CN109674579A - 一种主动式遮光护目眼镜结构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式遮光护目眼镜结构，该结构包括该结构包括眼镜框架和液晶玻璃镜片，液晶玻璃镜片的透光率可调节；眼镜框架的中间位置设置有眼镜主控部分；光线传感器接收窗用于检测液晶玻璃镜片的光强变化；控制按键用于输入信息；微控制器根据光强变化，改变输出信号的占空比，液晶玻璃亮度调节电路进而输出调节控制量；微控制器判断检测到的当前光线强度是否对人眼有害，当检测到光线强度对人眼有害的时候，微控制器控制液晶玻璃亮度调节电路输出一定电压值，并调制出正确的驱动信号形式，使液晶玻璃镜片变暗至设定值。本发明能主动在光线强度突然变大的情况下保护人眼不受突发性强光环境的损害和突发性弱光环境的视觉干扰。

Description

一种主动式遮光护目眼镜结构及控制方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种主动式遮光护目眼镜结构及控制方法。

背景技术

眼睛是重要的感光器官，很多强光是对我们的眼睛有害的，常见的强光情形如电焊工焊接时、激光焊接、氩弧焊等场合。在强光下若无特別的防护，极易使眼睛受伤。针对以上各种对眼睛有害的情况，本发明能够在有害情况出现时，通过快速地调整镜片透光率来降低人眼所接收到的光强，从而减少强光对人眼的损害，当强光消失后自动恢复至正常镜片的透光率。目前市面上的遮光眼镜多为透光率固定以或强光出现时无法主动降低镜片透光率等类型，这样无论在强光或弱光环境中均无法及时调整镜片透光率为人眼提供一个合适的光线环境。且现有的遮光眼镜受到强光照射时响应速度较慢，约为100ms。在脉冲性强光下会产生响应滞后现象，而本发明的理论响应时间仅为4ms，在脉冲性强光下有着显著的时间优势，可在脉冲强光场合实时的为人眼提供可靠的保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种主动式遮光护目眼镜结构及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种主动式遮光护目眼镜结构，该结构包括该结构包括眼镜框架和液晶玻璃镜片，液晶玻璃镜片的透光率可调节；眼镜框架的中间位置设置有眼镜主控部分；眼镜主控部分的顶部设置有控制按键，正前方设置有光线传感器接收窗；其中：

眼镜主控部分包括微控制器、光线检测电路、按键检测电路、液晶玻璃亮度调节电路和液晶玻璃驱动电路；

光线传感器接收窗通过光线检测电路与微控制器相连，用于检测液晶玻璃镜片的光强变化；当检测到变化的光强时，光线传感器接收窗输出变化的电压信号，经过光线检测电路后送入微控制器进行采样处理，得到当前的光线强度；

控制按键通过按键检测电路与微控制器相连，用户通过控制按键输入信息，按键检测电路将检测到的用户输入信息送入微控制器；

液晶玻璃镜片通过液晶玻璃亮度调节电路、液晶玻璃驱动电路与微控制器相连；微控制器根据光强变化，改变输出信号的占空比，液晶玻璃亮度调节电路进而输出调节控制量，液晶玻璃驱动电路根据调节控制量提供正确的驱动波形，实现液晶玻璃镜片的透光率调节；

微控制器判断检测到的当前光线强度是否对人眼有害，当检测到光线强度对人眼有害的时候，微控制器控制液晶玻璃亮度调节电路输出一定电压值，并调制出正确的驱动信号形式，使液晶玻璃镜片变暗至设定值，以保护人眼。

进一步地，本发明的液晶玻璃亮度调节电路包括正半波调节模块和负半波调节模块，正半波调节模块和负半波调节模块均与微控制器相连；微控制器控制液晶玻璃亮度调节电路输出一定电压值，并在正半波调节模块和负半波调节模块下作用下调制出正确的驱动信号形式，使液晶玻璃变暗至设定值。

