基于单片机的护眼仪结构设计.docx

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基于单片机的护眼仪结构设计

摘要

在科技发达的今天，手机电脑等机械电子产品基本离不开我们的日常生活，在这种需要大量用眼的时代下，护眼仪就此诞生了。

不同人的面部轮廓不同，但穴位分布基本一致,所以该护眼仪的设计的根本就是从穴位分布入手,在材料可以变形的基础上，迎合面部轮廓各不相同的人，在护眼仪的功能作用下，可以帮助锤炼眼部的视椎神经和调节视神经,缓解眼部疲劳,清除淤堵。

本次设计以护眼仪结构为设计任务，此产品外形光滑简单，用UG三维软件绘制产品。

在绘制过程中要考虑到结构尺寸与人体匹配度，根据需求选择生产上应用的材料。

用ug软件绘制完成后再使用CAD导出二维三视图，最后通过调查分析证明该护眼仪结构可行。

关键词：

UG、机械、结构设计、CAD

1绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

根据有关部门的调查显示，失明的盲人超过五百万，视力低下者超过六百万，幼儿与青少年斜弱视超过一千万。

中国的近视发病率已经从90年代初开始逐步攀升，截止到目前，位居世界第一。

按照目前最新公布的数据显示，我国青少年的近视发病率已经超过了40%，本科及大专院校的学生近视率远超70%。

我国青少年近视发病率超过40%已经处于较高比例，但该近视的发病率比例还会继续呈现上升趋势，尤其是在这种如同野兽的都市化与现代化进程下。

我国的近视人数已经超过总人口比例的35%，呈现出某种函数上升的趋势。

导致近视的原因非常之多，在处于生长发育的时期，用眼过度与近视的发生有脱不开的关系，大部分人在看书时眼睛靠的很近，或者大部分时间在看电视或者电脑，这种情况下近视的概率就会变的非常大。

其次大部分情况下，长期持续收缩的眼球内的睫状肌，导致后面进一步发展为更严重的近视，正是因为连续长时间的用眼，眼睛酸楚疲劳。

在近视日益增长的年代，可见护眼仪对于现阶段社会护眼的重要性。

1.1.2研究目的及其意义

在如今的快节奏社会下，对于我们学生来说，如果发生近视，就需要比同年龄段的学生多付出更多的努力，近视会导致眼睛看东西模糊甚至是眼睛干涩酸痛，让学生难以集中注意力以及产生各种各样的负面情绪，很容易会让学生失去学习乐趣甚至是厌学，即使处于学习的状态，效率也是大打折扣。

除此之外，在升学的时候会有很多专业对视力上做要求，因为近视而被报考专业拒之门外的，每年都是数不胜数，所涉及到的专业各种各样，触及多方面的领域，对学生的职业规划影响巨大。

然后，对于上班族来说，近视会使其工作效率直线下降，长期的工作没状态，会让领导心目中的形象大打折扣，随着时间推移，也可能会失去工作。

对于有些岗位，工作者自身形象也是有相当高的要求，所以近视也同样影响着求职者的未来规划。

对此为了能够缓解不同年龄阶段的人们的用眼疲劳，护眼仪的设计就变得尤为重要，该产品也会逐渐成为某些人群的生活必需品。

1.2国内外研究状况

目前，国外发达国家护眼仪及护眼产品发展迅速，像日本的松下电器，美国西屋等品牌，在护眼仪领域已经具有了专门的生产体系和系列护眼产品专利。

我国在护眼仪器的领域相对于发达国家来说，技术和视觉研究上都远远不如他们，所以制造出来的护眼仪体验舒适度上，效果没有国外这么的好。

我国在对视觉研究上起步较晚，在视觉领域上专心研究单位部门都很少，许多的护眼仪程序技术都取自于国外，一些精密的零部件也都依靠外国进口。

目前来说程序功能是大多数公司注意的重点，大部分的护眼仪都能做到震动和热敷的功能，但是在蓝牙，移动数据等功能里，产品效果并不是十分理想，因此在护眼仪当中让功能变得更多也是研究的一个重点。

如果要提升人们使用电子产品的体验感，设计出更好更优质的产品是不可或缺的，就护眼仪而言，如果能在目前的基础上加入更多的功能，让设计更加美观，提高舒适度，那么人们的生活质量都会有所提高。

