專利名稱：視力保健筆控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能預(yù)防視力降低的監(jiān)視的裝置，特別涉及一種保護(hù)視力的控制裝置。
根據(jù)人眼保護(hù)要求，人們?cè)跁鴮憰r(shí)或閱讀時(shí)，人眼必須距紙面一定距離，否則將嚴(yán)重影響眼睛的視力。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)有的青少年中大部分都有近視癥。特別是人們用筆書寫時(shí)很容易拉近眼睛與紙面或桌面間的距離，從而給書寫者的眼睛帶來(lái)壓力并降低其視力。尤其是青少年學(xué)生往往不能保持正常距離進(jìn)行書寫(正常書寫距離為20cm)而造成近視或其它視力障礙。已有技術(shù)是以專利號(hào)為92214863.5的防近視控制器是作為一個(gè)裝置放置在桌面上，它具有紅外發(fā)射和接收電路，經(jīng)整形、振蕩、功放，由揚(yáng)聲器輸出報(bào)警。該裝置提供了較有效的措施，但仍存在一定的缺陷，由于這類紅外裝置與常規(guī)的紅外遙控開關(guān)不同，它一般需要較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行工作，如一個(gè)學(xué)生寫作業(yè)的時(shí)間，該裝置就要開啟相應(yīng)的時(shí)間甚至更長(zhǎng)，故耗電較大，用電池一般都比較困難。該裝置作為一個(gè)單獨(dú)的裝置放置在桌面上，并由220V供電，使用者都有不便，而且易受室內(nèi)其它光源影響。
本發(fā)明的目的在于提供一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不受室內(nèi)其它光源干擾的直接由書寫者控制、安全可靠且功耗極低的視力保健筆電路。
本發(fā)明是由書寫筆和控制電路部分組成，書寫筆由筆桿、筆芯和筆頭組成，其中保健筆的結(jié)構(gòu)部分可參閱本人已申請(qǐng)的專利，本發(fā)明的主題是關(guān)于控制電路部分，電路部分由紅外發(fā)射部分、紅外接收部分、控制部分和顯示報(bào)警部分組成，其特征在于采用一個(gè)多運(yùn)算放大器各自連接成三種不同的電路完成各自的功能，其中1.紅外發(fā)射部分是由一單運(yùn)算放大器構(gòu)成的脈沖信號(hào)發(fā)生器和放大電路組成，脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號(hào)推動(dòng)放大發(fā)射電路，紅外發(fā)射管作為放大電路的負(fù)載進(jìn)行紅外線發(fā)射；2.紅外接收部分是由紅外接收回路和單運(yùn)算放大電路組成，紅外接收回路是一種無(wú)源電路，紅外接收管不加任何直流偏置，其接收到的紅外光信號(hào)之放大量基本上不隨環(huán)境光亮的變化而變化。
3.控制部分是由一單運(yùn)算放大器構(gòu)成的單穩(wěn)延時(shí)啟動(dòng)電路，其輸出端與指示警報(bào)電路(4)相接。
4.顯示報(bào)警部分是一種光亮顯示或振動(dòng)警報(bào)顯示電路或是一種蜂鳴電路，也可以是其中任意二種的組合。
當(dāng)控制電路輸出高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)警報(bào)電路發(fā)光或發(fā)出振動(dòng)或發(fā)出聲音，為更好地提醒書寫者，可以發(fā)出二種警報(bào)信號(hào)。
當(dāng)控制電路輸出高電平時(shí)驅(qū)動(dòng)指示燈亮或驅(qū)動(dòng)振動(dòng)電機(jī)，警告書寫者糾正書寫姿勢(shì)。
本發(fā)明全部電路只用一塊集成運(yùn)放，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗電極低，可由電池供電，安裝在書寫筆的腹部，由書寫者握筆時(shí)自然打開開關(guān)處于發(fā)射狀態(tài)，當(dāng)頭部與紙面距離小于正常值時(shí)，接收電路接收到足夠大的信號(hào)，保健筆即發(fā)出警告信號(hào)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于1.各電路采用相同的運(yùn)算放大器作各部件的有源器件，如本發(fā)明用一個(gè)四運(yùn)放及相應(yīng)的元器件即可完成全部功能，電路特別簡(jiǎn)單，體積小，故可以將電路置于筆桿內(nèi)部作為書寫筆的一部分；2.只使用一塊集成電路，其功耗極少，而且只有當(dāng)書寫時(shí)手指觸摸開關(guān)時(shí)電路才工作，電池使用壽命長(zhǎng)。
