基于红外测距传感器的新型显示器的设计研究

2015-01-07高建芳1明2包头职业技术学院计算机与信息工程系包头职业技术学院电气工程系

大陆桥视野 2015年24期

高建芳1 胡明2/1.包头职业技术学院计算机与信息工程系 2.包头职业技术学院电气工程系

高建芳1 胡明2/1.包头职业技术学院计算机与信息工程系 2.包头职业技术学院电气工程系

在孩子玩电脑时，距离屏幕太近容易影响他们的视力。有些家长会安装提醒装置，也有些家长是通过不断的口头提醒来控制孩子与屏幕的距离，但是效果都不明显，无法控制孩子离显示屏的距离，导致很多儿童出现视力问题，大大影响了孩子的眼睛健康。本文设计研究一种带有距离传感器的显示器，能够有效控制儿童离显示器的距离。

距离传感器；显示器；保护视力

1.对显示器工作原理的分析

显示器通常也称为监视器，是一种将文字、图像等电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具，它属于计算机输出设备。常见的显示器有CRT和LCD两种类型。CRT显示器即阴极射线管显示器。它的原理主要是从阴极发射出大量电子，进过加速，形成电子流，经过偏转线圈的控制，快速的轰击显示器的荧光屏，使得荧光屏上的荧光粉发亮。它的主要部件是显像管（电子枪），在CRT彩色显示器中，通常是3个电子枪，显像管的屏幕上涂有一层荧光粉，彩色显示器由三支电子枪分别发射不同强度的电子束，并打在荧光层上对应的红（R）、绿（G）、兰（B）色点上，三点发出的光线叠加后，就会产生各种色彩，结构原理图如图1所示。

图1 CRT显示器结构原理图

LCD就是液晶显示器，是使用了“液晶”（LiquidCrystal）作为材料的显示器。液晶是一种处于介于固态和液态之间的物质,当被加热时处于液态,冷却时会结晶成固态,当向液晶通电时,液晶体分子排列的井然有序,可以使光线通过液晶，并且这些排列有序的液晶分子会改变穿透液晶的光线角度，然后经过前方的彩色滤光膜和偏光板，再通过改变加在液晶上的电压值控制透过彩色滤光膜和偏光板的光线强度和色彩，这样就可以在液晶面板上变化出有不同色调的颜色组合了。当不通电时,阻止光线。常见的液晶显示器按物理结构的不同可分为扭曲向列型、超扭曲向列型、双层超扭曲向列型、薄膜晶体管型。其中最后一种的结构最为复杂，它主要由背光源、偏光板、玻璃基板、液晶材料、彩色滤光板等组成，其中彩色滤光片就是让液晶显示器产生颜色的主要原因，其结构原理图如图2所示。

图2 L CD显示器结构原理图

根据CRT显示器和LCD显示器的工作原理，我们得知CRT显示器的色彩还原度高、色度均匀、亮度更高，但由于采用的是电子枪，所以对人体的辐射很大，而且由于亮度高，长时间使用会对用户的眼睛造成伤害。LCD要比CRT环保，对人体的辐射低，因此，目前在家、普通办公等诸多领域都在使用液晶显示器。但不管是哪种，长时间近距离的盯着发光的地方看都会对我们的眼睛造成伤害，尤其对于孩子来说，伤害更大，针对现有技术上存在的不足，本文研究一种带有红外测距传感器的显示器，能够有效的控制孩子们离显示器的距离，从而保护孩子们的视力。

2.距离传感器工作原理及应用

距离传感器是根据测时间来检测物体距离的一种传感器。它的主要原理是向物体发射特别短的光脉冲，测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间间隔来计算与物体之间的距离。距离传感器的应用很广，比如我们常用的智能手机，就安装了距离传感器，当你接电话的时候，距离传感器就会起作用。当你脸靠近屏幕时，屏幕灯就会熄灭并自动锁屏，以防你的脸碰了屏幕进行误操作；当你的脸离开屏幕一定的距离时，屏幕灯会自动开启并解锁，这就是应用了距离传感器的原理。对于本文所研究设计的带有距离传感器的显示器，主要应用红外测距传感器，利用红外线发射原理来测量人与屏幕的距离，其组成如图3所示。

图3 红外测距传感器组成

3.带有红外测距传感器显示器的结构设计

带有距离传感器的显示器在结构上主要包括显示器和红外测距传感器。整体结构设计如图4所示。首先在显示器屏幕前侧面安装红外测距传感器，红外测距传感器通过导线与报警器连接，作为优选，这里我们选用蜂鸣报警器，并且把它安装在显示器上端的某一位置上，如图4所示。红外测距传感器的上方安装一块距离显示屏，距离显示屏位于显示器的顶端，可以显示出用户离显示屏的距离值，如图4所示。报警器和距离显示屏上安装无线信号发射器。显示器通过转轴连接电机，电机位于显示器的底座内。电机上安装控制开关，控制开关上有无线信号接收器，无线信号接收器通过无线连接移动终端，如手机、电脑等电子设备。如此设计的带有距离传感器的显示器结构简单，实用性强，能有效控制用户离屏幕的距离，从而达到保护视力的目的。

图4 带有距离传感器的显示器结构

图中各部件说明如下：1—显示器屏幕；2—距离显示屏；3—电机；4—红外测距传感器；5—报警器；6—底座；7—转轴。图中电机3为双转向电机，通过导线连接有插座，在显示屏1内设有蓄电池，蓄电池通过导线与红外测距传感器4相连，蓄电池可作为备用电池在断电时为显示屏1供电，本设计中所涉及的其它电路，均采用现有技术中常规的电路连接，所用到的设备均采用现有技术中的型号。

4.带有距离传感器显示器的工作原理

本设计可以通过红外测距传感器测量显示屏与人体之间的距离，并将距离值显示在距离显示屏上，距离显示屏通过无线信号发射器将数据发送到家长的手机上，从而达到了实时监控的目的，同时，当距离值位于设定的距离值内，即距离过近时，报警器会发出报警声，这时就可以提醒用户调整距显示屏的距离，同时也可以将报警情况通过无线信号发射器发送到家长的手机上，然后家长可以通过手机控制电机转动，从而调节显示屏的角度，提醒儿童调整距电脑的距离。当距离达到设定值以外，报警器停止报警。