1.3未来发展趋势

在这种科技与经济迅速发达的时代下，各行业竞争都变得十分剧烈，在这种情况下，有越来越多的人会开始倾向于提高生活的品质，将目光更多的注重于产品的质量和体验效果上。

所以，面对这样的趋势，相应的护眼方面的电子产品想要脱颖而出，必须要注重产品质量和品质。

在现代社会，电子产品种类越来越多，人们也越来越依赖电子产品的使用，这又导致了，电子产品种类的增加，形成一种正反馈的趋势。

目前的市场下，外观精美操作简单的护眼仪是十分热门的选择，护眼仪的需求也会跟电子产品的增长成正比。

未来的趋势下，就看哪家企业能够在技术上有革新突破，例如对空间的把控，如果能将护眼仪体积和重量缩小，那么护眼仪可能在未来会更加地趋向小体积、多功能。

护眼仪的市场前景会变得非常好，我个人也是十分期待。

1.4研究的主要内容和目标

本课题是要设计一个单片机护眼仪的结构，其优点是具有占用空间小、重量轻、制造简单、功能实现简单快速等。

其中，护眼仪结构的产品主要有：

A、护眼仪结构主体B、钕磁石C、松紧带D、开关按键等，本次所设计的护眼仪会尽量满足以下的标准：

1、能够长期使用，并且功能稳定；2、外壳对护眼仪本体有保护作用，使用过程中不易摔坏；3、外观简单整洁，所使用材料对环境与人体都没有污染；

其主要的研究内容有：

●研究国内外护眼仪的技术现状，发展的过程以及目前存在问题等情况；

●研究护眼仪的工作原理及工作用途；

●护眼仪外观结构设计，包括外型结构及其材料选择；

●护眼仪结构材料的选型及设计；

1.5本章小结

本章主要是介绍了护眼仪的背景和国内外的研究，通过分析其研究背景和发展过程，了解了国内外市场的趋势，并确定护眼仪技术如果想要成熟，确实是需要投入大量精力与时间的。

对此这些资料都作为本次设计的参考，为后面的制作做好了充分准备。

2护眼仪的总体设计

2.1概述

护眼的结构分为，墨镜片，主体外壳，松紧带，开关按键，磁石触头。

2.2护眼仪的设计要求

2.2.1护眼仪规格参数要求

参数规格

输入电压

AC100至240V50或60HZ

额定电压

DC5V

额定电流

≤1.0A

额定功率

≤5.0W

使用环境

远离强电（磁）场，大气压力：

76kPa-106kPa

温度:

-0℃-50℃；相对湿度：

≤90％

注：

电源适配器应获得“CCC”认证

2.2.2使用方式

图2.1护眼仪使用开关

图2.1是为护眼仪设计的三个开关，模式分别为on/off，变换模式，频率调节。

打开开关时，单片机马达会让整个护眼仪震动，可通过频率调节开关调节频率，也可通过变换模式按钮将功能变换为热敷。

2.2.3工作原理

开关按键与单片机前部三个按钮（on/off，变换模式，频率调节）相连，按下对应的开关会触发单片机所对应的程序实现功能。

2.3护眼仪的总体方案

2.3.1护眼仪的组成

护眼仪对于人机工程的指标要求很高，所以必须要慎重、严格地对其制作工艺及材料进行选择。

市场中一些护眼仪会在与鼻子贴合的部分设置相应罩体，该罩体的凹部会让护眼仪与人体眼球和鼻子产生一定距离，护眼仪主体外壳如果无法直接解除鼻子和眼睛，在使用时对眼球和鼻子的承重上减小负荷，避免了使用后眼睛会有朦胧不清的感觉，但市场的设计对模具的成型要求高增加了生产成本。

而该设计则是直接选择取消罩体，将鼻子外露，从而减少模具制作的成本。

整个护眼仪采用模块组合式，由墨镜片，主体外壳，松紧带，开关按键，磁石触头组成。

其中手指状按摩触头是最主要的部分，此触头用高纯度硅胶制成，具有很强的延展性，对人体舒适度极高，在触头里镶嵌钕铁硼磁石，该材料磁通量最佳，可根据不同频率而产生需要的按摩效果。

