一种学习用自发电补光眼镜及其制作方法与流程

1.本发明涉及特种眼镜设计生产领域，具体为一种学习用自发电补光眼镜及其制作方法。


背景技术：

2.小学生在下午放学回家后写作业时，经常会遇到黄昏时分天色逐渐变暗，自然光线减弱的情况发生，这时如果不及时开灯补光将会对小学生的眼睛加重调节疲劳，使学生低头靠近课本才能看清字体内容，时间长了容易对儿童视力造成渐进性下降，从而导致近视的发生，然而，由于儿童的自我保护意识还未在头脑中自觉充分建立，经常忘记及时开灯补光，等到家长发现孩子视力下降时往往是为时已晚，补救困难，所以，这种隐匿性的危害需要得到及时的克服解决。
3.如公开号为cn101354823a的中国专利公开一种预防眼睛近视的仪器及预防方法。其特点是：当学生读书、写字的距离小于30cm－35cm时，仪器上的人体感应器立即发出指令，要求自动弹簧器弹出钢丝，弹出的钢丝(顶端装有柔软饰品且力度很小，确保不伤及面部)在弹出时必定接触到学生面部，触面后，学生便知道用眼距离太近了，于是就更正坐姿，抬头，挺胸，调整眼与视物至适当距离。本发明不仅预防眼睛近视，解决佩戴眼镜的烦恼和痛苦，而且节省了佩戴近视眼镜及医治近视所做手术而产生的高额费用。
4.又如公开号为twm285339u的中国专利公开一种眼部晶体调节增幅装置，特别系指一种能增强及恢复眼睛水晶体远近调节能力之视力保健装置崭新设计者，其主要包括有一可手持之主体，该主体端面上设有检查所用的视力表，该主体上设置有距离感知器及显示单元，该距离感知器连结一中央处理单元，中央处理单元分别连结显示单元与数功能键，该功能键则包括有远近距离测定键、阅读定距键、计时开始键、计时停止清除键，使用者可藉设定阅读定距键，来维持舒适且适当的阅读距离以预防近视，设定适当的阅读时间，避免眼睛疲劳，及设定远近距离测定键，配合主体端面上的检查用视力表，来训练增强及恢复眼睛水晶体远近调节能力者。
5.综上所述，本发明实际要解决的技术问题在于：
6.遇到黄昏时分天色逐渐变暗，自然光线减弱的情况下，如果不及时开灯补光将会对小学生的眼睛加重调节疲劳，使学生低头靠近课本才能看清字体内容，时间长了容易对儿童视力造成渐进性下降，从而导致近视的发生；
7.然而，由于儿童的自我保护意识还未在头脑中自觉充分建立，经常忘记及时开灯补光，等到家长发现孩子视力下降时往往是为时已晚，补救困难，所以，这种隐匿性的危害需要得到及时的克服解决。


技术实现要素：

8.针对现有技术的不足，本发明提供了一种学习用自发电补光眼镜及其制作方法，以解决上述问题。
9.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现。
10.一种学习用自发电补光眼镜,由镜框、镜腿、镜片、高灵敏度温差发电片、薄膜型光伏发电片、翼型石墨烯散热膜片、镜腿外面板、功能电路板、光控电路、微处理器控制电路、电容泵充电电路、锂电池、led补光照明二极管、温控开关、电路导线组成，所述高灵敏度温差发电片、翼型石墨烯散热膜片依次叠加安装在镜腿中部内侧，所述薄膜型光伏发电片贴合安装在镜腿中部的镜腿外面板表面，所述功能电路板上面安装光控电路、微处理器控制电路、电容泵充电电路、led补光照明二极管和温控开关，安装在镜腿前部；所述锂电池并排安装在功能电路板的后面；所述镜框两侧与镜腿前端相连接。
11.进一步的，所述镜框采用tr90记忆塑料注塑制作，长140mm，宽35-50mm，厚3-4mm，镜框的镜圈内安装视力矫正镜片，镜框两侧与镜腿前端相连接。
