视的装置，特别涉及一种保护视力的控制装置。
根据人眼保护要求，人们在书写时或阅读时，人眼必须距纸面一定距离，否则将严重影响眼睛的视力。据调查，现有的青少年中大部分都有近视症。特别是人们用笔书写时很容易拉近眼睛与纸面或桌面间的距离，从而给书写者的眼睛带来压力并降低其视力。尤其是青少年学生往往不能保持正常距离进行书写(正常书写距离为20cm)而造成近视或其它视力障碍。已有技术是以专利号为92214863.5的防近视控制器是作为一个装置放置在桌面上，它具有红外发射和接收电路，经整形、振荡、功放，由扬声器输出报警。该装置提供了较有效的措施，但仍存在一定的缺陷，由于这类红外装置与常规的红外遥控开关不同，它一般需要较长时间进行工作，如一个学生写作业的时间，该装置就要开启相应的时间甚至更长，故耗电较大，用电池一般都比较困难。该装置作为一个单独的装置放置在桌面上，并由220V供电，使用者都有不便，而且易受室内其它光源影响。
本发明的目的在于提供一种电路结构简单、不受室内其它光源干扰的直接由书写者控制、安全可靠且功耗极低的视力保健笔电路。
本发明是由书写笔和控制电路部分组成，书写笔由笔杆、笔芯和笔头组成，其中保健笔的结构部分可参阅本人已申请的专利，本发明的主题是关于控制电路部分，电路部分由红外发射部分、红外接收部分、控制部分和显示报警部分组成，其特征在于采用一个多运算放大器各自连接成三种不同的电路完成各自的功能，其中1.红外发射部分是由一单运算放大器构成的脉冲信号发生器和放大电路组成，脉冲信号发生器产生脉冲信号推动放大发射电路，红外发射管作为放大电路的负载进行红外线发射；2.红外接收部分是由红外接收回路和单运算放大电路组成，红外接收回路是一种无源电路，红外接收管不加任何直流偏置，其接收到的红外光信号之放大量基本上不随环境光亮的变化而变化。
3.控制部分是由一单运算放大器构成的单稳延时启动电路，其输出端与指示警报电路(4)相接。
4.显示报警部分是一种光亮显示或振动警报显示电路或是一种蜂鸣电路，也可以是其中任意二种的组合。
当控制电路输出高电平时，驱动警报电路发光或发出振动或发出声音，为更好地提醒书写者，可以发出二种警报信号。
当控制电路输出高电平时驱动指示灯亮或驱动振动电机，警告书写者纠正书写姿势。
本发明全部电路只用一块集成运放，电路结构简单，耗电极低，可由电池供电，安装在书写笔的腹部，由书写者握笔时自然打开开关处于发射状态，当头部与纸面距离小于正常值时，接收电路接收到足够大的信号，保健笔即发出警告信号。
本发明与现有技术相比，其优点在于1.各电路采用相同的运算放大器作各部件的有源器件，如本发明用一个四运放及相应的元器件即可完成全部功能，电路特别简单，体积小，故可以将电路置于笔杆内部作为书写笔的一部分；2.只使用一块集成电路，其功耗极少，而且只有当书写时手指触摸开关时电路才工作，电池使用寿命长。
3.红外接收管不加偏置，灵敏度受外界干扰影响小，故电路的稳定性高。
图1为本发明的电原理框图；图2为本发明的电原理图；图3为本发明红外发射部分的电原理图；图4为本发明脉冲信号发生器输出端和电容C7两端的波形图；图5为本发明红外接收部分的电原理图；图6为本发明单稳态电路的电原理图；图7为本发明单稳态电路运算放大器反相、同相输入端和输出端的波形图。
结合实施例说明附图本发明的电路由红外发射部分1、红外接收部分2、控制部分3和显示报警部分4组成(图1及2)，红外发射部分1有信号发生电路11和输出发射电路12(图3)；红外接收部分2有红外接收传感电路21和放大电路22(图5)；控制部分3是一种单稳延时启动电路，执行显示部分4是一种光亮显示或振动警报显示电路(6)，其特征在于1.红外发射部分1是由一单运算放大器构成的脉冲信号发生器11和放大输出发射电路12组成，脉冲信号发生器11产生脉冲信号推动放大发射电路12，红外发射管D2作为放大发射电路12的负载进行红外线发射。脉冲发生器11是由一个运算放大器IC1、电阻R12、R13、R14、R15、R16、电容C7及二极管D3组成，R12和R13串连在电源与地间，其中间分压端接运算放大器IC1的正相输入端，R14作为反馈电阻接在运算放大器IC1的正相输入端和输出端间，输出端通过C7和R15串连接地，R15还与R16、D3串连电路并联。
