工作原理

多功能视力保护器的电路如图所示，该电路包括三个振荡器（即超声波发射振荡器、报警声振荡器和定时用振荡器）、一个超声波接收放大器、一个光控电路和各功能的控制与指示灯电路。

由或非门D1、D2和R3、R4及C1组成超声波发射振荡器，振荡频率为40kHz o由超声振荡器输出的脉冲，经F2、F3反相和整形后，由超声波发射头向外发射。

超声波接收头将反射的超声信号接收并转换为脉冲电信号后，输人电压放大器进行放大。电压放大器由反相器F4一F6和反馈电阻R2组成，偏置电阻R2将F4的输人端偏置于电源电压的一半，使门电路的工作点处于良好的线性放大区。经电压放大器放大的信号，由C3藕合到由VD1、VD2组成的倍压整流器进行整流，由整流器输出的是负极性的信号。这个负极性的信号加至VT的基极，使其导通，它的集电极输出高电平，并加至与非门Y1的一个输人端。

与非门Y1、VD3、VD6和R10组成“距离”指示电路。当VT导通，输出端变为高电平时，与非门Y1输出低电平。这时，距离指示灯VD6发光并闪动，这是因为Y1的另一输人端输人的是由定时振荡器IC3输出的定时振荡脉冲，它的频率为3 Hz。这个3 Hz的脉冲使Y1的该输人端形成了间隔时间为1/3s的高电平，使与非门Y1形成了间隔时间为1/3s的导通、截止交替进行的状态，因而形成闪光指示。

当人体坐姿发生变化出现前倾时，由头部反射到接收头的超声波反射信号较强，经放大、检波后输出的低电平较强，能使VT导通而发出闪光警示信号，提醒学生纠正坐姿。

报警声振荡器是当出现坐姿、光照和到达定时时间时，发出报警声响，以引起使用者的注意。振荡器由或非门D3、D4、R15、R14、及C8组成。这是一个由或非门组成的键控式多谐振荡器。键控脉冲来自VD3、VD4、VD5的正输出端。当VD3一VD5中任何一方的左端出现低电平时，多谐振荡器立即开始振荡，并通过压电蜂鸣器发出报警声。由电路的结构可知，VD3一VD5的左端受与非门Y1一Y3的控制，而Y1一Y3的输人端中均有一个输人端是受定时振荡器IC3的9脚的输出控制的。如前所述，9脚输出的是3 Hz的脉冲。这样，报警声振荡器输出的报警信号就是一个受3 Hz脉冲调制的信号，B发出的报警声为“嘀、定时振荡器由一只14位二进制串行计数／分频和振荡集成电路CD4060与R8、R9及C7组成，本电路振荡频率为3Hz.

由振荡器产生的3 Hz时基脉冲，一方面由9脚输出，作为与非门Y1一Y3的门控脉冲；另一方面通过内部分频器分频后，得到45min的定时，由3脚输出[3脚为Q14,即213=8192，8192/3=2730（s），2730/60=45（min）］。

CD4060内包含14级分频器和两个反相器，其中两个反相器可通过外接RC元件或石英晶体组成振荡器，产生脉冲信号，通过分频器分频后形成所需要的定时。

当打开电灯后，电路便得到工作电源，振荡器起振，定时器开始工作。当到达定时后，CD4060的3脚输出高电平。这一高电平和9脚输出的3 Hz脉冲同时加至与非门Y3，使Y3呈断续导通状态，定时指示灯VD8出现闪光，同时通过VD5触发报警振荡器，发出报警声。

光控电路也称测光电路，由光敏电阻RG和R5组成分压电路。当光线正常时，电源经R5与RG的分压，使与非门Y2的输人端得到较低的分压，Y2不导通，输出端为高电平。当光线暗到一定程度时，RG的阻值增大，使R5与RG的分压点得到较高的分压，这时与非门Y2导通。在3 Hz脉冲的作用下，Y2呈断续的导通状态，光线指示灯VD7闪光指示。同时通过VD4将报警振荡器触发，发出报警声。

C6、R6组成微分电路，每次开灯时向IC3提供清零脉冲，以保证在开灯后定时振荡器能提供准确的定时脉冲。

为保证多功能视力保护器工作稳定，电源电路可采用LM7806集成稳压器进行稳压。

元器件选择

电路中所用元件以数字集成电路为主，其中IC 1选用六反相器CD4069; IC2选用4一2输人或非门CD4001；IC3选用14位二进制计数／分频振荡电路CD4060；IC4选用4一2输人与非门CD4011.VD6一VD8应选用红、黄、绿三种颜色的发光二极管，以示区别。

超声波发射头与接收头选用UCM40一T与UCM40一R.

RG选用MG45系列光敏电阻器。

其他元器件均无特殊要求，按图所标明的型号及参数进行选用。

制作与调试

超声波发射、接收头均应安装于灯座的前方并向前倾斜，以便与人的头部相对。超声波发射、接收头之间应相距8一l0cm。光敏电阻应安装于灯座的上面板内，面板上开孔并装设玻璃或透明塑料罩。

电路组装完成后，调整发射器的R4，使发射器的振荡频率为40kHzo随后调整接收电路，用一挡板在发射、接收头前移动，使接收头能收到发射头发出的反射信号，此时VD6应闪光。然后将挡板固定在发射、接收头前35cm处，调整接收器中的R2，使VD6刚好出现闪光和报警。当挡板移至35cm处时，停止闪光和报警。

光控电路的调整应在暗室中进行，用一只15W灯泡，在距光敏电阻30cm处照射，此时光照度约100Lx，调节R5使VD7刚好熄灭为止。

在使用中，当出现定时报警后，应将灯关掉，使电路因失去工作电源而复位，以便下次开灯时计时电路能从零开始计时。