基于紅外測(cè)距傳感器的新型顯示器的設(shè)計(jì)研究

【摘 要】在孩子玩電腦時(shí)，距離屏幕太近容易影響他們的視力。有些家長(zhǎng)會(huì)安裝提醒裝置，也有些家長(zhǎng)是通過不斷的口頭提醒來控制孩子與屏幕的距離，但是效果都不明顯，無法控制孩子離顯示屏的距離，導(dǎo)致很多兒童出現(xiàn)視力問題，大大影響了孩子的眼睛健康。本文設(shè)計(jì)研究一種帶有距離傳感器的顯示器，能夠有效控制兒童離顯示器的距離。

【關(guān)鍵詞】距離傳感器；顯示器；保護(hù)視力

1.對(duì)顯示器工作原理的分析

顯示器通常也稱為監(jiān)視器，是一種將文字、圖像等電子文件通過特定的傳輸設(shè)備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具，它屬于計(jì)算機(jī)輸出設(shè)備。常見的顯示器有CRT和LCD兩種類型。CRT顯示器即陰極射線管顯示器。它的原理主要是從陰極發(fā)射出大量電子，進(jìn)過加速，形成電子流，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)線圈的控制，快速的轟擊顯示器的熒光屏，使得熒光屏上的熒光粉發(fā)亮。它的主要部件是顯像管（電子槍），在CRT彩色顯示器中，通常是3個(gè)電子槍，顯像管的屏幕上涂有一層熒光粉，彩色顯示器由三支電子槍分別發(fā)射不同強(qiáng)度的電子束，并打在熒光層上對(duì)應(yīng)的紅（R）、綠（G）、蘭（B）色點(diǎn)上，三點(diǎn)發(fā)出的光線疊加后，就會(huì)產(chǎn)生各種色彩，結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

LCD就是液晶顯示器，是使用了“液晶”（Liquid Crystal）作為材料的顯示器。液晶是一種處于介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)，當(dāng)被加熱時(shí)處于液態(tài)，冷卻時(shí)會(huì)結(jié)晶成固態(tài)，當(dāng)向液晶通電時(shí)，液晶體分子排列的井然有序，可以使光線通過液晶，并且這些排列有序的液晶分子會(huì)改變穿透液晶的光線角度，然后經(jīng)過前方的彩色濾光膜和偏光板，再通過改變加在液晶上的電壓值控制透過彩色濾光膜和偏光板的光線強(qiáng)度和色彩，這樣就可以在液晶面板上變化出有不同色調(diào)的顏色組合了。當(dāng)不通電時(shí)，阻止光線。常見的液晶顯示器按物理結(jié)構(gòu)的不同可分為扭曲向列型、超扭曲向列型、雙層超扭曲向列型、薄膜晶體管型。其中最后一種的結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，它主要由背光源、偏光板、玻璃基板、液晶材料、彩色濾光板等組成，其中彩色濾光片就是讓液晶顯示器產(chǎn)生顏色的主要原因，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

根據(jù)CRT顯示器和LCD顯示器的工作原理，我們得知CRT顯示器的色彩還原度高、色度均勻、亮度更高，但由于采用的是電子槍，所以對(duì)人體的輻射很大，而且由于亮度高，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)對(duì)用戶的眼睛造成傷害。LCD要比CRT環(huán)保，對(duì)人體的輻射低，因此，目前在家、普通辦公等諸多領(lǐng)域都在使用液晶顯示器。但不管是哪種，長(zhǎng)時(shí)間近距離的盯著發(fā)光的地方看都會(huì)對(duì)我們的眼睛造成傷害，尤其對(duì)于孩子來說，傷害更大，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本文研究一種帶有紅外測(cè)距傳感器的顯示器，能夠有效的控制孩子們離顯示器的距離，從而保護(hù)孩子們的視力。

