太阳能护眼”台灯的设计
太阳能护眼”台灯的设计[20200408102521]
摘 要
护眼问题越来越受到人们重视。本文基于太阳能和超声波测距方法设计出一款的护眼台灯。这款台灯包括太阳能电池板，锂电池，超声波测距模块以及环保LED灯。当人靠近台灯时，超声波发射模块发出超声波信号，并通过接收头接收人物反射回来的信号，产生mV级的微弱电压信号促使蜂鸣器报警，提醒人们保持坐姿。而且这款台灯利用太阳能转换为电能为台灯提供能源的，具有节能环保，经济实用等优点，具有较大的应用前景。
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关键字:护眼太阳能超声波
目 录
1.绪论 1
1.1护眼的重要性 1
1.2 传统护眼 1
2.太阳能护眼“台灯”的组成 4
2.1 太阳能充电的组成 4
2.1.1 太阳能电池板 4
2.1.2锂离子电池 6
2.1.3充电保护 8
2.2 超声波测距 8
2.3 LED照明 9
2.4 报警部分设计 10
2.5 主控模板 10
3.系统功能的实现 14
3.1 太阳能充电电路 14
3.1.1电池欠压点设置 14
3.1.2 充电电流设置 15
3.1.3 浮充电压设置 15
3.1.4 过温保护功能 15
3.1.5 LED端口的驱动状态 16
3.2 超声波产生电路 17
3.2.1 超声波发射部分 17
3.2.2 超声波接收部分 18
3.3 系统报警电路 18
3.4 单片机控制电路 19
4.系统功能演示 20
5.总结与展望 22
5.1总结 22
5.2展望 22
附录 23
参考文献 30
致谢 31
1. 绪论
1.1护眼的重要性
据统计，中国青少年近视的概率是50% - 60%，排名第二，在2011五月，世界视觉日前夕，一所小学共1008名儿童进行视力调查，这次调查采用国际标准视力表，使用十进制表示，通过人工照明环境，视力表检查距离在5米，和1个眼睛在同一高度。先检测左眼，后右眼，充分保证这次调查数据的真实可靠性。其中，单眼视力＜1，即为近视。调查结果如下：一年级、二年级、三年级分别为32.99%、26.67%和42.26%，四五六年级分别为58.17%、68.57%和79.35%，这是每个年级的儿童占每个年级总量的比例，结果使人震惊。研究表明，遗传因素，身体健康，疾病往往会导致病理性近视眼，先天性近视，和环境因素，生活习惯，阅读和写作的习惯，这是在儿童近视的重要因素[1]。读写姿势不正确，是导致学生眼睛异常、视力下降的一大关键因素。人们平常看书时，两个眼球一起发挥着视觉作用。两个眼球呈水平状态，所承受的压力基本上是相同的。侧读一本书或躺下来读一本书，两个眼睛不在同一水平，或向上和向下偏转，或左右偏斜，连接从追踪的焦点位置，眼睛负担不均，眼睛容易疲劳，由于书本和眼睛要保持在30厘米以上，这才算正确坐姿，由于眼睛受到姿式、视线、距离的三重压力，很难做到，长时间下去，会觉得很不舒服。在课上，“埋头写字”这种现象已经普遍存在了。阅读和写作时，胸部应该是直的，但很长一段时间后，人们会自然地放松，使颈部向前弯曲，使颈动脉压，脖子和眼睛会出现充血状况。很长一段时间，这将导致眼内压力，增加眼部浮肿，眼轴的变化，最终，眼部异常，导致视力下降。所以设计一款护眼台灯是目前迫切需要的。
1.2 传统护眼