进一步地，本发明的控制按键的控制方式包括单击、双击和长按；单击控制按键时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片透光率变小；双击控制按键时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片透光率变大；长按控制按键时，护目眼镜进入待机状态。

进一步地，本发明的眼镜主控部分底部设置有充电接口，眼镜主控部分内部设置有电池供电模块，充电接口通过微控制器与电池供电模块相连。

本发明提供一种主动式遮光护目眼镜结构的控制方法，该方法包括以下步骤：

S1、用户通过控制按键设置透过液晶玻璃镜片的光线强度，设置的液晶玻璃镜片的光线强度对应液晶玻璃镜片透光率的设定值；

S2、光线传感器接收窗实时检测透过液晶玻璃镜片的光线强度，光线传感器接收窗输出电压信号，经过光线检测电路后送入微控制器进行采样处理，微控制器将采样到的一组数据去掉最大值和最小值后求剩下电压信号的平均值，根据电压信号换算出实际的光线强度；

S3、当实际的光线强度发生突变，遇到突发的强光场景时；微控制器通过频率和脉宽跟踪算法程序，控制液晶玻璃亮度调节电路输出一定电压值，并在正半波调节模块和负半波调节模块下作用下调制出正确的驱动信号形式，使液晶玻璃镜片变暗至设定值，以保护人眼；

S4、当实际的光线强度恢复正常时，控制液晶玻璃镜片变亮，恢复至设定值。

进一步地，本发明的步骤S1中控制按键的设置方法为：当微控制器的外部中断引脚上产生外部中断时，微控制器进入中断处理函数，使按键次数标记为单按，同时启动定时器定时3秒，处理完中断函数程序延时300ms，若延时过程中发生相同外部中断，则将按键次数标记为双按，中断函数完成后输出按键状态；单击控制按键时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片透光率变小；双击控制按键时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片透光率变大；若定时3S检测该引脚为高电平，则按键标记为长按，进入微控制器低功耗模式。

进一步地，本发明的步骤S3中频率和脉宽跟踪算法程序的方法为：

当实际的光线强度发生突变，遇到突发的强光场景时，根据测得的光线脉冲频率得到激光脉冲的时间t、脉冲周期T，即当脉冲光线发生时输出液晶驱动信号，其输出时间为激光脉冲时间加上延时时间即t+Δt，输出周期为测得光线脉冲周期T，当脉冲光线发生时打开液晶玻璃驱动电路，当脉冲光线消失后关闭液晶玻璃驱动电路，以此跟踪脉冲强光的频率来同步开关液晶玻璃镜片。

本发明产生的有益效果是：本发明的主动式遮光护目眼镜结构及控制方法，使用简单，能在突发性强光的刺眼的场合为人们提供一种主动降低强光对眼睛损害和强光消失后主动恢复至正常镜片透光率的解决方案，以减少突发性的强光对人眼的损害，使人眼能够工作在一个健康的光照环境中；本发明响应速度快、结构简单、可靠性高、控制成本低等优点，能主动在光线强度突然变大的情况下保护人眼不受突发性强光环境的损害和突发性弱光环境的视觉干扰。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构框图；

图2是本发明实施例的采样数据程序框图；

图3是本发明实施例的按键检测据程序框图；

图4是本发明实施例的液晶玻璃亮度调节程序；

图5是本发明实施例的频率和脉宽跟踪算法程序；

图6是本发明实施例的装置结构示意图；

图中：1-眼镜框架，2-控制按键，3-眼镜主控部分，4-光线传感器接收窗，5-液晶玻璃镜片，6-充电接口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的主动式遮光护目眼镜结构，该结构包括该结构包括眼镜框架1和液晶玻璃镜片5，液晶玻璃镜片5的透光率可调节；眼镜框架1的中间位置设置有眼镜主控部分3；眼镜主控部分3的顶部设置有控制按键2，正前方设置有光线传感器接收窗4；其中：