12.进一步的，所述镜腿采用tr90记忆塑料注塑制作，长140mm，镜框前部上下宽度10-15mm，厚度6-8mm，尾部细长向下弯曲45度，镜腿前部内侧设凹槽，用于内置功能电路板与锂电池；镜腿中部内侧安装高灵敏度温差发电片，温差发电片后面贴附安装翼型石墨烯散热膜片，镜腿外表面贴附薄膜型光伏发电片，镜腿前端内设凹槽，凹槽内安装功能电路板。
13.进一步的，所述镜片是指使用玻璃镜片或树脂镜片经过磨切加工后制成不同规格形状的防蓝光视力矫正镜片。
14.进一步的，所述高灵敏度温差发电片是指使用tegi-01低温差发电型碲化鉍半导体温差发电片，规格长度30-40mm，宽度8-15mm，厚度3.0mm，为提高输出电压，左右镜腿两片串联使用，当人脑两侧太阳穴的发热温度为35℃与环境自然温度相差20℃以上时，能够输出约0.3-0.5v，0.05
‑‑
0.1w左右的持续弱电能量，产生的弱电流通过温差发电片正电极串接的直流隔离二极管d1后与功能电路板上面的电容泵充电电路输入端充电电容c相连接对充电电容c充电，当充电电容c电荷充满后微处理器控制电路启动打开充放电控制开关管g2给电容泵充电电路提供升压电能，进行间歇式脉冲振荡升压dc
‑‑
dc转换后输送到锂电池内进行电能量存储。
15.进一步的，所述薄膜型光伏发电片采用规格为长30-40mm，宽度8-15mm，厚度0.3mm，5段串连电压式单晶硅发电柔性薄膜光伏发电片，当室内到达光照度200lx时，发电量2.5v0.3
‑‑
0.5ma，光照度达到2000lx时，发电电压5v，电流5-10ma，为避免串扰，光伏发电片输出端正极串接直流隔离二极管d2后与温差发电片输出电流端共同在电容泵充电电路输入端连接后给充电电容c充电，当充电电容c电荷充满后微处理器控制电路启动打开充放电控制开关管g2给电容泵充电电路提供升压电能。
16.进一步的，所述翼型石墨烯散热膜片采用注压成型工艺制作，整体尺寸与高灵敏度温差发电片尺寸相同，规格尺寸长30-40mm，宽度8-15mm，厚3mm，翼片来回弯曲折叠，形成数条散热通道，翼片间隔2-3mm，高度3mm，翼片厚度0.5mm，翼型石墨烯散热膜片贴合在高灵敏度温差发电片后面散热使用。
17.进一步的，所述镜腿外面板是指在镜腿外表面的中间位置注塑时形成一个长方形状的平面浅凹槽，凹槽长30-40mm，宽度8-15mm，深1mm，长宽尺寸与薄膜型光伏发电片相同，用于粘贴安装薄膜型光伏发电片。
18.进一步的，所述功能电路板是在在裁切好所需尺寸的环氧树脂层压纤维敷铜板上面，采用pcb工艺经涂胶、照相、爆光、蚀刻、清洗等工艺制作出功能电路板，在功能电路板上
面焊接安装光控电路、微处理器控制电路、电容泵充电电路、锂电池、led补光照明二极管和控制开关，制成具有所需电路功能的功能电路板。
19.进一步的，所述光控电路采用光敏二极管作为环境光线强度感应探头，安装在镜腿前端的功能电路板上面，光敏二极管引出线连接功能电路板微处理器控制电路输入端，光敏二极管前端靠近镜腿外侧的感光孔，用于感应环境光照强度，为微处理器开关照明光源提供控制信息。
20.进一步的，所述微处理器控制电路采用stc15w104-35i-sop8或不同型号的8位单片机微控制器集成ic芯片电路，其输入端分为两路，一路通过与非门芯片电路cd4011与光控电路和温控开关电路输出端相连接，微处理器控制电路输出端与照明电子开关管g1控制端相连接，照明电子开关管g1输出端与led补光照明二极管正极电源电路相串接，当天色昏暗，环境光照度低于100lx时，光控电路内阻极剧升高，达到一定电压阀值的同时如果温控开关电路此时探测到是佩戴状态，cd4011输出反转，输出1状态，微处理器控制电路启动发出指令，输出高电平正向导通电压提供给照明电子开关管g1接通照明电流通路，led补光照明二极管发光照明，满足学习局部环境的光照强度；微处理器控制电路另一输入端与电容泵充电电路输入端的充放电控制开关管g2相连接，当输入端充电电容c积累的电荷量达到一定的电压时，微处理器控制电路启动，控制充放电控制开关管g2导通，把电容内存储的电荷释放到电容泵充电电路输入端进行升压后输出。