目前市场上传统的台灯主要使用白炽灯，然而白炽灯存在着多种缺陷：1.辐射是很大的，传统的一般使用白炽灯或荧光灯为光源的灯具，能发出紫外线，紫外线可以穿透管的表面，辐射长度达一公尺，可以对一个人的皮肤影响，还有眼睛和大脑[2]。频闪问题是一般护眼台灯的主要问题，用高频电子镇流器来提高频闪，通过这种方法来保护眼睛，这样不仅不能很好处理频闪这个问题，还有可能伤害大脑神经，因为高频电子镇流器发射出的辐射跟手机相比要强上百倍。2.高频闪,荧光灯在交流电的作用下，会产生一明一暗的变化，即我们通常说的频闪。一般荧光灯闪烁50次，虽然肉眼不容易找到，但还是觉得不舒服。当灯闪烁频率每秒的相对较高的眼睛，会感觉更舒服。因此，厂家运用高频电子镇流器来把频闪频率提高到3-5万次左右，这样一来肉眼就感觉不到频闪了[3]。可是，察觉不到，不是代表没有。就跟蝙蝠发出超声波一样，人察觉不到，然而它确实是有的。并且，由于频闪频率的变高，镇流器工作会放出的电磁波辐射将会变得越强。3.眩光,所谓炫光就是很刺眼，感觉不舒服。炫光形成的原因主有3种，第一亮度分布不均，第二亮度范围不适，第三就是有极端的亮度对比，这些原因都是导致眼睛不舒适或者使人们观察事物的能力降低[4]。假如人眼感应到了眩光，就会觉得刺激和紧张，长期在这种条件下作业，会长生厌烦、急躁不安的情绪。人们在看书写字使用台灯的时间大致为1.5小时，但是有的可以达到2个甚至3个以上。在这种情况下长期学习，会导致学生犯困，严重影响学习效率。4.噪声，在正常情况下，父母知道荧光灯电子镇流器能发出的声音。然而，传统的电灯也存在噪声。通过工艺和光源造成传统灯，通常发行超过35分贝的噪音，，特别是在夜间[5]。然而大于35分贝的噪声，会分散学生的注意力，导致学习力不集中，学习效率降低，长期这样，人的视力就会变差。而且进入21世纪后，人类面临着重大的战略挑战，实现经济和社会的可持续发展，已经成为一个关键的发展问题全球双限如何在有限的能源和环境保护在经济。然而能源问题加倍明显，常规能源的缺乏和化石能源的开发等加剧了环境的恶化。主要表现为以下几个方面：
(1)能源短缺。常规能源的有限且分布不均匀的缺陷，导致在世界能源供应的大多数国家，不能达到经济发展的要求。从长远的计划，世界已发现的石油储备只能用于2020，天然气只会持续到2040，虽然煤炭资源充足的储备只能维持二百年或三百年。所以，人类还是要处于化石燃料枯竭的危境。
(2)环境污染。燃烧的石油，煤炭和其他化石燃料，每年有十万吨到空气中的有害物质，空气污染严重，直接对居民的健康和生活质量的严重影响；甚至在局部地区形成酸雨，严重污染的土壤和水资源。
(3)温室效应。利用化石能源不仅会造成环境污染，而且还会释放大批具有温室效应的气体，这样会引起全球各地气候转暖。
跟随着世界能源危机的加重，每个国家都在寻求如何解决能源危机，一种方法是寻找新能源和再生能源；另一种是为了提高能源的使用率来开发新的节能技术以便减少能源的消耗。太阳能是地球上最常见的一种可再生清洁能源，辐射到地球表面的能量相当于约250000000桶石油，它是取之不尽，用之不竭的。
营销专家指出，目前的传统护眼方法已经不能达到城市人的护眼要求，因为这种方式不方便操作。熨、运、浴、养、摩、极、惜、护这8个字是中医传统护眼方法，在没有外部条件的干扰下很难做到，而且浪费时间和精力，所以本文设计的核心部分是采用超声波反射原来测距报警来干扰用户保持正确的坐姿，然而能源也是目前我国一大问题，所以本文设计的台灯采用太阳能作为发电能源，通过将光能转化为电能，为台灯提供能源，而且采用交流电源供电肯定存在着频闪，而且发热量大的光源一定会有热辐射，所以太阳护眼台灯采用低压直流电源，低能量的LED灯作为光源，设计出了一款智能型的太阳能“护眼”台灯。
2. 太阳能护眼“台灯”的组成
2.1 太阳能充电的组成
2.1.1 太阳能电池板
太阳能电池有晶硅阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池以及聚合物太阳能电池等，这些都是按照材料不同划分的[6]。
1.晶硅太阳能电池
摘 要