眼镜主控部分3包括微控制器、光线检测电路、按键检测电路、液晶玻璃亮度调节电路和液晶玻璃驱动电路；

光线传感器接收窗4通过光线检测电路与微控制器相连，用于检测液晶玻璃镜片5的光强变化；当检测到变化的光强时，光线传感器接收窗4输出变化的电压信号，经过光线检测电路后送入微控制器进行采样处理，得到当前的光线强度；

控制按键2通过按键检测电路与微控制器相连，用户通过控制按键2输入信息，按键检测电路将检测到的用户输入信息送入微控制器；

液晶玻璃镜片5通过液晶玻璃亮度调节电路、液晶玻璃驱动电路与微控制器相连；微控制器根据光强变化，改变输出信号的占空比，液晶玻璃亮度调节电路进而输出调节控制量，液晶玻璃驱动电路根据调节控制量提供正确的驱动波形，实现液晶玻璃镜片5的透光率调节；

微控制器判断检测到的当前光线强度是否对人眼有害，当检测到光线强度对人眼有害的时候，微控制器控制液晶玻璃亮度调节电路输出一定电压值，并调制出正确的驱动信号形式，使液晶玻璃镜片5变暗至设定值，以保护人眼。

液晶玻璃亮度调节电路包括正半波调节模块和负半波调节模块，正半波调节模块和负半波调节模块均与微控制器相连；微控制器控制液晶玻璃亮度调节电路输出一定电压值，并在正半波调节模块和负半波调节模块下作用下调制出正确的驱动信号形式，使液晶玻璃变暗至设定值。

控制按键2的控制方式包括单击、双击和长按；单击控制按键2时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片5透光率变小；双击控制按键2时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片5透光率变大；长按控制按键2时，护目眼镜进入待机状态。

眼镜主控部分3底部设置有充电接口6，眼镜主控部分3内部设置有电池供电模块，充电接口6通过微控制器与电池供电模块相连。

当光强检测模块检测到变化光强时，检测电路输出变化的电压信号，变化的信号经信号处理模块处理后送入微控制器进行信号采样，以判断检测到的光照是否对人眼有害，当检测到亮度对人眼有害的时候，微控制器控制液晶玻璃亮度调节模块输出一定电压值，并在正半波和负半波调节模块下作用下调制出正确的驱动信号形式，使液晶玻璃变暗至设定值，以保护人眼。当微控制器检测到按键为单击时，控制液晶玻璃亮度调节模块使液晶玻璃透光变小，当检测到按键为双击时，控制液晶玻璃亮度调节模块使液晶玻璃透光变大。当微控制器检测达到按键为长按时，则使整个控制***进入待机状态。

本发明的硬件结构主要由四部分组成，分别为光线检测电路，按键检测电路，液晶玻璃亮度调节电路，液晶玻璃驱动电路。

光线检测电路主要是检测外界光强的变化,根据光强的变化产生变换的电信号。按键检测电路主要是检测用户的输入信息，传送给微控制器，微控制器根据用户输入的控制信息产生对应的控制效果。液晶透光率调节电路主要是根据微控制器输出的给定量来调节液晶玻璃的明暗程度。液晶玻璃驱动电路主要是为液晶玻璃正常工作调制出正确的驱动信号源。

本发明实施例的主动式遮光护目眼镜结构的控制方法，该方法包括以下步骤：

S1、用户通过控制按键设置透过液晶玻璃镜片的光线强度，设置的液晶玻璃镜片的光线强度对应液晶玻璃镜片透光率的设定值；

S2、光线传感器接收窗实时检测透过液晶玻璃镜片的光线强度，光线传感器接收窗输出电压信号，经过光线检测电路后送入微控制器进行采样处理，微控制器将采样到的一组数据去掉最大值和最小值后求剩下电压信号的平均值，根据电压信号换算出实际的光线强度；

S3、当实际的光线强度发生突变，遇到突发的强光场景时；微控制器通过频率和脉宽跟踪算法程序，控制液晶玻璃亮度调节电路输出一定电压值，并在正半波调节模块和负半波调节模块下作用下调制出正确的驱动信号形式，使液晶玻璃镜片变暗至设定值，以保护人眼；

