测光文具盒的制作

作者：张晓东 青少年看书写字时，如果不注意环境光线的强弱，长期在光线太暗的环境下学习，就会加重用眼负担，日久容易患上近视眼病。 　　这里介绍一种实用有趣的测光文具盒，它融普通文具盒与学生阅读书写环境照度监视器(实为测光显示器)为一体，可有效指导学生在合适的光线下学习，以保护视力。 　　一、工作原理     测光文具盒的电路如右图所示，它实际上是一个光线强弱检测显示器。 光敏电阻器R1与微调电位器RP组成光一电转换器，并与作为晶体三极管VT2偏置电阻器的R1、R2构成了测光电桥。晶体三极管VT1、VT2构成简易差分放大器，R3既是发光二极管VD1、VD2的限流电阻器，同时也是差分放大电路的负反馈共模抑制电阻器。      　　当环境照度发生变化时，晶体三极管VTI的偏置电位会随着光敏电阻器R1阻值的改变而升降，而由电阻器R1、R2提供给VT2的偏置电位则是固定不变的。当环境照度较强时，R1呈低阻值，此时VT1获得较高的偏置电位，使得VTI导通、VT2截止或趋向截止，于是发光二极管VP1发出绿光、VD2不发光或发出红光(仅在接近不允许阅读的最低照度时才发光)，表示环境光线明亮，适合看书写字。当环境照度较弱时，R1呈较高阻值，VT1的偏置电位低于VT2的固定比较电位，使得VT1截止而VT2导通，于是VD1熄灭、VD2发出红光，表示环境光线太暗，应及时开灯或停止阅读书写。 　　电路中，由光敏电阻器R1、微调电位器RP、电阻器R1和R2构成的测光电桥，具有测光灵敏、准确等特点。 　　而由晶体三极管VT1、VT2所构成的简易差分放大器，具有工作状态不受电源电压变化、环境温度变化等的影响，所以尽管电路简单，但工作稳定可靠，完全能够满足测光显示的要求。 　　二、元器件选择     晶体管VT1、VT2均用9014型(集电极最大允许电流ICM=0.1A，集电极最大允许功耗PCM=310mW)硅NPN小功率三极管。要求两管尽量配对、电流放大系数β>200。VD1、VD2分别采用φ3mm的高亮度绿色和红色发光二极管。 　　R1选用MG44-03型塑料树脂封装光敏电阻器，也可用其他亮阻(在1001x(勒克斯)的光照度下测试)为5kΩ左右的普通光敏电阻器来代替。           　　RP用普通WH7-B或WH124-2型微调电位器。R1～R3均用RTX-1／8W型碳膜电阻器。 　　SB用新颖KJ-123型转换式轻触开关，它既可当作一般的普通轻触开关来使用，也可作为常闭型轻触开关或转换型轻触开关灵活运用，用途十分广泛。KJ-123的外形尺寸为12mm×12mm×4mm，其外形和引脚分布如左图所示，它的脚距等均按标准设计生产，手感与普通轻触开关一样，触点最大负荷为直流0.25A×28V，完全能够满足一般使用要求。本制作中KJ-123被接成常闭型轻触开关来使用。 　　G用两粒计算器常用的SR44型(φ11.6mm×5.4mm)或AG13、G13-A型扣式微型氧化银电池串联而成，电压3V。 三、制作与使用     图3所示为该测光文具盒的印制电路板接线图，印制电路板实际尺寸约为50mm×30mm。印制电路板上事先应开一1LMm×1LMm见方的小孔，用于固放电池G。电池G的电极夹按照图4所示，正极直接用轻触开关SB的引脚(图2中的第3脚)，负极用一尺寸为7mm×7mm的薄磷铜片弯折成“1”形状，并直接焊在电路板上所开方形孔沿的敷铜板上即成。        　　整个测光显示器安装在尺寸约为53mm×33mm×15mm的绝缘材料小盒内(可用薄塑料板、有机玻璃板粘制)。盒面板为电源开关SB开出按键帽伸出孔，为光敏电阻器R1开出感光窗口，为发光二极管VD1、VD2开出伸出孔，为微调电位器RP开出调节孔。为了方便使用，在面板上绿色发光二极管VD1的旁边标注上“正常”文字，表示该发光二极管点亮时，环境照度符合阅读书写的要求。在红色发光二极管VD2的旁边标注上“开灯”文字，表示该发光二极管点亮时环境照度太暗，打开电灯后才可以阅读书写。 　　检查电路焊接无误、安装正确后，便可进行调试。 　　根据国家教委和卫生部的有关规定，学生阅读书写时桌面光线照度应不低于1001x。电路调试时，可借助标准照度计对照调整，把标准照度计和测光显示器小盒同时置于桌面上，调节灯具的电源电压(指调光台灯)或改变灯具距桌面的距离，当标准照度计上指示值为1001x时，用小螺丝刀伸进电路盒上的调节孔，缓慢调节微调电位器RP阻值，使绿色发光二极管VD1处于临界不发光状态即可。调好的RP应用快干漆封固，以防日后阻值发生变动。      　　如果调试时手头没有标准照度计，可用220V、15W白炽灯泡作光源，在灯泡正下方0.3m处(照度约为1001x)放置测光显示器小盒，按上述方法调试即行。注意，调试时220V市电电压应准确，周围环境不许有其他光源干扰，否则1001x照度误差会很大。 　　调试好的测光显示器小盒，参照图5所示用双面强力胶带纸直接粘固在普通文具盒内。要求轻触开关SB能够随着文具盒盖的开关而自动通断，即文具盒关闭时，盒盖顶压住SB的按键帽，使得SB内部两常闭触点自动断开电路电源。打开文具盒时，SB又能失去盒盖的顶压而自动接通电路电源。 　　由于轻触开关SB的按键低矮，多数情况下文具盒盖根本无法直接顶压住按键，所以必须根据具体安装情况用强力胶在按键上面粘固一定高度的塑料圆杆。 　　这种带测光显示器的文具盒，对使用者无任何附加条件。每次打开文具盒取放东西时，电路自动通电测光，关闭盒盖后又自动切断电源。测光显示器工作时实测总电流值仅5mA，每换一次新电池，一般可使用一个学期。