半导体激光近视防控仪的制作方法

本发明涉及激光器技术领域，具体地说，涉及半导体激光近视防控仪。

背景技术：

半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管(ld)，激励方式主要有电注入式、光泵式和高能电子束激励式三种。半导体激光器工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带之间，或者半导体物质的能带与杂质能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。

半导体激光器的体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用遍布临床、加工制造、通讯和军事领域，也可应用在医用领域，如通过半导体激光器刺激眼周穴位来达到防控近视的效果。半导体激光器输出光功率和波长极易受工作温度和驱动电流影响，因近视防控仪器一般在室内使用，且每次使用的之间较短，因而激光器的温度变化较小，对其输出光功率影响很小，不需额外进行温度控制。但是，输出光功率是近视防控应用中的一个重要指标，但是，目前常用的半导体激光器的功率调节方式存在调节反应慢、功率不稳定的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了半导体激光近视防控仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了半导体激光近视防控仪，包括外壳，所述外壳包括下壳体和上壳体，所述下壳体的背面中间设有按键面板，所述按键面板的上方并排设有若干led指示灯，所述下壳体的内侧设有单片机，所述单片机的下方设有电源管理器，所述上壳体的正面侧壁内对称设有两组激光管组，所述激光管组由若干激光管组成，所述上壳体内侧设有恒流集成芯片。

作为本技术方案的进一步改进，所述按键面板卡接固定所述下壳体的侧壁内，所述按键面板通过导线与所述单片机电性连接，所述led指示灯卡接固定在所述下壳体的侧壁内，所述led指示灯通过导线与所述单片机电性连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述电源管理器的一侧并排设有usb插口和电源插口，所述电源管理器通过导线与所述单片机电性连接。

作为本技术方案的进一步改进，每组所述激光管组的若干激光管按类椭圆形状分布，所述激光管卡接固定在所述上壳体的侧壁内，所述激光管通过导线与所述恒流集成芯片电性连接，所述恒流集成芯片通过导线与所述单片机电性连接。

本发明的目的之二在于，提供了近视防控仪控制系统，该系统装载在上述半导体激光近视防控仪的单片机上，包括

统一集控单元、脉宽调制单元、恒流驱动单元和应用功能单元；所述统一集控单元、所述脉宽调制单元、所述恒流驱动单元与所述应用功能单元依次通过数字信号连接；所述统一集控单元用于通过主控芯片对防控仪的运作过程进行统一的集中管理和功能分配；所述脉宽调制单元用于通过装载在主控芯片上的pwm方法改变电源脉冲宽度；所述恒流驱动单元用于通过改变与pwm信号输入占空比成比例的内部基准电压来改变驱动电流大小从而实现改变激光功率大小的过程；所述应用功能单元用于分别管理仪器可输出的各种功能应用的过程；

所述恒流驱动单元包括信号接收模块、电流调节模块、芯片关断模块和自动锁存模块；

所述应用功能单元包括激光防控模块、亮灯显示模块、按键控制模块和电源管理模块。

作为本技术方案的进一步改进，所述信号接收模块的信号输出端与所述电流调节模块的信号输入端连接，所述芯片关断模块与所述自动锁存模块并列运行；所述信号接收模块用于接收并解析主控芯片发出的pwm信号；所述电流调节模块用于通过改变pwm占空比来改变基准电压，从而改变引脚输出电压，进而实现改变电流大小；所述芯片关断模块用于在电路过热时自动实现芯片关断；所述自动锁存模块用于在芯片自我关断时自动将芯片的运行状态数据锁存住。

作为本技术方案的进一步改进，所述电流调节模块的计算表达式为：

其中，il为激光器驱动电流，vfb为基准参考电压，d为pwm波的占空比，r为采样电阻。

作为本技术方案的进一步改进，所述激光防控模块、所述亮灯显示模块、所述按键控制模块与所述电源管理模块依次通过数字信号连接并独立运行；所述激光防控模块用于驱动激光器运行实现对人眼周围穴位进行激光刺激以达到近视防控的效果；所述亮灯显示模块用于通过若干指示灯分别显示仪器的不同运行状态；所述按键控制模块用于通过按键实现仪器不同运行状态之间的切换过程；所述电源管理模块用于给仪器提供不同的电能供给方式。