21.进一步的，所述电容泵充电电路采用美国德州仪器公司出产的超级静态微电流dc-dc微电压启动专用电荷泵充电集成电路芯片tps61099yffr系列中的pmic贴片芯片电路，该电路在输入端连接微处理器控制电路的充放电控制开关管g2输出端，充放电控制开关管g2输入端与充电电容和高灵敏度温差发电片、薄膜型光伏发电片d1d2直流隔离二极管输出端相连接给充电电容c充电，当充电电容c陆续充满电荷后，微处理器控制电路启动，控制充放电控制开关管g2导通，把电容内存储的电荷释放到电容泵充电电路输入端进行升压后输出；电容泵充电电路启动后，产生1mc高频次瞬间振荡，对输入端送来的电荷进行快速振荡升压，通过电容的充放电电荷泵的搬移作用把电荷升压传输送到输出侧的锂电池上面进行瞬间脉冲充电，完成一个周期的电荷搬移过程后振荡停止；此时，高灵敏度温差发电片或薄膜型光伏发电片继续给电容泵充电电路的输入端充电电容c充电，电荷充满后，微处理器控制电路再次启动电容泵充电电路振荡进行电荷搬移过程，如此往复循环不断完成电荷的升压搬移输送给输出端通过电路控制作用瞬间向锂电池放电，完成n次给锂电池的间歇式充电，直至锂电池充满电量为止。
22.进一步的，所述锂电池采用容量3.7v40-100ma/h小时的扁长方型聚合物锂离子电池，尺寸长10-15mm，宽8-12mm，厚3-6mm，安装在镜腿前端的凹槽内，并列粘附在功能电路板的背面，其正负极电源引线与功能电路板上面电容泵升压电路的输出端相连接。
23.进一步的，所述led补光照明二极管采用聚焦型白光led发光二极管，工作电压2.2-2.8v，工作电流20-40ma，功率50-100mw，发散角度60度，按照下倾角度5-10度安装在镜框的两侧或中间位置，提高前方30-40cm直视距离内的学习环境光照亮度，led补光照明二极管的电极引线与微处理器控制电路输出端的照明电子开关管g1相连接。
24.进一步的，所述温控开关采用贴片形热敏电阻，安装在功能电路板上面镜腿内侧，其作用是智能测控人体头部皮肤表面温度，确认学习者是否真正佩戴了眼镜，温控开关连
接与非门芯片电路cd4011的输入端，与光控电路一起形成对开灯照明条件的智能探测与判定，cd4011输出端连接微处理器控制电路输入端，当佩戴眼镜后，温控开关与人体皮肤贴合，感应人体头部皮肤表面体温35-37度并是否恒定，确认无误后，微处理器控制电路准备下达指令，等待光控电路的开机信息重叠吻合后打开照明电子开关管g1，接通led补光照明二极管电源，实现环境补光。
25.进一步的，所述电路导线采用柔性电路板线条，线条总宽度3mm，厚0.1-0.2mm,分为2条，一条表面设计了4条走线，走线一端连接左右镜腿内的高灵敏度温差发电片和薄膜型光伏发电片的正负电极，另一端把发出的电流分别引入功能电路板的电容泵充电电路的输入端；另外一条柔性电路板线条表面设计了2条走线，一端连接功能电路板的输出端，另一端把照明电流引至安装在镜框中央的led补光照明二极管供照明使用。
26.另外本发明还提供一种学习用自发电补光眼镜的制作方法，如下：
27.进一步的，注塑制作镜框、镜腿、镜腿外面板：在注塑机上面安装固定好专用模具，倒入烘干的或tr90塑料原料颗粒，按操作规程要求注塑加工出镜框、镜腿和镜腿外面板。