2.3.2护眼仪的整体结构图

图2.2护眼仪正视图图2.3护眼仪侧视图

图2.2和图2.3是本此设计的护眼仪的结构图的正视图以及侧视图。

由图可知，该设计的简单，外观饱满，具有流线型的特质。

由于护眼仪结构比较注重密封性和对人体的舒适性，所以细节方面必须得严谨对待。

3护眼仪各部件材料的分析及选型

材料的选择优劣在人机工程学上有极大的差别，选用的材料如果不妥将会对皮肤甚至是视力带来极大的危害，这一章主要会详细介绍护眼仪各部件使用材料的规格及性质。

3.1护眼仪主体外壳

图3.1护眼仪外壳造型

护眼仪的外壳构成使用ABS （丙烯腈-丁二烯-苯乙烯），英文全称为Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic。

ABS材料其抗冲击强度非常好,所以在大多数电子元器件中都以该材料作为外壳，并且耐磨，像护眼仪对于外观要求高的电子产品来说，尺寸稳定性（可简单加工性）是必不可少的，还有电阻高绝缘性能好的优点。

ABS在物理性能上，它的综合能力优秀,拥有良好的抗压强度。

不易产生化学反应,具有阻燃、透明、抗冲、耐热、柔韧性能强等性质，在低温下也能使用，因此绝缘性能高，可以作为喷漆的材料。

因此该材料十分适合作为护眼仪主体外壳。

在工艺成型性能，ABS在护眼仪外壳制作的工艺会在第四章详细解释。

3.2印制电路板

图3.2印制电路板

护眼仪单片机的选择为PCB基板，也称为印刷电路板。

PCB基板也可称之为覆铜板（Copper Clad Laminate，英文简称CCL），是由木浆纸或玻纤布等作增强材料，浸以树脂，单面或双面覆以铜箔，经热压而成的一种产品。

当它用于多层板生产时，也叫芯板（CORE），它是电子元器件的载体，是电子元器件不可或缺的部分，大部分的元器件的电器连接都与它相关，同时为连接提供绝缘条件。

选用该PCB板也因为它的制造简单成本低廉，烧录程序容易，在护眼仪中担任不可或缺的位置。

PCB可分为刚性电路板和柔性电路板（或挠性电路板），图3.2的PCB称为刚性电路板。

3.3开关按键

图3.3尼龙

图2.9为尼龙，是指由聚酰胺类树脂构成的塑料，开关选用该材料的原因是该材料优秀的物理性质与化学性质。

开关按键会与人体手指直接触碰，在绝缘性能和延展性上该材料最优。

其次尼龙具有优秀的成型性能。

3.4松紧带

图3.4ug图中松紧带

松紧带材料选择涤纶，它具有优良的弹性和回复性,面料挺括，不起皱,保形性好,强度高，弹性好，经久耐穿并有优良的耐光性能，并且成本低，人体舒适程度好，唯一的缺点是容易产生静电和吸尘吸湿性差。

3.5按摩触头

图3.5CAD平面图按摩触头

按摩触头材料选择硅橡胶（Siliconerubber），设计中的触头分布是根据人眼外部轮廓分布来的。

在振动过程中触头对应相应穴位进行按压，由于选择硅橡胶作为按摩触头，是因为这种材料是一种高活性吸附材料，可以很好的镶嵌磁石，并且柔软程度高，会更加舒适。

其次硅橡胶无毒无味，不溶于水和其他溶剂，不容易产生化学反映，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应，热稳定性好，耐臭氧化并具有良好电绝缘性能，对人体适应性高，因此选用该材料不仅可以提高触头柔软程度，还能提高其耐用性。

3.6眼镜片墨镜

墨镜片选择使用合成树脂材料，合成树脂种类繁多。

墨镜片镀上了黑颜色，有防紫外线作用。

可以遮挡或吸收一部分光线，减少对眼睛的刺激。

合成树脂按主链结构有碳链、杂链和非碳链合成树脂，按合成反应特征有加聚型和缩聚型合成树脂。

实际应用中，常按其热行为分为热塑性树脂和热固性树脂。

其中，热塑性树脂有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。

热固性树脂有酚醛树脂和脲醛树脂，环氧树脂，氟树脂，不饱和聚酯和聚氨酯等。

3.7钕铁硼磁石

图3.6镶嵌图

按摩触头上镶嵌有磁石，磁石主要含四氧化三铁（Fe3O4）,其中含FeO31%，Fe2O369%，并含有硅、铅、钛、磷、锰、钙、铬、钡、锯、镁等杂质，另外磁石中常含一定量的砷。

使用时需注意本品呈不规则块状，多具棱角，大小不一。

该材料具有许多优点，除了在护眼仪上可使用外，许多医疗设备也