作为本技术方案的进一步改进，所述按键控制模块包括电源通断模块、功率档位模块和定时选择模块；所述电源通断模块的信号输出端与所述功率档位模块的信号输入端连接，所述功率档位模块的信号输出端与所述定时选择模块的信号输出端连接；所述电源通断模块用于控制仪器的电路通断过程；所述功率档位模块管理按不同输出功率分类的档位模式并控制不同档位之间的平滑切换；所述定时选择模块用于管理时长的定时模式并控制激光器运行持续的时长。

作为本技术方案的进一步改进，所述电源管理模块包括交流逆变模块、直流供电模块和充电储能模块；所述交流逆变模块、所述直流供电模块与充电储能模块并列运行；所述交流逆变模块用于通过交流逆变器将交流电逆变为直流电使该仪器可以直接使用市电；所述直流供电模块用于直接通过外接的普通直流电源给仪器提供电能；所述充电储能模块用于通过蓄电器储存电能并在无外界电源时给仪器提供电能。

本发明的目的之三在于，提供了近视防控仪控制系统的控制装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述任一的半导体激光近视防控仪。

本发明的目的之四在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一的半导体激光近视防控仪。

与现有技术相比，本发明的有益效果：该半导体激光近视防控仪整体结构简单小巧、操作简便、携带方便，维管成本低，通过采用单片机进行集中的计算及管控，并通过恒流集成芯片同时驱动多个半导体激光器，可以避免人工搭建驱动电路的复杂性和不稳定性，同时通过采用脉宽调制的方法调节驱动电流，使驱动电流保持高度的稳定性，进而可以有效提高激光器功率的稳定性，且功率调节过程反应快速，另外通过设置可使用多种供能方式的电源管理器，提高了设备的便捷性，可以随时随地使用。

附图说明

图1为本发明中装置的外部正面整体结构示意图；

图2为本发明中装置的外部背面整体结构示意图；

图3为本发明中装置的背面局部半剖结构示意图；

图4为本发明的示例性电路结构框图；

图5为本发明中系统的整体装置结构图；

图6为本发明中系统的局部装置结构图之一；

图7为本发明中系统的局部装置结构图之二；

图8为本发明中系统的局部装置结构图之三；

图9为本发明中系统的局部装置结构图之四；

图10为本发明中系统的局部装置结构图之五。

图中各个标号意义为：

1、外壳；11、下壳体；12、上壳体；

2、按键面板；

3、led指示灯；

4、单片机；

5、电源管理器；51、usb插口；52、电源插口；

6、激光管组；61、激光管；

7、恒流集成芯片；

100、统一集控单元；

200、脉宽调制单元；

300、恒流驱动单元；301、信号接收模块；302、电流调节模块；303、芯片关断模块；304、自动锁存模块；

400、应用功能单元；401、激光防控模块；402、亮灯显示模块；403、按键控制模块；4031、电源通断模块；4032、功率档位模块；4033、定时选择模块；404、电源管理模块；4041、交流逆变模块；4042、直流供电模块；4043、充电储能模块。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

装置实施例

如图1-图3所示，本实施例提供了半导体激光近视防控仪，包括外壳1，外壳1包括下壳体11和上壳体12，下壳体11的背面中间设有按键面板2，按键面板2的上方并排设有若干led指示灯3，下壳体11的内侧设有单片机4，单片机4的下方设有电源管理器5，上壳体12的正面侧壁内对称设有两组激光管组6，激光管组6由若干激光管61组成，上壳体12内侧设有恒流集成芯片7。

