基于紅外測距傳感器的新型顯示器的設計研究

高建芳1 胡 明2/1.包頭職業技術學院計算機與信息工程系 2.包頭職業技術學院電氣工程系

基于紅外測距傳感器的新型顯示器的設計研究

高建芳1 胡 明2/1.包頭職業技術學院計算機與信息工程系 2.包頭職業技術學院電氣工程系

在孩子玩電腦時，距離屏幕太近容易影響他們的視力。有些家長會安裝提醒裝置，也有些家長是通過不斷的口頭提醒來控制孩子與屏幕的距離，但是效果都不明顯，無法控制孩子離顯示屏的距離，導致很多兒童出現視力問題，大大影響了孩子的眼睛健康。本文設計研究一種帶有距離傳感器的顯示器，能夠有效控制兒童離顯示器的距離。

距離傳感器；顯示器；保護視力

1.對顯示器工作原理的分析

顯示器通常也稱為監視器，是一種將文字、圖像等電子文件通過特定的傳輸設備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具，它屬于計算機輸出設備。常見的顯示器有CRT和LCD兩種類型。CRT顯示器即陰極射線管顯示器。它的原理主要是從陰極發射出大量電子，進過加速，形成電子流，經過偏轉線圈的控制，快速的轟擊顯示器的熒光屏，使得熒光屏上的熒光粉發亮。它的主要部件是顯像管（電子槍），在CRT彩色顯示器中，通常是3個電子槍，顯像管的屏幕上涂有一層熒光粉，彩色顯示器由三支電子槍分別發射不同強度的電子束，并打在熒光層上對應的紅（R）、綠（G）、蘭（B）色點上，三點發出的光線疊加后，就會產生各種色彩，結構原理圖如圖1所示。

圖1 CRT顯示器結構原理圖

LCD就是液晶顯示器，是使用了“液晶”（LiquidCrystal）作為材料的顯示器。液晶是一種處于介于固態和液態之間的物質,當被加熱時處于液態,冷卻時會結晶成固態,當向液晶通電時,液晶體分子排列的井然有序,可以使光線通過液晶，并且這些排列有序的液晶分子會改變穿透液晶的光線角度，然后經過前方的彩色濾光膜和偏光板，再通過改變加在液晶上的電壓值控制透過彩色濾光膜和偏光板的光線強度和色彩，這樣就可以在液晶面板上變化出有不同色調的顏色組合了。當不通電時,阻止光線。常見的液晶顯示器按物理結構的不同可分為扭曲向列型、超扭曲向列型、雙層超扭曲向列型、薄膜晶體管型。其中最后一種的結構最為復雜，它主要由背光源、偏光板、玻璃基板、液晶材料、彩色濾光板等組成，其中彩色濾光片就是讓液晶顯示器產生顏色的主要原因，其結構原理圖如圖2所示。

圖2 L CD顯示器結構原理圖

根據CRT顯示器和LCD顯示器的工作原理，我們得知CRT顯示器的色彩還原度高、色度均勻、亮度更高，但由于采用的是電子槍，所以對人體的輻射很大，而且由于亮度高，長時間使用會對用戶的眼睛造成傷害。LCD要比CRT環保，對人體的輻射低，因此，目前在家、普通辦公等諸多領域都在使用液晶顯示器。但不管是哪種，長時間近距離的盯著發光的地方看都會對我們的眼睛造成傷害，尤其對于孩子來說，傷害更大，針對現有技術上存在的不足，本文研究一種帶有紅外測距傳感器的顯示器，能夠有效的控制孩子們離顯示器的距離，從而保護孩子們的視力。

2.距離傳感器工作原理及應用

距離傳感器是根據測時間來檢測物體距離的一種傳感器。它的主要原理是向物體發射特別短的光脈沖，測量此光脈沖從發射到被物體反射回來的時間間隔來計算與物體之間的距離。距離傳感器的應用很廣，比如我們常用的智能手機，就安裝了距離傳感器，當你接電話的時候，距離傳感器就會起作用。當你臉靠近屏幕時，屏幕燈就會熄滅并自動鎖屏，以防你的臉碰了屏幕進行誤操作；當你的臉離開屏幕一定的距離時，屏幕燈會自動開啟并解鎖，這就是應用了距離傳感器的原理。對于本文所研究設計的帶有距離傳感器的顯示器，主要應用紅外測距傳感器，利用紅外線發射原理來測量人與屏幕的距離，其組成如圖3所示。

圖3 紅外測距傳感器組成

3.帶有紅外測距傳感器顯示器的結構設計

帶有距離傳感器的顯示器在結構上主要包括顯示器和紅外測距傳感器。整體結構設計如圖4所示。首先在顯示器屏幕前側面安裝紅外測距傳感器，紅外測距傳感器通過導線與報警器連接，作為優選，這里我們選用蜂鳴報警器，并且把它安裝在顯示器上端的某一位置上，如圖4所示。紅外測距傳感器的上方安裝一塊距離顯示屏，距離顯示屏位于顯示器的頂端，可以顯示出用戶離顯示屏的距離值，如圖4所示。報警器和距離顯示屏上安裝無線信號發射器。顯示器通過轉軸連接電機，電機位于顯示器的底座內。電機上安裝控制開關，控制開關上有無線信號接收器，無線信號接收器通過無線連接移動終端，如手機、電腦等電子設備。如此設計的帶有距離傳感器的顯示器結構簡單，實用性強，能有效控制用戶離屏幕的距離，從而達到保護視力的目的。

圖4 帶有距離傳感器的顯示器結構

圖中各部件說明如下：1—顯示器屏幕；2—距離顯示屏；3—電機；4—紅外測距傳感器；5—報警器；6—底座；7—轉軸。圖中電機3為雙轉向電機，通過導線連接有插座，在顯示屏1內設有蓄電池，蓄電池通過導線與紅外測距傳感器4相連，蓄電池可作為備用電池在斷電時為顯示屏1供電，本設計中所涉及的其它電路，均采用現有技術中常規的電路連接，所用到的設備均采用現有技術中的型號。

4.帶有距離傳感器顯示器的工作原理

本設計可以通過紅外測距傳感器測量顯示屏與人體之間的距離，并將距離值顯示在距離顯示屏上，距離顯示屏通過無線信號發射器將數據發送到家長的手機上，從而達到了實時監控的目的，同時，當距離值位于設定的距離值內，即距離過近時，報警器會發出報警聲，這時就可以提醒用戶調整距顯示屏的距離，同時也可以將報警情況通過無線信號發射器發送到家長的手機上，然后家長可以通過手機控制電機轉動，從而調節顯示屏的角度，提醒兒童調整距電腦的距離。當距離達到設定值以外，報警器停止報警。

5.結束語

帶有距離傳感器的顯示器達到了實時監控的目的，結構簡單，實用性很強，能有效保護視力，而且成本低，使用的都是常規設備。當然上述的設計可能還有些不足，隨著技術的不斷發展進步，本設計還會有各種變化和改進。

高建芳，女，（1979-7），漢族，碩士，講師，研究方向：計算機科學與技術作者單位：包頭職業技術學院計算機與信息工程系（網絡信息中心）。

胡明，男，（1979-12），漢族，碩士，講師，研究方向：車輛工程技術作者單位：包頭職業技術學院電氣工程系。