28.进一步的，制作功能电路板：在裁切好所需尺寸的环氧树脂层压纤维敷铜板上面，采用pcb工艺经涂胶、照相、爆光、蚀刻、清洗等工艺制作出功能电路板，在功能电路板上面焊接安装光控电路、微处理器控制电路、电容泵充电电路、锂电池、led补光照明二极管和温控开关，制成具有所需电路功能的功能电路板。
29.进一步的，镜腿上安装高灵敏度温差发电片和翼型石墨烯散热膜片：把翼型石墨烯散热膜片内表面涂抹一层0.1mm厚的导热硅脂，在其内表面组合贴附上高灵敏度温差发电片，然后装入镜腿内侧的凹槽中滴胶固定，完成其在镜腿内的装配工作。
30.进一步的，镜腿外面板上面安装薄膜型光伏发电片：先在镜腿外面板表面的浅凹槽里面粘贴3m双面胶层，然后把薄膜型光伏发电片的背面粘贴在3m胶层上面压紧牢固后再把输出电极引线穿入镜腿前端放置功能电路板的凹槽内，焊接在对应的接线焊盘上面。
31.进一步的，整体组装：在左右镜腿前端内侧凹槽内安装功能电路板，用电路导线把高灵敏度温差发电片、薄膜型光伏发电片、锂电池、led补光照明二极管各个电路器件相连接，用连接固定螺丝把镜框和镜腿相连接完成组装工作。
32.相比于现有技术而言，本发明公开了一种学习用自发电补光眼镜，由镜框、镜腿、镜片、高灵敏度温差发电片、薄膜型光伏发电片、翼型石墨烯散热膜片、镜腿外面板、功能电路板、光控电路、微处理器控制电路、电容泵充电电路、锂电池、led补光照明二极管、温控开关、电路导线组成，眼镜在左右镜腿内侧安装了高灵敏度温差发电芯片和光伏发电器件，利用人体表面发出的热量与周围环境的温度差别和自然光照实现自发电功能，发出的微弱电量通过电容泵充电电路升压后不断储存到眼镜内置的锂电池里面待用，待天色昏暗时，通过启动光控智能开关电路提供给眼镜上面的led发光器件实现对眼前学习环境的补光照明，克服了遇到黄昏时分天色逐渐变暗，自然光线减弱的情况下，如果不及时开灯补光将会对小学生的眼睛加重调节疲劳，使学生低头靠近课本才能看清字体内容，时间长了容易对儿童视力造成渐进性下降，从而导致近视的问题；及时消除这种隐匿性的危害发生，基于本眼镜还提供一种制作方法。
附图说明
33.图1为本发明学习用自发电补光眼镜的结构示意图；
34.图2为本发明学习用自发电补光眼镜工作电原理方框接线示意图；
35.图3为本发明学习用自发电补光眼镜制作方法的制作流程图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
37.一种学习用自发电补光眼镜，由镜框1、镜腿2、镜片3、高灵敏度温差发电片4、薄膜型光伏发电片5、翼型石墨烯散热膜片6、镜腿外面板7、功能电路板8、光控电路9、微处理器控制电路10、电容泵充电电路11、锂电池12、led补光照明二极管13、温控开关14和电路导线15所组成，所述高灵敏度温差发电片4、翼型石墨烯散热膜片6依次叠加安装在镜腿2中部内侧，所述薄膜型光伏发电片5贴合安装在镜腿2中部的镜腿外面板7表面，所述功能电路板8上面安装光控电路9、微处理器控制电路10、电容泵充电电路11、led补光照明二极管12和温控开关14，安装在镜腿2前部；所述锂电池12并排安装在功能电路板8的后面；所述镜框1两侧与镜腿2前端相连接。所述镜框1采用tr90记忆塑料注塑制作，长140mm，宽35-50mm，厚3-4mm，所述镜框1的镜圈内安装视力矫正镜片3，镜框1两侧与镜腿2前端相连接，所述镜腿2采用tr90记忆塑料注塑制作，长140mm，镜腿2前部上下宽度10-15mm，厚度6-8mm，尾部细长向下弯曲45度，镜腿2前部内侧设凹槽，用于内置功能电路板8与锂电池12；镜腿2中部内侧安装高灵敏度温差发电片4，温差发电片后面贴附安装翼型石墨烯散热膜片6，镜腿2外表面贴附薄膜型光伏发电片5，镜腿2前端内设凹槽，凹槽内安装功能电路板8。所述高灵敏度温差发电片4是指使用tegi-01低温差发电型碲化鉍半导体温差发电片，规格长度30-40mm，宽度8-15mm，厚度3.0mm，为提高输出电压，左右镜腿2两片串联使用，当人脑两侧太阳穴的发热温度为35℃与环境自然温度相差20℃以上时，能够输出0.3-0.5v，0.05