本实施例中，上壳体12通过螺钉固定在下壳体11上，上壳体12与下壳体11内部连通，便于布线。

本实施例中，按键面板2卡接固定下壳体11的侧壁内，使按键面板2结实稳固、不易松脱。

具体地，按键面板2通过导线与单片机4电性连接，通过按键面板2上的按键可以控制单片机4的运行过程。

其中，按键面板2上应包括至少一个电源按键，档位选择按键可以与电源按键共用，长按电源按键2s后，仪器开机，并默认为上一次功率档位，再次点按电源按键可以切换档位。

进一步地，led指示灯3卡接固定在下壳体11的侧壁内，使led指示灯3结实稳固，且灯光可以清晰可见。

具体地，led指示灯3通过导线与单片机4电性连接，led指示灯3只有在其对应档位或模式的电路闭合连通时才亮起。

其中，led指示灯3的数量优选为六个，其中三个为档位模式指示灯，另外三个为定时模式指示灯。

具体地，档位可以分为高、中、低三档，每档的激光器发射功率不同；定时模式可以分为10min、20min、30min三种。

本实施例中，电源管理器5的一侧并排设有usb插口51和电源插口52。

其中，下壳体11的侧壁上与usb插口51和电源插口52位置对应处还应设有形状相适配的槽口，便于连接电源插头。

具体地，电源管理器5通过导线与单片机4电性连接，通过电源管理器5给整个仪器提供电能。

其中，值得说明的是，电源管理器5内还应配置有交流逆变器和蓄电池，交流逆变器用于将交流电逆变为直流电，使该仪器可以直接连接市电使用，蓄电池用于存储电能并在无外接电源是给仪器提供电能。

本实施例中，每组激光管组6的若干激光管61按类椭圆形状分布，激光管61卡接固定在上壳体12的侧壁内，使激光管61安装结实稳固。

具体地，每组激光管组6的若干激光管61的分布位置对应人眼周围的若干穴位，每组激光管组6的激光管61数量优选为九个。

其中，激光管6优选采用φ6mm的半导体激光器。

进一步地，激光管61通过导线与恒流集成芯片7电性连接，恒流集成芯片7通过导线与单片机4电性连接，通过恒流集成芯片7把供电电源改成脉冲恒流源，再通过改变电源脉冲宽度的方法，就可以改变激光器的输出功率。

其中，采用恒流集成芯片7同时驱动十八只激光管61，可以避免人工搭建驱动电路的复杂性和不稳定性。

此外，值得说明的是，本实施例中所涉及的按键面板2、led指示灯3、单片机4、电源管理器5、激光管组6及恒流集成芯片7的结构及工作原理均如同本领域技术人员所公知的那样，各电子元件之间的连接方式及电路连接也均为现有技术，在此不做赘述。

系统实施例

如图4-图10所示，本实施例提供了近视防控仪控制系统，该系统装载在上述半导体激光近视防控仪的单片机4上，包括

统一集控单元100、脉宽调制单元200、恒流驱动单元300和应用功能单元400；统一集控单元100、脉宽调制单元200、恒流驱动单元300与应用功能单元400依次通过数字信号连接；统一集控单元100用于通过主控芯片对防控仪的运作过程进行统一的集中管理和功能分配；脉宽调制单元200用于通过装载在主控芯片上的pwm方法改变电源脉冲宽度；恒流驱动单元300用于通过改变与pwm信号输入占空比成比例的内部基准电压来改变驱动电流大小从而实现改变激光功率大小的过程；应用功能单元400用于分别管理仪器可输出的各种功能应用的过程；

恒流驱动单元300包括信号接收模块301、电流调节模块302、芯片关断模块303和自动锁存模块304；

应用功能单元400包括激光防控模块401、亮灯显示模块402、按键控制模块403和电源管理模块404。

其中，通过pwm方法调制脉宽具有极高的精确度，其可以和数字控制技术相结合来进行控制，并能够通过软件的方式比较容易实现，使用范围广阔。

本实施例中，信号接收模块301的信号输出端与电流调节模块302的信号输入端连接，芯片关断模块303与自动锁存模块304并列运行；信号接收模块301用于接收并解析主控芯片发出的pwm信号；电流调节模块302用于通过改变pwm占空比来改变基准电压，从而改变引脚输出电压，进而实现改变电流大小；芯片关断模块303用于在电路过热时自动实现芯片关断；自动锁存模块304用于在芯片自我关断时自动将芯片的运行状态数据锁存住。

