顾 艳 黄世祥 马 慧

（1.贵州医科大学生物与工程学院，贵州 贵阳 550004；2.贵州医科大学物理教研室，贵州 贵阳 550004）

0 引言

目前，在中学物理和医科院校医学物理的教学中，眼睛调节功能的教学演示基本是使用手动变焦的方法，该方法仿真度不高，受外界影响大，不易得到清晰的像[1]。该文以Arduino单片机为核心主控板，设计并制造了1款能自动模拟眼睛调节功能的演示器。该演示器用自动变焦透镜来模拟晶状体，可以形象、精准地模拟和演示眼睛自动调节的功能，还可以达到自动矫正近视眼和远视眼的目的。

1 系统总体设计

该眼睛调节演示器通过Arduino系统、可变焦透镜、HC-SR04超声波传感器测距以及步进电机板块去模拟眼睛的自动化调焦过程。单片机选用Arduino UNO，用Arduino IDE编程控制整个系统，采用软硬件结合的方式全自动、精准地模拟眼球成像。

该系统的工作原理如下：所视物与可变焦透镜（用自制水透镜模拟，自制方法成熟且易实现）的距离为物距，视网膜与可变焦透镜的距离为像距，Arduino调用超声波测出的物距u、像距v以及可变焦透镜当前前后表面的曲率半径r01、r02，并将结果显示在LCD上。首先，根据物距u和像距v调用程序计算“晶状体”的焦度，从而确定透镜前后曲面的曲率半径r1、r2；其次，用超声波（结合二倍焦距法）测出透镜当前r01、r02的值，与所需要的值r1、r2进行比较，程序计算出可变焦透镜需要抽注液体的量；最后，由Arduino驱动电机推动螺杆，螺杆推动注射器通过管子给透镜抽注液体以达到所需要的r1、r2的值，进而满足所需要的屈光度，使“视网膜”上呈现出清晰的像[1]。……