‑‑
0.1w的持续弱电能量；所述薄膜型光伏发电片5采用规格为长30-40mm，宽度8-15mm，厚度0.3mm，5段串连电压式单晶硅发电柔性薄膜光伏发电片，当室内到达光照度200lx时，发电量2.5v0.3
‑‑
0.5ma，光照度达到2000lx时，发电电压5v，电流5-10ma。所述翼型石墨烯散热膜片6采用注压成型工艺制作，整体尺寸与高灵敏度温差发电片尺寸4相同，规格尺寸长30-40mm，宽度8-15mm，厚3mm，翼片来回弯曲折叠，形成数条散热通道，翼片间隔2-3mm，高度3mm，翼片厚度0.5mm，翼型石墨烯散热膜片6贴合在高灵敏度温差发电片4后面散热使用。所述功能电路板8是在在裁切好所需尺寸的环氧树脂层压纤维敷铜板上面，采用pcb工艺经涂胶、照相、爆光、蚀刻、清洗工艺制作出功能电路板，在功能电路板8上面焊接安装光控电路9、微处理器控制电路10、电容泵充电电路11、锂电池12、led补光照明二极管13和温控开关14，制成具有所需电路功能的功能电路板8。所述微处理器控制电路10采用stc15w104-35i-sop8或不同型号的8位单片机微控制器集成ic芯片电路，其输入端分为两路，一路通过与非门芯片电路cd4011与光控电路9和温控开关14电路输出端相连接，微处理器控制电路10输出端与照明电子开关管g1控制端相连接，照明电子开关管g1输出端与led补光照明二极管13正极电源电路相串接。所述电容泵充电电路11采用超级静态微电流dc-dc微电压启动专用电荷泵充电集成电路芯片电路，该电路在输入端连接微处理器控制电路10的充放电控制开关管g2输
出端，充放电控制开关管g2输入端充电电容c和高灵敏度温差发电片4、薄膜型光伏发电片5相连接，当充电电容c陆续充满电荷后，微处理器控制电路10启动，控制充放电控制开关管g2导通，把电容内存储的电荷释放到电容泵充电电路11输入端进行升压后输出；电容泵充电电路11启动后，产生1mc高频次瞬间振荡，对输入端送来的电荷进行快速振荡升压，通过电容的充放电电荷搬移作用泵送到输出侧的锂电池12上面进行充电。所述led补光照明二极管13采用聚焦型白光led发光二极管，工作电压2.2-2.8v，工作电流20-40ma，功率50-100mw，发散角度60度，按照下倾角度5-10度安装在镜框的中间，提高前方30-40cm直视距离内的学习环境光照亮度，led补光照明二极管13的电极引线与微处理器控制电路10输出端的照明电子开关管g1相连接。所述温控开关14采用贴片形热敏电阻，安装在功能电路板8上面镜腿2内侧，智能测控人体头部皮肤表面温度，确认学习者是否佩戴眼镜，温控开关14连接与非门芯片电路cd4011的输入端，与光控电路9一起形成对开灯照明条件的智能探测与判定，cd4011输出端连接微处理器控制电路10输入端。
38.制作方法：
39.注塑制作镜框1、镜腿2、镜腿外面板7：在注塑机上面安装固定好专用模具，倒入烘干的或tr90塑料原料颗粒，按操作规程要求注塑加工出镜框1、镜腿2和镜腿外面板7。