S4、当实际的光线强度恢复正常时，控制液晶玻璃镜片变亮，恢复至设定值。

步骤S1中控制按键的设置方法为：当微控制器的外部中断引脚上产生外部中断时，微控制器进入中断处理函数，使按键次数标记为单按，同时启动定时器定时3秒，处理完中断函数程序延时300ms，若延时过程中发生相同外部中断，则将按键次数标记为双按，中断函数完成后输出按键状态；单击控制按键时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片透光率变小；双击控制按键时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片透光率变大；若定时3S检测该引脚为高电平，则按键标记为长按，进入微控制器低功耗模式。

步骤S3中频率和脉宽跟踪算法程序的方法为：

当实际的光线强度发生突变，遇到突发的强光场景时，根据测得的光线脉冲频率得到激光脉冲的时间t、脉冲周期T，即当脉冲光线发生时输出液晶驱动信号，其输出时间为激光脉冲时间加上延时时间即t+Δt，输出周期为测得光线脉冲周期T，当脉冲光线发生时打开液晶玻璃驱动电路，当脉冲光线消失后关闭液晶玻璃驱动电路，以此跟踪脉冲强光的频率来同步开关液晶玻璃镜片。

本发明的控制程序算法部分由采样数据处理程序，频率和脉宽跟踪算法程序，按键检测程序，液晶玻璃透光率调节程序以及液晶玻璃驱动程序等部分来组成。

微控制器将采样到的一组数据去掉最大值和最小值后求剩下数据的平均值，以这种中间值滤波的方式去除干扰数据得到采集的稳定电压值，根据电压值换算出实际的光强。

当微控制器的引脚上产生外部中断时，微控制器进入中断处理函数，使按键次数标记为单按，同时启动对应定时器定时3秒，处理完中断函数后程序延时300ms，若延时过程中再次发生外部中断，则将按键次数标记为双按，中断函数完成后输出按键状态。若定时3S时检测到外部中断引脚为高电平，则按键标记为长按，进入单片机低功耗模式。

输入标记的按键次数，并判断按键次数为单按还是双按，当按键次数为单按时，则增大驱动电路的输出电压，减小液晶玻璃的透光率使镜片变暗，当为双按的时，则减小驱动电路的输出电压，增大液晶玻璃的透光率根据输出PWM占空比的变化量，从而调节输出电压的值，使镜片透光率产生不同的变化，从而能够在不同的光线强度下，根据个人对光的敏感状况使人眼处于一个舒适的光强环境中。

在激光焊接等脉冲性强光场合，根据测得的光线脉冲频率得到激光脉冲的时间t、脉冲周期T，即当脉冲光线发生时输出液晶驱动信号，其输出时间为激光脉冲时间加上适当延时时间即t+Δt，输出周期为测得光线脉冲周期T，当脉冲光线发生时打开液晶驱动器，当脉冲光线消失后关闭液晶驱动器，以此跟踪脉冲强光的频率来同步开关液晶玻璃。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种主动式遮光护目眼镜结构，其特征在于，该结构包括该结构包括眼镜框架(1)和液晶玻璃镜片(5)，液晶玻璃镜片(5)的透光率可调节；眼镜框架(1)的中间位置设置有眼镜主控部分(3)；眼镜主控部分(3)的顶部设置有控制按键(2)，正前方设置有光线传感器接收窗(4)；其中：

眼镜主控部分(3)包括微控制器、光线检测电路、按键检测电路、液晶玻璃亮度调节电路和液晶玻璃驱动电路；

光线传感器接收窗(4)通过光线检测电路与微控制器相连，用于检测液晶玻璃镜片(5)的光强变化；当检测到变化的光强时，光线传感器接收窗(4)输出变化的电压信号，经过光线检测电路后送入微控制器进行采样处理，得到当前的光线强度；