2.距離傳感器工作原理及應(yīng)用

距離傳感器是根據(jù)測(cè)時(shí)間來檢測(cè)物體距離的一種傳感器。它的主要原理是向物體發(fā)射特別短的光脈沖，測(cè)量此光脈沖從發(fā)射到被物體反射回來的時(shí)間間隔來計(jì)算與物體之間的距離。距離傳感器的應(yīng)用很廣，比如我們常用的智能手機(jī)，就安裝了距離傳感器，當(dāng)你接電話的時(shí)候，距離傳感器就會(huì)起作用。當(dāng)你臉靠近屏幕時(shí)，屏幕燈就會(huì)熄滅并自動(dòng)鎖屏，以防你的臉碰了屏幕進(jìn)行誤操作；當(dāng)你的臉離開屏幕一定的距離時(shí)，屏幕燈會(huì)自動(dòng)開啟并解鎖，這就是應(yīng)用了距離傳感器的原理。對(duì)于本文所研究設(shè)計(jì)的帶有距離傳感器的顯示器，主要應(yīng)用紅外測(cè)距傳感器，利用紅外線發(fā)射原理來測(cè)量人與屏幕的距離，其組成如圖3所示。

3.帶有紅外測(cè)距傳感器顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

帶有距離傳感器的顯示器在結(jié)構(gòu)上主要包括顯示器和紅外測(cè)距傳感器。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。首先在顯示器屏幕前側(cè)面安裝紅外測(cè)距傳感器，紅外測(cè)距傳感器通過導(dǎo)線與報(bào)警器連接，作為優(yōu)選，這里我們選用蜂鳴報(bào)警器，并且把它安裝在顯示器上端的某一位置上，如圖4所示。紅外測(cè)距傳感器的上方安裝一塊距離顯示屏，距離顯示屏位于顯示器的頂端，可以顯示出用戶離顯示屏的距離值，如圖4所示。報(bào)警器和距離顯示屏上安裝無線信號(hào)發(fā)射器。顯示器通過轉(zhuǎn)軸連接電機(jī)，電機(jī)位于顯示器的底座內(nèi)。電機(jī)上安裝控制開關(guān)，控制開關(guān)上有無線信號(hào)接收器，無線信號(hào)接收器通過無線連接移動(dòng)終端，如手機(jī)、電腦等電子設(shè)備。如此設(shè)計(jì)的帶有距離傳感器的顯示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，能有效控制用戶離屏幕的距離，從而達(dá)到保護(hù)視力的目的。

圖中各部件說明如下：1—顯示器屏幕；2—距離顯示屏；3—電機(jī)；4—紅外測(cè)距傳感器；5—報(bào)警器；6—底座；7—轉(zhuǎn)軸。圖中電機(jī)3為雙轉(zhuǎn)向電機(jī)，通過導(dǎo)線連接有插座，在顯示屏1內(nèi)設(shè)有蓄電池，蓄電池通過導(dǎo)線與紅外測(cè)距傳感器4相連，蓄電池可作為備用電池在斷電時(shí)為顯示屏1供電，本設(shè)計(jì)中所涉及的其它電路，均采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的電路連接，所用到的設(shè)備均采用現(xiàn)有技術(shù)中的型號(hào)。

4.帶有距離傳感器顯示器的工作原理

本設(shè)計(jì)可以通過紅外測(cè)距傳感器測(cè)量顯示屏與人體之間的距離，并將距離值顯示在距離顯示屏上，距離顯示屏通過無線信號(hào)發(fā)射器將數(shù)據(jù)發(fā)送到家長(zhǎng)的手機(jī)上，從而達(dá)到了實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，同時(shí)，當(dāng)距離值位于設(shè)定的距離值內(nèi)，即距離過近時(shí)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，這時(shí)就可以提醒用戶調(diào)整距顯示屏的距離，同時(shí)也可以將報(bào)警情況通過無線信號(hào)發(fā)射器發(fā)送到家長(zhǎng)的手機(jī)上，然后家長(zhǎng)可以通過手機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)顯示屏的角度，提醒兒童調(diào)整距電腦的距離。當(dāng)距離達(dá)到設(shè)定值以外，報(bào)警器停止報(bào)警。

5.結(jié)束語

帶有距離傳感器的顯示器達(dá)到了實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性很強(qiáng)，能有效保護(hù)視力，而且成本低，使用的都是常規(guī)設(shè)備。當(dāng)然上述的設(shè)計(jì)可能還有些不足，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，本設(shè)計(jì)還會(huì)有各種變化和改進(jìn)。

作者簡(jiǎn)介：

高建芳，女，（1979-7），漢族，碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 作者單位：包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程系（網(wǎng)絡(luò)信息中心）。

胡明，男，（1979-12），漢族，碩士，講師，研究方向：車輛工程技術(shù) 作者單位：包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系。