护眼问题越来越受到人们重视。本文基于太阳能和超声波测距方法设计出一款的护眼台灯。这款台灯包括太阳能电池板，锂电池，超声波测距模块以及环保LED灯。当人靠近台灯时，超声波发射模块发出超声波信号，并通过接收头接收人物反射回来的信号，产生mV级的微弱电压信号促使蜂鸣器报警，提醒人们保持坐姿。而且这款台灯利用太阳能转换为电能为台灯提供能源的，具有节能环保，经济实用等优点，具有较大的应用前景。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:护眼太阳能超声波
目 录
1.绪论 1
1.1护眼的重要性 1
1.2 传统护眼 1
2.太阳能护眼“台灯”的组成 4
2.1 太阳能充电的组成 4
2.1.1 太阳能电池板 4
2.1.2锂离子电池 6
2.1.3充电保护 8
2.2 超声波测距 8
2.3 LED照明 9
2.4 报警部分设计 10
2.5 主控模板 10
3.系统功能的实现 14
3.1 太阳能充电电路 14
3.1.1电池欠压点设置 14
3.1.2 充电电流设置 15
3.1.3 浮充电压设置 15
3.1.4 过温保护功能 15
3.1.5 LED端口的驱动状态 16
3.2 超声波产生电路 17
3.2.1 超声波发射部分 17
3.2.2 超声波接收部分 18
3.3 系统报警电路 18
3.4 单片机控制电路 19
4.系统功能演示 20
5.总结与展望 22
5.1总结 22
5.2展望 22
附录 23
参考文献 30
致谢 31
1. 绪论
1.1护眼的重要性
据统计，中国青少年近视的概率是50% - 60%，排名第二，在2011五月，世界视觉日前夕，一所小学共1008名儿童进行视力调查，这次调查采用国际标准视力表，使用十进制表示，通过人工照明环境，视力表检查距离在5米，和1个眼睛在同一高度。先检测左眼，后右眼，充分保证这次调查数据的真实可靠性。其中，单眼视力＜1，即为近视。调查结果如下：一年级、二年级、三年级分别为32.99%、26.67%和42.26%，四五六年级分别为58.17%、68.57%和79.35%，这是每个年级的儿童占每个年级总量的比例，结果使人震惊。研究表明，遗传因素，身体健康，疾病往往会导致病理性近视眼，先天性近视，和环境因素，生活习惯，阅读和写作的习惯，这是在儿童近视的重要因素[1]。读写姿势不正确，是导致学生眼睛异常、视力下降的一大关键因素。人们平常看书时，两个眼球一起发挥着视觉作用。两个眼球呈水平状态，所承受的压力基本上是相同的。侧读一本书或躺下来读一本书，两个眼睛不在同一水平，或向上和向下偏转，或左右偏斜，连接从追踪的焦点位置，眼睛负担不均，眼睛容易疲劳，由于书本和眼睛要保持在30厘米以上，这才算正确坐姿，由于眼睛受到姿式、视线、距离的三重压力，很难做到，长时间下去，会觉得很不舒服。在课上，“埋头写字”这种现象已经普遍存在了。阅读和写作时，胸部应该是直的，但很长一段时间后，人们会自然地放松，使颈部向前弯曲，使颈动脉压，脖子和眼睛会出现充血状况。很长一段时间，这将导致眼内压力，增加眼部浮肿，眼轴的变化，最终，眼部异常，导致视力下降。所以设计一款护眼台灯是目前迫切需要的。
1.2 传统护眼
