多功能隱形眼鏡盒的設(shè)計(jì)與制作

劉一甍 馮梓豪 王云鵬 徐志潔

摘? 要：本文主要論述為了解決傳統(tǒng)隱形眼鏡盒存在的問題，而開發(fā)的一種新型便攜式多功能隱形眼鏡盒，對該裝置的整體設(shè)計(jì)方案以及各部分的功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。該裝置由SMD5050型環(huán)形發(fā)光二極管（即LED燈）、高度范圍為0～10cm的升降桿、可感應(yīng)1.5cm距離的紅外傳感器、UVC3535型紫外消毒燈等組成，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)眼鏡盒不具備的根據(jù)使用環(huán)境調(diào)節(jié)高度角度和照明亮度、對鏡片放置位置進(jìn)行提醒和高效除菌的功能。該裝置集多種功能于一體，有較大的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：新型隱形眼鏡盒? 環(huán)形LED燈? 紅外距離傳感器? 紫外消毒燈

中圖分類號：TQ320.622 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）04（c）-0054-04

Design and Manufacture of Multifunctional Contact Lens Case

LIU Yimeng1? FENG Zihao1? WANG Yunpeng2? XU Zhijie1*

（1.Shenyang Ligong University， Shenyang， Liaoning Province， 110159 China;2. Dalian Branch of China Unicom， Dalian， Liaoning Province， 116001? China）

Abstract： In order to cope with the problems of traditional contact lens cases， the article developed a new type of portable multifunctional contact lens case. The device is composed of SMD5050 ring light emitting diode （LED） lamp， height range of 0～10cm lifting rod， infrared sensor capable of sensing a distance of 1.5cm， UVC3535 ultraviolet disinfection lamp， etc.， which can be used according to the traditional glasses box. The environment adjusts the height angle and lighting brightness， reminds the lens placement position and efficient sterilization function. The article gives a detailed introduction to the overall design of the device and the functions of each part. The device integrates multiple functions into one， and has a larger application prospect.

Key Words： New contact lens box; Ring LED lamp; Infrared distance sensor; Ultraviolet disinfection lamp

據(jù)分析，全球近視人口數(shù)量逐年升高，據(jù)2019年國家衛(wèi)生健康委員會(huì)公布數(shù)據(jù)顯示，我國兒童青少年群體的整體近視率高達(dá)53.6%。其中小學(xué)生、初中生、高中生的近視率為36.0%、71.6%、81.0%。眼鏡也成了大多數(shù)近視人口必不可少的物品，許多人為了美觀會(huì)選擇隱形眼鏡，但傳統(tǒng)的隱形眼鏡盒只包含存放功能。此種隱形眼鏡盒不能解決佩戴時(shí)亮度、角度問題，存在左右眼鏡片錯(cuò)放引起的交叉感染的衛(wèi)生安全隱患，甚至無殺菌消毒功能導(dǎo)致眼部細(xì)菌感染的情況發(fā)生。

本文從亮、升、音、凈4個(gè)方面設(shè)計(jì)并制作了一款新型便攜式多功能隱形眼鏡盒。針對傳統(tǒng)隱形眼鏡盒功能單一、除菌效果不佳、不能等功能性缺陷，本裝置利用亮度范圍為0～500cd/m2的環(huán)形發(fā)光二極管、金屬升降桿、可感應(yīng)1.5cm距離的紅外傳感器、MP3模塊、波長為270nm的UVC3535型紫外消毒燈等實(shí)現(xiàn)了照明、升降、提醒和殺菌等功能。

1? 裝置的整體設(shè)計(jì)方案

整體的裝置圖如圖1、圖2所示。該裝置整體為長方體，長9cm、寬7.5cm、高4.5cm，框架結(jié)構(gòu)由亞克力制成，盒蓋配有鏡子，鏡子周圍被環(huán)形發(fā)光二極管環(huán)繞，用于補(bǔ)光照明。嵌入眼鏡盒四角內(nèi)的四根升降桿可分別在0～10cm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)高度。盒體底部內(nèi)置紅外距離傳感器感應(yīng)電路，用于放置感應(yīng)鏡片，進(jìn)行位置提醒，夾層作為鏡片和工具放置區(qū)。鏡片盒上方配有紫外消毒燈，當(dāng)關(guān)閉盒蓋時(shí)，進(jìn)行殺菌消毒。盒內(nèi)配有裝置開關(guān)，底部為電池存放區(qū)（見圖3）。