3.紅外接收管不加偏置，靈敏度受外界干擾影響小，故電路的穩(wěn)定性高。


圖1為本發(fā)明的電原理框圖；圖2為本發(fā)明的電原理圖；圖3為本發(fā)明紅外發(fā)射部分的電原理圖；圖4為本發(fā)明脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出端和電容C7兩端的波形圖；圖5為本發(fā)明紅外接收部分的電原理圖；圖6為本發(fā)明單穩(wěn)態(tài)電路的電原理圖；圖7為本發(fā)明單穩(wěn)態(tài)電路運(yùn)算放大器反相、同相輸入端和輸出端的波形圖。
結(jié)合實(shí)施例說明附圖本發(fā)明的電路由紅外發(fā)射部分1、紅外接收部分2、控制部分3和顯示報(bào)警部分4組成(圖1及2)，紅外發(fā)射部分1有信號(hào)發(fā)生電路11和輸出發(fā)射電路12(圖3)；紅外接收部分2有紅外接收傳感電路21和放大電路22(圖5)；控制部分3是一種單穩(wěn)延時(shí)啟動(dòng)電路，執(zhí)行顯示部分4是一種光亮顯示或振動(dòng)警報(bào)顯示電路(6)，其特征在于1.紅外發(fā)射部分1是由一單運(yùn)算放大器構(gòu)成的脈沖信號(hào)發(fā)生器11和放大輸出發(fā)射電路12組成，脈沖信號(hào)發(fā)生器11產(chǎn)生脈沖信號(hào)推動(dòng)放大發(fā)射電路12，紅外發(fā)射管D2作為放大發(fā)射電路12的負(fù)載進(jìn)行紅外線發(fā)射。脈沖發(fā)生器11是由一個(gè)運(yùn)算放大器IC1、電阻R12、R13、R14、R15、R16、電容C7及二極管D3組成，R12和R13串連在電源與地間，其中間分壓端接運(yùn)算放大器IC1的正相輸入端，R14作為反饋電阻接在運(yùn)算放大器IC1的正相輸入端和輸出端間，輸出端通過C7和R15串連接地，R15還與R16、D3串連電路并聯(lián)。
當(dāng)電源電壓施加于本發(fā)明的電路時(shí)，運(yùn)算放大器IC1輸出端的電壓波形V1和電容C7兩端的電壓波形V2如圖4所示。當(dāng)運(yùn)算放大器IC1的輸出端輸出高電平時(shí)，通過電阻R16、D1和R15對(duì)C7充電，隨時(shí)間的增加，C7兩端的電壓不斷提高，當(dāng)C7兩端的電壓即反相輸入端的電位高于運(yùn)算放大器IC1的同相輸入端的電位時(shí)，其輸出端跳變?yōu)榈碗娖?，電容C7兩端的電荷通過R16至運(yùn)算放大器IC1的輸出端對(duì)地放電，放電時(shí)間決定R16和C7的乘積，C7兩端的電壓隨放電時(shí)間的增加而逐步下降，當(dāng)該電壓降至運(yùn)算放大器IC1同相輸入端的電位時(shí)，運(yùn)算放大器IC1的輸出端又跳變?yōu)楦唠娢唬芏鴱?fù)始進(jìn)行振蕩，當(dāng)調(diào)整R12和R13的比值即可改變脈寬的占空比，調(diào)整C7的容量值，可改變振蕩頻率，R14起正反饋?zhàn)饔?，該振蕩信?hào)經(jīng)三極管T1調(diào)制在紅外發(fā)射管D2的信號(hào)上發(fā)射出去至頭部并反射至筆中的紅外接收管D3。
本發(fā)明的脈沖信號(hào)發(fā)生器11，還可廣泛應(yīng)用于其它小型簡(jiǎn)單的裝置作脈沖信號(hào)源。
2.紅外接收部分2是由紅外接收回路21和一單運(yùn)放放大電路22組成，紅外接收回路21不加任何直流偏置，紅外接收回路21后接有一級(jí)放大電路22，也可接二級(jí)放大電路。其接收到的紅外光信號(hào)之放大量基本上不隨環(huán)境光亮的變化而變化。紅外接收回路21由紅外接收管D3和電阻R1、R2組成，紅外接收管D3與電阻R1串連后與電阻R2并聯(lián)，一端接地，另一端接耦合電容C1，放大器22由運(yùn)算放大器IC2、電容C2、電阻R3、R7、R8組成，運(yùn)算放大器IC2的反相輸入端接輸入電容C1，同相輸入端接至跨在電源和地間之R7和R8串連的分壓器的中點(diǎn)箝位，反饋電阻R3及抑制高頻干擾的電容C2并聯(lián)接在反相輸入端與輸出端間。
