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.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
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