2? 裝置的各部分功能

2.1 照明功能

SMD5050發(fā)光二極管是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，因?yàn)樗炼雀摺勖L，所以被用作大多數(shù)場景的照明光源[1]。該二極管亮度范圍為0～500cd/m2，色溫為4000K，可直接把電轉(zhuǎn)化為光。此部分還有光敏傳感器5506、單片機(jī)Arduino UNO。已知在50～500lx內(nèi)人眼光視效隨著亮度的增加而有所提高[2]。當(dāng)外界環(huán)境光照度變化時(shí)，在光敏傳感器附近測得的照度如表1第一行所示;同時(shí)在距離該裝置環(huán)形照明燈10cm處，相應(yīng)地測出LED單獨(dú)發(fā)光的照度，如表1第二行所示。

該裝置色溫為4000K。由表1可知，環(huán)境光越暗，LED燈的光強(qiáng)越強(qiáng)。在距離環(huán)形照明燈10cm處，該裝置總體的照度大于500lx，由表2可知，基本滿足中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批準(zhǔn)的有關(guān)色溫、照度[3]的要求。

2.2 升降功能

將4根金屬升降桿分別嵌入眼鏡盒四角內(nèi)，這四根桿可分別在0～10cm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)高度;眼鏡盒蓋與盒身的連接使用多角度、可停阻尼折頁，可調(diào)范圍為0～150°。這樣，可在上述的高度、角度內(nèi)調(diào)節(jié)鏡子，便于人們佩戴隱形眼鏡。

2.3 提醒功能

由2個(gè)紅外線距離傳感器、1個(gè)MP3模塊及單片機(jī)Arduino等組成的電路完成提醒功能。紅外距離傳感器利用型號為F5的紅外發(fā)射管和接收管傳感工作，分別安裝于兩個(gè)透明的鏡片盒下方，經(jīng)過單片機(jī)處理，當(dāng)用鑷子夾持左或右鏡片接近左或右鏡片盒底時(shí)，就會(huì)觸發(fā)MP3模塊，經(jīng)喇叭發(fā)出“這是左側(cè)”或“這是右側(cè)”的聲音，以實(shí)現(xiàn)提醒。

左、右眼鏡盒的中心距離為5.5cm，每個(gè)鏡片盒的直徑為2.0cm，深度為2.5cm，鑷子夾鏡片距傳感器發(fā)射管的距離及提醒情況如表3所示。

由表3和圖4可見，當(dāng)鑷子夾鏡片距傳感器發(fā)射管距離為1.5cm時(shí)才開始提醒，而兩鏡片盒的中心距離為5.5cm，因此可避免左、右鏡片盒的錯(cuò)誤提醒，從而達(dá)到正確放置左、右鏡片的目的。

2.4 殺菌功能

由波長為270nm的UVC3535紫外燈和開關(guān)組成的電路完成殺菌功能。紫外燈殺菌是利用紫光頻率高、光子能量高的特點(diǎn)[4]，破壞及改變微生物的DNA結(jié)構(gòu)，可使細(xì)菌當(dāng)即死亡。由文獻(xiàn)可知，當(dāng)光的波長在300nm以下時(shí)，會(huì)有殺菌效果，而在260nm（253.7nm）會(huì)達(dá)到最佳的效果[5-7]。利用此光對隱形眼鏡和眼鏡液中常見的枯草桿菌黑色變種芽胞、白色念珠菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌照射90s以上，滅絕率可達(dá)100%[8]。該裝置波長符合文獻(xiàn)中的殺菌波長，故可以實(shí)現(xiàn)殺菌的功能。

3? 結(jié)語

設(shè)計(jì)并開發(fā)的新型便攜式多功能隱形眼鏡盒，可實(shí)現(xiàn)0～1100lx的補(bǔ)光照明、0～10cm的升降調(diào)節(jié)、1.5cm內(nèi)的左右區(qū)分感應(yīng)語音播報(bào)、270nm波長光殺菌的功能。該裝置設(shè)計(jì)巧妙、方便實(shí)用，能滿足如今人們的需求，具有較大的優(yōu)勢和應(yīng)用價(jià)值。

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