當(dāng)紅外光信號(hào)從紅外發(fā)射管D2發(fā)射出來(lái)經(jīng)頭部反射回來(lái)照射在紅外接收管D3上時(shí)，D3兩端產(chǎn)生微弱的電信號(hào)，由R1、R2補(bǔ)償后，通過C1耦合將信號(hào)送到運(yùn)算放大器IC2的反相輸入端，通過IC2放大后由輸出端輸出。由于在強(qiáng)光下特別是在白熾燈光照射下，紅外接收管D3的接收靈敏度有所下降，其等效電阻也下降，相當(dāng)于信號(hào)源的內(nèi)阻下降。由于本電路的放大倍數(shù)K＝R3/信號(hào)源內(nèi)阻，R3是不變值，信號(hào)源內(nèi)阻下降使整個(gè)放大電路的放大倍數(shù)提高，補(bǔ)償了在強(qiáng)光照射下D3靈敏度下降的因素，使整個(gè)電路在照射光線變化過程中，其放大量基本保持不變，即保持了測(cè)量靈敏度。
本發(fā)明亦可采用二級(jí)放大電路22來(lái)滿足不同的要求，如圖2所示，由IC2組成的放大電路之輸出端經(jīng)電容C3和R4進(jìn)入下一級(jí)由IC3組成的放大電路再放大或反相，由IC3組成的放大電路與IC2組成的放大電路相似，負(fù)反饋電阻R6和抑制高頻干擾的電容C4并聯(lián)接在反相輸入端和輸出端間，其同相端與由IC2組成的放大電路共接在電阻R7和R8的連接點(diǎn)上。
本發(fā)明的電路還可以應(yīng)用于其它用途的紅外接收電路中。
3.控制部分3是由一單運(yùn)算放大器構(gòu)成的單穩(wěn)延時(shí)電路，單穩(wěn)延時(shí)電路由運(yùn)算放大器IC4、電容C5、C6、電阻R9、R10、R19組成，信號(hào)經(jīng)電容C5進(jìn)運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端，電阻R9和R19串連接在電源和地間，反相輸入端接在R9和R19的連接端，輸出端與同相輸入端接有正反饋電容C6，正相輸入端與地間還接有充電電阻R10和放電二極管D4。
紅外接收部分2輸出的負(fù)脈沖經(jīng)C6輸入運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端，當(dāng)負(fù)脈沖V 3的峰值超過由R9和R19分壓的電位(R19×Vcc)/(R9+R19)值時(shí)，IC4反相端的電位低于地電位，其輸出端即由低電平跳變至高電平，如圖7所示的波形V5，此時(shí)通過C6的正反饋，使IC4的正相輸入端暫時(shí)為高電平(波形V4)，保持輸出端為高電平，此時(shí)電容C6被充電，其充電回路為輸出端電容C6→電阻R10→地，經(jīng)過一定時(shí)間t2，電容C6兩端電壓不斷上升，同相輸入端的電位不斷下降，當(dāng)其電位V4低于(R19×Vcc)/(R9+R19)時(shí)，輸出端跳變?yōu)榈碗娖剑娙軨6通過二極管D4快速放電，為下一個(gè)周期做好準(zhǔn)備。要使本電路的輸出端翻轉(zhuǎn)，輸入負(fù)脈沖的峰值應(yīng)大于(R19×Vcc)/(R9+R19)，當(dāng)改變R19及R9的比值，輸入負(fù)脈沖的峰值亦應(yīng)相應(yīng)改變，故本電路是一比較器和單穩(wěn)電路的結(jié)合。
顯示警報(bào)部分4，是由電阻R11和警報(bào)器件Z組成，連接在單穩(wěn)延時(shí)電路(3)的運(yùn)算放大器IC4之輸出端，警報(bào)器件Z是一個(gè)發(fā)光管或/和一電機(jī)帶動(dòng)的振動(dòng)偏心輪或/和一種蜂鳴電路。當(dāng)輸出端為高電平時(shí)，通過電阻R11啟動(dòng)顯示警報(bào)部分4。警報(bào)器件Z可以是發(fā)光管連續(xù)閃爍顯示光亮警報(bào)，可以是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)偏心輪使筆產(chǎn)生振動(dòng)，迫使書寫者調(diào)整距離或姿態(tài)，也可以是帶動(dòng)蜂鳴電路發(fā)聲警告，也可以上述中兩種顯示警報(bào)的組合。
本電路可廣泛應(yīng)用于定時(shí)器和一些需要比較、延時(shí)的電路中。
本發(fā)明全部電路由電池供電，安裝在書寫筆的腹部，由書寫者握筆時(shí)自然打開開關(guān)處于發(fā)射狀態(tài)，當(dāng)頭部與紙面距離小于正常距離如15cm時(shí)，接收電路接收到足夠高的信號(hào)，單穩(wěn)延時(shí)電路觸發(fā)，輸出電路輸出高電平驅(qū)動(dòng)指示警報(bào)電路，警告書寫者糾正書寫姿勢(shì)。當(dāng)書寫者停止書寫并放下保健筆時(shí)，開關(guān)自然關(guān)閉，故本發(fā)明的耗電極少。
權(quán)利要求
