基于单片机的护眼仪毕业论文Word格式.docx
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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，许多医疗设备也有它的影子，可以回收原材料再生新资源，达到工业生产中，节能省电省原材料的效果，大大减少成本。
其次在高精密度的机械仪器中，可以将磁石体与电机的转轴等部件镶嵌，这样既保证了高精度，减少了整体系统的公差，又降低了总成本。
4生产时塑件工艺分析
4.1概述
在实际生产时，护眼仪会根据设计图纸结构打造模具的标准件，为后续的成型工艺作为铺垫，这一章主要介绍护眼仪生产模具时所需要求。
4.2工业塑件结构分析
此为工业生产时护眼仪塑件模具图，其结构，该塑件整体中等尺寸，外观为一个护眼的仪器，中间有两个大的圆通孔，侧壁有小圆通孔，实际生产时会有滑块抽芯机构，一模两腔侧浇口，其注塑方式根据实际情况而定。
图4.1塑件三维图
4.3塑件的工艺分析
塑件的原料有合成的和天然的高分子化合物，使用条件是在高温下塑化，使用注塑机注射在模具内成型。
在注塑生产时塑料的熔融温度大概是210到320℃，符合注塑生产的特性，当熔料的温度超过260℃时材料就会发生分解。
根据使用要求本次采用ABS，此原料为高分子化合物由晶体组成，具有一定的强度和耐冲性、还有良好的热学性能。
ABS注塑成型后表面光滑，可以进行加色、电镀等。
大部分原料都是根据产品的使用要求来选定的一般都会选择无毒无气味的，ABS的填充性能良好，使用广泛，最重要的是节约成本，对环境无污染。
查找有关文献和参考工厂时间应用的情况，ABS的成型工艺参数可作如下选择：
（试模时，可根据实际情况作适当调整）
注塑温度：
包括料筒温度和喷嘴温度。
料筒温度：
后段温度t
选用190～210
c
中段温度t
选用200～220
前段温度t
选用210～230
喷嘴温度
选用200～210
注塑压力
选用40～100Mpa
注塑时间
选用20～90s
保压压力
选用65Mpa
高压时间
选用0～5s
冷却时间
选用20～120s
总周期
选用45～220s
后处理方法
采用油﹑水﹑盐水
后处理温度
90～100t/
后处理时间
4h
说明：
预热和干燥均采用鼓风烘箱，烘烤4-8小时。
4.4塑件质量与体积的计算
在生产前，在选择注塑机时需要计算零件的质量，根据ug软件可测的塑件的体积，
如图4.2所示。
图4.2ug三维图
实际生产时，先查注塑机参数表，可以得知，注塑机的额定注塑量为：
853
。
根据以下公式进行校核该模具型腔出模数量：
N=（0.8x853-7）/113.29=5.96个；
式中：
7
113.29
在此模具中，采用一模二腔的结构形式，经过校核，满足注塑机额定注塑量的要求。
4.5分型面的选择
分型面的选择要考虑机构方面。
首先应选择塑件的最大轮廓处，尽量使塑件留在后模利于脱模，分型面的选择不能影响外观。
分型面是判断塑件与型芯型腔接触面的判断，选好分型面有利益整套模具的设计和加工，更有利于产品的生产。
塑件的分型面如下图所示：
图4.3塑件分型面
4.6塑料成型设备的选取
当以上工作进行完时，根据上面计算结果以及相关参数，选择注塑机HTF300XB
查注塑机参数表即可知：
型号
单位
300×
A
B
C
参数
螺杆直径
mm
60
65
70
理论注射容量
cm3
727
989
注射重量PS
g
662
776
900
注射压力
Mpa
213
182
157
注射行程
257
螺杆转速
r/min
0~160
料筒加热功率
KW
17.25
锁模力
KN
3000
拉杆内间距（水平×