当电源电压施加于本发明的电路时，运算放大器IC1输出端的电压波形V1和电容C7两端的电压波形V2如图4所示。当运算放大器IC1的输出端输出高电平时，通过电阻R16、D1和R15对C7充电，随时间的增加，C7两端的电压不断提高，当C7两端的电压即反相输入端的电位高于运算放大器IC1的同相输入端的电位时，其输出端跳变为低电平，电容C7两端的电荷通过R16至运算放大器IC1的输出端对地放电，放电时间决定R16和C7的乘积，C7两端的电压随放电时间的增加而逐步下降，当该电压降至运算放大器IC1同相输入端的电位时，运算放大器IC1的输出端又跳变为高电位，周而复始进行振荡，当调整R12和R13的比值即可改变脉宽的占空比，调整C7的容量值，可改变振荡频率，R14起正反馈作用，该振荡信号经三极管T1调制在红外发射管D2的信号上发射出去至头部并反射至笔中的红外接收管D3。
本发明的脉冲信号发生器11，还可广泛应用于其它小型简单的装置作脉冲信号源。
2.红外接收部分2是由红外接收回路21和一单运放放大电路22组成，红外接收回路21不加任何直流偏置，红外接收回路21后接有一级放大电路22，也可接二级放大电路。其接收到的红外光信号之放大量基本上不随环境光亮的变化而变化。红外接收回路21由红外接收管D3和电阻R1、R2组成，红外接收管D3与电阻R1串连后与电阻R2并联，一端接地，另一端接耦合电容C1，放大器22由运算放大器IC2、电容C2、电阻R3、R7、R8组成，运算放大器IC2的反相输入端接输入电容C1，同相输入端接至跨在电源和地间之R7和R8串连的分压器的中点箝位，反馈电阻R3及抑制高频干扰的电容C2并联接在反相输入端与输出端间。
当红外光信号从红外发射管D2发射出来经头部反射回来照射在红外接收管D3上时，D3两端产生微弱的电信号，由R1、R2补偿后，通过C1耦合将信号送到运算放大器IC2的反相输入端，通过IC2放大后由输出端输出。由于在强光下特别是在白炽灯光照射下，红外接收管D3的接收灵敏度有所下降，其等效电阻也下降，相当于信号源的内阻下降。由于本电路的放大倍数K＝R3/信号源内阻，R3是不变值，信号源内阻下降使整个放大电路的放大倍数提高，补偿了在强光照射下D3灵敏度下降的因素，使整个电路在照射光线变化过程中，其放大量基本保持不变，即保持了测量灵敏度。
本发明亦可采用二级放大电路22来满足不同的要求，如图2所示，由IC2组成的放大电路之输出端经电容C3和R4进入下一级由IC3组成的放大电路再放大或反相，由IC3组成的放大电路与IC2组成的放大电路相似，负反馈电阻R6和抑制高频干扰的电容C4并联接在反相输入端和输出端间，其同相端与由IC2组成的放大电路共接在电阻R7和R8的连接点上。
本发明的电路还可以应用于其它用途的红外接收电路中。
3.控制部分3是由一单运算放大器构成的单稳延时电路，单稳延时电路由运算放大器IC4、电容C5、C6、电阻R9、R10、R19组成，信号经电容C5进运算放大器IC4的反相输入端，电阻R9和R19串连接在电源和地间，反相输入端接在R9和R19的连接端，输出端与同相输入端接有正反馈电容C6，正相输入端与地间还接有充电电阻R10和放电二极管D4。
红外接收部分2输出的负脉冲经C6输入运算放大器IC4的反相输入端，当负脉冲V 3的峰值超过由R9和R19分压的电位(R19×Vcc)/(R9+R19)值时，IC4反相端的电位低于地电位，其输出端即由低电平跳变至高电平，如图7所示的波形V5，此时通过C6的正反馈，使IC4的正相输入端暂时为高电平(波形V4)，保持输出端为高电平，此时电容C6被充电，其充电回路为输出端电容C6→电阻R10→地，经过一定时间t2，电容C6两端电压不断上升，同相输入端的电位不断下降，当其电位V4低于(R19×Vcc)/(R9+R19)时，输出端跳变为低电平，电容C6通过二极管D4快速放电，为下一个周期做好准备。要使本电路的输出端翻转，输入负脉冲的峰值应大于(R19×Vcc)/(R9+R19)，当改变R19及R9的比值，输入负脉冲的峰值亦应相应改变，故本电路是一比较器和单稳电路的结合。