控制按键(2)通过按键检测电路与微控制器相连，用户通过控制按键(2)输入信息，按键检测电路将检测到的用户输入信息送入微控制器；

液晶玻璃镜片(5)通过液晶玻璃亮度调节电路、液晶玻璃驱动电路与微控制器相连；微控制器根据光强变化，改变输出信号的占空比，液晶玻璃亮度调节电路进而输出调节控制量，液晶玻璃驱动电路根据调节控制量提供正确的驱动波形，实现液晶玻璃镜片(5)的透光率调节；

微控制器判断检测到的当前光线强度是否对人眼有害，当检测到光线强度对人眼有害的时候，微控制器控制液晶玻璃亮度调节电路输出一定电压值，并调制出正确的驱动信号形式，使液晶玻璃镜片(5)变暗至设定值，以保护人眼。

2.根据权利要求1所述的主动式遮光护目眼镜结构，其特征在于，液晶玻璃亮度调节电路包括正半波调节模块和负半波调节模块，正半波调节模块和负半波调节模块均与微控制器相连；微控制器控制液晶玻璃亮度调节电路输出一定电压值，并在正半波调节模块和负半波调节模块下作用下调制出正确的驱动信号形式，使液晶玻璃变暗至设定值。

3.根据权利要求1所述的主动式遮光护目眼镜结构，其特征在于，控制按键(2)的控制方式包括单击、双击和长按；单击控制按键(2)时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片(5)透光率变小；双击控制按键(2)时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片(5)透光率变大；长按控制按键(2)时，护目眼镜进入待机状态。

4.根据权利要求1所述的主动式遮光护目眼镜结构，其特征在于，眼镜主控部分(3)底部设置有充电接口(6)，眼镜主控部分(3)内部设置有电池供电模块，充电接口(6)通过微控制器与电池供电模块相连。

5.一种主动式遮光护目眼镜结构的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、用户通过控制按键设置透过液晶玻璃镜片的光线强度，设置的液晶玻璃镜片的光线强度对应液晶玻璃镜片透光率的设定值；

S2、光线传感器接收窗实时检测透过液晶玻璃镜片的光线强度，光线传感器接收窗输出电压信号，经过光线检测电路后送入微控制器进行采样处理，微控制器将采样到的一组数据去掉最大值和最小值后求剩下电压信号的平均值，根据电压信号换算出实际的光线强度；

S3、当实际的光线强度发生突变，遇到突发的强光场景时；微控制器通过频率和脉宽跟踪算法程序，控制液晶玻璃亮度调节电路输出一定电压值，并在正半波调节模块和负半波调节模块下作用下调制出正确的驱动信号形式，使液晶玻璃镜片变暗至设定值，以保护人眼；

S4、当实际的光线强度恢复正常时，控制液晶玻璃镜片变亮，恢复至设定值。

6.根据权利要求1所述的主动式遮光护目眼镜结构的控制方法，其特征在于，步骤S1中控制按键的设置方法为：当微控制器的外部中断引脚上产生外部中断时，微控制器进入中断处理函数，使按键次数标记为单按，同时启动定时器定时3秒，处理完中断函数程序延时300ms，若延时过程中发生相同外部中断，则将按键次数标记为双按，中断函数完成后输出按键状态；单击控制按键时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片透光率变小；双击控制按键时，控制液晶玻璃亮度调节电路使液晶玻璃镜片透光率变大；若定时3S检测该引脚为高电平，则按键标记为长按，进入微控制器低功耗模式。

7.根据权利要求1所述的主动式遮光护目眼镜结构的控制方法，其特征在于，步骤S3中频率和脉宽跟踪算法程序的方法为：

当实际的光线强度发生突变，遇到突发的强光场景时，根据测得的光线脉冲频率得到激光脉冲的时间t、脉冲周期T，即当脉冲光线发生时输出液晶驱动信号，其输出时间为激光脉冲时间加上延时时间即t+Δt，输出周期为测得光线脉冲周期T，当脉冲光线发生时打开液晶玻璃驱动电路，当脉冲光线消失后关闭液晶玻璃驱动电路，以此跟踪脉冲强光的频率来同步开关液晶玻璃镜片。