1.一種視力保健筆控制電路，由紅外發(fā)射部分、紅外接收部分、控制部分和顯示警報(bào)部分組成，紅外發(fā)射部分有信號(hào)發(fā)生電路和輸出發(fā)射電路；紅外接收部分有紅外接收傳感回路和放大電路；顯示警報(bào)部分是一種光亮顯示或振動(dòng)警報(bào)顯示電路，其特征在于采用一個(gè)多運(yùn)算放大器各自連接成三種不同的電路完成各自的功能，其中①紅外發(fā)射部分(1)是由一單運(yùn)算放大器構(gòu)成的脈沖信號(hào)發(fā)生器(11)和放大發(fā)射電路(12)組成，脈沖信號(hào)發(fā)生器(11)產(chǎn)生脈沖信號(hào)推動(dòng)放大發(fā)射電路(12)，紅外發(fā)射管D2作為放大發(fā)射電路(12)的負(fù)載進(jìn)行紅外信號(hào)發(fā)射；②紅外接收部分(2)是由紅外接收回路(21)和一單運(yùn)放放大電路(22)組成，作為放大電路(22)信號(hào)源的紅外接收回路(21)是一種無(wú)源電路；③控制部分(3)是由一單運(yùn)算放大器構(gòu)成的單穩(wěn)延時(shí)啟動(dòng)電路組成，其輸出端與指示警報(bào)電路(4)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視力保健筆控制電路，其特征在于紅外發(fā)射部分(1)的脈沖信號(hào)發(fā)生器(11)是由一單運(yùn)算放大器IC1、電阻R12、R13、R14、R15、R16、電容C7及二極管D3組成，R12和R13串連在電源與地間，其中間分壓端接運(yùn)算放大器IC1的正相輸入端，R14作為反饋電阻接在運(yùn)算放大器IC1的正相輸入和輸出端間，輸出端通過C7和R15串連接地，R15還與R16、D3串連電路并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視力保健筆控制電路，其特征在于紅外接收部分(2)由紅外接收管D3和電阻R1、R2組成紅外接收回路(21)，紅外接收管D3與電阻R1串連后與電阻R2并聯(lián)，一端接地，另一端接耦合電容C1，放大器(22)由運(yùn)算放大器IC2、電容C2、電阻R3、R7、R8組成，運(yùn)算放大器IC2的反相輸入端接輸入電容C1，同相輸入端接至跨在電源和-地間之R7和R8串連的分壓器的中點(diǎn)箝位，反饋電阻R3及抑制高頻干擾的電容C2并聯(lián)接在反相輸入端與輸出端間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視力保健筆控制電路，其特征在于控制部分(3)的單穩(wěn)延時(shí)電路由運(yùn)算放大器IC4、電容C5、C6、電阻R9、R10、R19組成，信號(hào)經(jīng)電容C5進(jìn)運(yùn)算放大器的反相輸入端，電阻R9和R19串連接在電源和地間，反相輸入端接在R9和R19的連接端，輸出端與同相輸入端接有正反饋電容C6，正相輸入端與地間還接有充電電阻R10和放電二極管D4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視力保健筆控制電路，其特征在于顯示警報(bào)部分(4)，是由電阻R11和警報(bào)器件(Z)組成，連接在單穩(wěn)延時(shí)電路(3)的運(yùn)算放大器IC4之輸出端，警報(bào)器件(Z)是一發(fā)光管或/和一電機(jī)帶動(dòng)的振動(dòng)偏心輪或/和一種蜂鳴電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種保護(hù)視力裝置的控制電路。本發(fā)明是在書寫筆的腔內(nèi)設(shè)置紅外發(fā)射、接收、放大、控制及顯示警報(bào)電路,各電路只用一片多運(yùn)放進(jìn)行不同的組合而成,其功耗低、體積小,紅外接收回路是一無(wú)源電路,在強(qiáng)光干擾下能自動(dòng)調(diào)整放大量,靈敏度基本保持一致。當(dāng)書寫者的頭部與紙面距離小于正常值時(shí)(如15cm內(nèi)),紅外接收電路接收到足夠大的信號(hào)啟動(dòng)控制電路使顯示警報(bào)電路工作發(fā)出警報(bào),以糾正書寫者的坐姿及調(diào)整與紙面的距離。
文檔編號(hào)G05D3/00GK1207518SQ9711665
公開日1999年2月10日 申請(qǐng)日期1997年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月6日
發(fā)明者江娥仙 申請(qǐng)人:江娥仙