显示警报部分4，是由电阻R11和警报器件Z组成，连接在单稳延时电路(3)的运算放大器IC4之输出端，警报器件Z是一个发光管或/和一电机带动的振动偏心轮或/和一种蜂鸣电路。当输出端为高电平时，通过电阻R11启动显示警报部分4。警报器件Z可以是发光管连续闪烁显示光亮警报，可以是电机转动带动偏心轮使笔产生振动，迫使书写者调整距离或姿态，也可以是带动蜂鸣电路发声警告，也可以上述中两种显示警报的组合。
本电路可广泛应用于定时器和一些需要比较、延时的电路中。
本发明全部电路由电池供电，安装在书写笔的腹部，由书写者握笔时自然打开开关处于发射状态，当头部与纸面距离小于正常距离如15cm时，接收电路接收到足够高的信号，单稳延时电路触发，输出电路输出高电平驱动指示警报电路，警告书写者纠正书写姿势。当书写者停止书写并放下保健笔时，开关自然关闭，故本发明的耗电极少。
权利要求
1.一种视力保健笔控制电路，由红外发射部分、红外接收部分、控制部分和显示警报部分组成，红外发射部分有信号发生电路和输出发射电路；红外接收部分有红外接收传感回路和放大电路；显示警报部分是一种光亮显示或振动警报显示电路，其特征在于采用一个多运算放大器各自连接成三种不同的电路完成各自的功能，其中①红外发射部分(1)是由一单运算放大器构成的脉冲信号发生器(11)和放大发射电路(12)组成，脉冲信号发生器(11)产生脉冲信号推动放大发射电路(12)，红外发射管D2作为放大发射电路(12)的负载进行红外信号发射；②红外接收部分(2)是由红外接收回路(21)和一单运放放大电路(22)组成，作为放大电路(22)信号源的红外接收回路(21)是一种无源电路；③控制部分(3)是由一单运算放大器构成的单稳延时启动电路组成，其输出端与指示警报电路(4)相接。
2.根据权利要求1所述的视力保健笔控制电路，其特征在于红外发射部分(1)的脉冲信号发生器(11)是由一单运算放大器IC1、电阻R12、R13、R14、R15、R16、电容C7及二极管D3组成，R12和R13串连在电源与地间，其中间分压端接运算放大器IC1的正相输入端，R14作为反馈电阻接在运算放大器IC1的正相输入和输出端间，输出端通过C7和R15串连接地，R15还与R16、D3串连电路并联。
3.根据权利要求1所述的视力保健笔控制电路，其特征在于红外接收部分(2)由红外接收管D3和电阻R1、R2组成红外接收回路(21)，红外接收管D3与电阻R1串连后与电阻R2并联，一端接地，另一端接耦合电容C1，放大器(22)由运算放大器IC2、电容C2、电阻R3、R7、R8组成，运算放大器IC2的反相输入端接输入电容C1，同相输入端接至跨在电源和-地间之R7和R8串连的分压器的中点箝位，反馈电阻R3及抑制高频干扰的电容C2并联接在反相输入端与输出端间。
4.根据权利要求1所述的视力保健笔控制电路，其特征在于控制部分(3)的单稳延时电路由运算放大器IC4、电容C5、C6、电阻R9、R10、R19组成，信号经电容C5进运算放大器的反相输入端，电阻R9和R19串连接在电源和地间，反相输入端接在R9和R19的连接端，输出端与同相输入端接有正反馈电容C6，正相输入端与地间还接有充电电阻R10和放电二极管D4。
5.根据权利要求1所述的视力保健笔控制电路，其特征在于显示警报部分(4)，是由电阻R11和警报器件(Z)组成，连接在单稳延时电路(3)的运算放大器IC4之输出端，警报器件(Z)是一发光管或/和一电机带动的振动偏心轮或/和一种蜂鸣电路。
全文摘要
本发明涉及一种保护视力装置的控制电路。本发明是在书写笔的腔内设置红外发射、接收、放大、控制及显示警报电路,各电路只用一片多运放进行不同的组合而成,其功耗低、体积小,红外接收回路是一无源电路,在强光干扰下能自动调整放大量,灵敏度基本保持一致。当书写者的头部与纸面距离小于正常值时(如15cm内),红外接收电路接收到足够大的信号启动控制电路使显示警报电路工作发出警报,以纠正书写者的坐姿及调整与纸面的距离。
文档编号G05D3/00GK1207518SQ9711665
公开日1999年2月10日 申请日期1997年8月6日 优先权日1997年8月6日
发明者江娥仙 申请人:江娥仙