40.制作功能电路板8：在裁切好所需尺寸的环氧树脂层压纤维敷铜板上面，采用pcb工艺经涂胶、照相、爆光、蚀刻、清洗等工艺制作出功能电路板8，在功能电路板8上面焊接安装光控电路9、微处理器控制电路10、电容泵充电电路11、锂电池12、led补光照明二极管13和温控开关14，制成具有所需电路功能的功能电路板8。
41.镜腿2上安装高灵敏度温差发电片4和翼型石墨烯散热膜片6：把翼型石墨烯散热膜片6内表面涂抹一层0.1mm厚的导热硅脂，在其内表面组合贴附上高灵敏度温差发电片4，然后装入镜腿2内侧的凹槽中滴胶固定，完成其在镜腿2内的装配工作。
42.镜腿外面板7上面安装薄膜型光伏发电片5：先在镜腿外面板7表面的浅凹槽里面粘贴3m双面胶层，然后把薄膜型光伏发电片5的背面粘贴在3m胶层上面压紧牢固后再把输出电极引线穿入镜腿2前端放置功能电路板8的凹槽内，焊接在对应的接线焊盘上面。
43.整体组装：在左右镜腿2前端内侧凹槽内安装功能电路板8，用电路导线15把高灵敏度温差发电片4、薄膜型光伏发电片5、锂电池12、led补光照明二极管13各个电路器件相连接，用连接固定螺丝把镜框1和镜腿2相连接完成组装工作
44.参照图1图2，本发明产品一种学习用自发电补光眼镜，其使用方法与工作电原理过程叙述如下：
45.一、自发电充电工作过程：
46.本发明眼镜的佩戴方法与常规眼镜基本相同，眼镜佩戴后，安装在镜腿内侧的高灵敏度温差发电片4和温控开关14与人体头部两侧太阳穴部分的皮肤相贴附，高灵敏度温差发电片4开始温差发电，同时，贴附在镜腿外面板7的薄膜型光伏发电片5在环境光照条件下也同时发电，发出的电流给充电电容c充电，当充电电容c电荷充满后微处理器控制电路10启动打开充放电控制开关管g2给电容泵充电电路11提供升压电能，把电容内存储的电荷释放到电容泵充电电路11输入端进行升压后输出；电容泵充电电路11启动后，产生1mc高频次瞬间振荡，对输入端送来的电荷进行快速振荡升压，通过电容的充放电电荷搬移作用泵送到输出侧的锂电池12上面进行充电完成一个周期的电荷搬移过程后振荡停止；此时，高
灵敏度温差发电片4或薄膜型光伏发电片5继续给电容泵充电电路11的输入端充电电容c充电，电荷充满后，微处理器控制电路10再次启动电容泵充电电路11振荡进行电荷搬移过程，如此往复循环不断完成电荷的升压搬移输送给输出端锂电池，完成n次给锂电池12的间歇式充电，直至锂电池12充满电量为止。
47.二、补光照明使用：
48.当天色昏暗，环境光照度低于100lx时，光控电路9内阻极剧升高，达到一定电压阀值的同时如果温控开关14此时探测到是佩戴状态，cd4011输出反转，输出1状态，微处理器控制电路10启动发出指令，输出高电平正向导通电压提供给照明电子开关管g1接通照明电流通路，led补光照明二极管13发光照明，满足学习局部环境的光照强度；当佩戴学习者摘掉眼镜休息或周围光照强度大于100lx时，均不符合发光照明补光条件，cd4011输出反转，返回0输出状态，微处理器控制电路10启动发出指令，输出低电平，照明电子开关管g1截止，关闭照明电流通路，led补光照明二极管13熄灭，等待下一次启动条件的到来，此时，微处理器控制电路10正常进行弱电流充电的控制工作，直至锂电池12充满电量后进入休眠工作状态模式，节省电能。
49.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
50.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
51.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。