目前市场上传统的台灯主要使用白炽灯，然而白炽灯存在着多种缺陷：1.辐射是很大的，传统的一般使用白炽灯或荧光灯为光源的灯具，能发出紫外线，紫外线可以穿透管的表面，辐射长度达一公尺，可以对一个人的皮肤影响，还有眼睛和大脑[2]。频闪问题是一般护眼台灯的主要问题，用高频电子镇流器来提高频闪，通过这种方法来保护眼睛，这样不仅不能很好处理频闪这个问题，还有可能伤害大脑神经，因为高频电子镇流器发射出的辐射跟手机相比要强上百倍。2.高频闪,荧光灯在交流电的作用下，会产生一明一暗的变化，即我们通常说的频闪。一般荧光灯闪烁50次，虽然肉眼不容易找到，但还是觉得不舒服。当灯闪烁频率每秒的相对较高的眼睛，会感觉更舒服。因此，厂家运用高频电子镇流器来把频闪频率提高到3-5万次左右，这样一来肉眼就感觉不到频闪了[3]。可是，察觉不到，不是代表没有。就跟蝙蝠发出超声波一样，人察觉不到，然而它确实是有的。并且，由于频闪频率的变高，镇流器工作会放出的电磁波辐射将会变得越强。3.眩光,所谓炫光就是很刺眼，感觉不舒服。炫光形成的原因主有3种，第一亮度分布不均，第二亮度范围不适，第三就是有极端的亮度对比，这些原因都是导致眼睛不舒适或者使人们观察事物的能力降低[4]。假如人眼感应到了眩光，就会觉得刺激和紧张，长期在这种条件下作业，会长生厌烦、急躁不安的情绪。人们在看书写字使用台灯的时间大致为1.5小时，但是有的可以达到2个甚至3个以上。在这种情况下长期学习，会导致学生犯困，严重影响学习效率。4.噪声，在正常情况下，父母知道荧光灯电子镇流器能发出的声音。然而，传统的电灯也存在噪声。通过工艺和光源造成传统灯，通常发行超过35分贝的噪音，，特别是在夜间[5]。然而大于35分贝的噪声，会分散学生的注意力，导致学习力不集中，学习效率降低，长期这样，人的视力就会变差。而且进入21世纪后，人类面临着重大的战略挑战，实现经济和社会的可持续发展，已经成为一个关键的发展问题全球双限如何在有限的能源和环境保护在经济。然而能源问题加倍明显，常规能源的缺乏和化石能源的开发等加剧了环境的恶化。主要表现为以下几个方面：
(1)能源短缺。常规能源的有限且分布不均匀的缺陷，导致在世界能源供应的大多数国家，不能达到经济发展的要求。从长远的计划，世界已发现的石油储备只能用于2020，天然气只会持续到2040，虽然煤炭资源充足的储备只能维持二百年或三百年。所以，人类还是要处于化石燃料枯竭的危境。
(2)环境污染。燃烧的石油，煤炭和其他化石燃料，每年有十万吨到空气中的有害物质，空气污染严重，直接对居民的健康和生活质量的严重影响；甚至在局部地区形成酸雨，严重污染的土壤和水资源。
(3)温室效应。利用化石能源不仅会造成环境污染，而且还会释放大批具有温室效应的气体，这样会引起全球各地气候转暖。
跟随着世界能源危机的加重，每个国家都在寻求如何解决能源危机，一种方法是寻找新能源和再生能源；另一种是为了提高能源的使用率来开发新的节能技术以便减少能源的消耗。太阳能是地球上最常见的一种可再生清洁能源，辐射到地球表面的能量相当于约250000000桶石油，它是取之不尽，用之不竭的。
营销专家指出，目前的传统护眼方法已经不能达到城市人的护眼要求，因为这种方式不方便操作。熨、运、浴、养、摩、极、惜、护这8个字是中医传统护眼方法，在没有外部条件的干扰下很难做到，而且浪费时间和精力，所以本文设计的核心部分是采用超声波反射原来测距报警来干扰用户保持正确的坐姿，然而能源也是目前我国一大问题，所以本文设计的台灯采用太阳能作为发电能源，通过将光能转化为电能，为台灯提供能源，而且采用交流电源供电肯定存在着频闪，而且发热量大的光源一定会有热辐射，所以太阳护眼台灯采用低压直流电源，低能量的LED灯作为光源，设计出了一款智能型的太阳能“护眼”台灯。
2. 太阳能护眼“台灯”的组成
2.1 太阳能充电的组成
2.1.1 太阳能电池板
太阳能电池有晶硅阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池以及聚合物太阳能电池等，这些都是按照材料不同划分的[6]。
1.晶硅太阳能电池
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