垂直）
660×
660
允许最大模具厚度
允许最小模具厚度
250
移模行程
移模开距（最大）
1260
液压顶出行程
160
液压顶出力
62
液压顶出杆数量
PC
13
油泵电动机功率
30
油箱容积
l
580
机器尺寸（长×
宽×
高）
m
6.9×
2.0×
2.4
机器重量
t
11.5
最小模具尺寸（长×
宽）
460×
460
5结束语
本次所设计的护眼仪结构目的在于为护眼仪外壳上提供创新的方向，通过了解制造护眼仪的过程，分析国内外护眼仪的现状，再预测护眼仪未来的走向，清楚的认识到护眼仪在未来的前景很大。
在本论文中，通过设计护眼仪主体结构、外型，挑选合适的材料并进行分析其使用效果，对比市场上现有的护眼仪，最终设计出一款纤薄简练的护眼仪外型。
5.1设计总结
本设计主要是针对用眼过度的人群，同时为护眼仪结构的绘制提供一个参考。
根据实际所需来选用多种不同的结构材料，同时还提供足够的说明材料的物理化学性质以及成型工艺，不同结构材料应对的功能不一，所以我们需要选取多种材料搭配使护眼仪能更加美观，耐用。
材料的性质、用户体验等也是影响护眼仪的原因，在正文部分已经对这些原因进行了详细的描述。
通过ug制图，得到了所设计的护眼仪结构，通过对目前护眼仪市场调查，外观和材料的选择上会有实际生产使用价值。
5.2设计难点
本设计的设计难点主要有三点：
第一点，护眼仪主体外壳结构的设计，外壳体涉及到内部零件装配配合，内部空间和卡扣位置都需要按照实际情况严格设计，否则会导致护眼仪的整体出现问题；
第二点，各种配件的材料的选择，由于在工业生产中材料繁多，因此选择合适的材料是非常值得注意的问题，而且材料的加工程度，材料的初始精细程度都是需要考虑的问题；
第三点，所设计护眼仪结构可行性的分析，通过对市场上热销的护眼仪产品拆解进行对比分析，看设计方案可不可行。
5.3设计创新点
（1）外壳选用新型的ABS材料，耐磨性能优良。
（2）按摩触头内镶嵌有纯天然的磁石。
（3）护眼仪搭配单片机使用，实现半自动化操作。
（4）护眼仪结构主体使用卡扣连接，结构比较紧凑。
（5）贴合脸部结构使用硅橡胶，柔软度很高，适用于不同脸型的人。
5.4展望
本次设计，在外观结构上大致得体，但该结构还有很大的改造空间以及很强的扩展性，可以在目前基础上加入更多的功能。
该护眼仪设计有些地方的设计还不能算周全，例如在结构装配方面，尺寸零部件细节等，由于本人技术水平和一个人劳动力有限的限制，并不能将完整的装配图画出来。
对于护眼仪本身来说，未来可以在目前护眼仪的功能基础上，新增更多的功能，让护眼仪不仅仅局限在震动、热敷和蓝牙功能里。
希望在科技发达的以后，多功能护眼仪能够问世，或者直接设计成为全自动、智能的VR产品，让护眼的层次和深度更进一步。
通过本次设计，让我在结构设计、人机工程学、材料学等方面受益匪浅，不仅增加了知识储备，还学到很多工业生产中的制造经验。
在设计这款护眼仪的过程中，让我清楚的认识到，理论最后是需要放到实际应用当中的。
学到的知识拿去应用以后，才能体现出知识的价值，不然它永远都只是理论没有实际的用途。
最后本护眼仪结构的设计，由于知识水平有限，在设计方面难免会存在不足之处，恳请各位老师和同学进行批评和指正。
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致谢
我历时将近3个月撰写该论文，在这段充满奋斗、拼搏的时光里，我收获到了无限的知识与动力。
时间匆匆过，一转眼我就要离开我敬爱的校园了，在学校的生活忙忙碌碌的学习，让我的生活过得非常充实
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