其中，通过芯片关断模块303与自动锁存模块304，使恒流集成芯片7具有保护、热保护、过流保护的功能。

进一步地，电流调节模块302的计算表达式为：

其中，il为激光器驱动电流，vfb为基准参考电压，d为pwm波的占空比，r为采样电阻。

具体地，通过控制系统的计算机程序控制单片机4内部定时器产生pwm输出，当pwm电压高于其阈值电压时恒流集成芯片7开始工作，恒流集成芯片7内部基准电压设定为200mv，pwm占空比正比于内部基准电压。由于采样电阻r与激光管61在同一支路上，因此计算经过r的电流就可得出激光管61的驱动电流。

本实施例中，激光防控模块401、亮灯显示模块402、按键控制模块403与电源管理模块404依次通过数字信号连接并独立运行；激光防控模块401用于驱动激光器运行实现对人眼周围穴位进行激光刺激以达到近视防控的效果；亮灯显示模块402用于通过若干指示灯分别显示仪器的不同运行状态；按键控制模块403用于通过按键实现仪器不同运行状态之间的切换过程；电源管理模块404用于给仪器提供不同的电能供给方式。

本实施例中，按键控制模块403包括电源通断模块4031、功率档位模块4032和定时选择模块4033；电源通断模块4031的信号输出端与功率档位模块4032的信号输入端连接，功率档位模块4032的信号输出端与定时选择模块4033的信号输出端连接；电源通断模块4031用于控制仪器的电路通断过程；功率档位模块4032管理按不同输出功率分类的档位模式并控制不同档位之间的平滑切换；定时选择模块4033用于管理时长的定时模式并控制激光器运行持续的时长。

本实施例中，电源管理模块404包括交流逆变模块4041、直流供电模块4042和充电储能模块4043；交流逆变模块4041、直流供电模块4042与充电储能模块4043并列运行；交流逆变模块4041用于通过交流逆变器将交流电逆变为直流电使该仪器可以直接使用市电；直流供电模块4042用于直接通过外接的普通直流电源给仪器提供电能；充电储能模块4043用于通过蓄电器储存电能并在无外界电源时给仪器提供电能。

方法实施例

参阅图4，本实施例提供了通过近视防控仪控制系统操控半导体激光近视防控仪的运行方法，包括如下步骤：

s1、将仪器接通外接电源或内部蓄电池，长按按键面板2的电源按键2s使仪器接通电源；

s2、嘱用户将脸靠近仪器的正面，使眼部皮肤贴到上壳体12的正面上，尽量使眼周穴位对应到各激光管61位置处；

s3、再次点按电源按键切换到适用于用户的功率档位，并点选适用的定时选择按键，此时对应该档位及定时模式的led指示灯3、单片机4、电源管理器5、激光管组6及恒流集成芯片7之间形成连通回路，对应位置的led指示灯3亮起；

s4、单片机4上的脉宽调制系统向恒流集成芯片7发出pwm信号，恒流集成芯片7接收信号后，通过改变与pwm信号输入占空比成比例的内部基准电压来改变驱动电流大小，从而改变激光功率大小；

s5、激光管61运行按调节好的功率发射出激光，激光对用户眼周的穴位进行激光刺激；

s6、仪器自动按设定的时长运行，待运行到额定时间，则激光管61自动停止运行，多次进行眼周穴位的激光刺激，可以实现近视防控的效果；

s7、在仪器运行过程中，当仪器内部过热，恒流集成芯片7的自动关断功能会自动关断芯片的运行，同时自动锁存功能可以保存关断时的状态数据，在仪器恢复正常后，仪器会重新跳转到之前的运行状态。

计算机产品实施例

参阅图10，示出了近视防控仪控制系统的控制装置结构示意图，该装置包括处理器、存储器及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。

处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与处理器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的半导体激光近视防控仪。

可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

此外，本发明还提供了计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的近视防控仪控制系统。

可选的，本发明还提供了了包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面近视防控仪控制系统。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储与计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。