智能视力保护器的设计终结稿

智能视力保护器的设计摘要：本论文阐述了一种基于单片机的智能视力保护器的设计。

该设计以89C52为核心，可实现距离监测、光强监测、学习时间监测及报警等功能，通过LCD显示各种参数信息，并能在线修改各个参数初值来适应不同使用者的需求。

测距是利用超声波传感器来实现，光强检测是通过光敏元件实现，定时功能由89C52单片机定时器实现的。

软件利用C语言进行编程，并采用模块化的设计思路。

该系统具有简单实用的特征，对青少年视力保护具有很好的效果。

关键词：STC89C52；超声波；视力保护Abstract:This paper expounds a design of intelligent vision protector based on single chip microcomputer. The system with 89C52 as the core ,which can realize distance monitoring, light intensity monitoring, learning time monitoring and alarm function, uses LCD to display various parameter information, and changes the parameter initial value online to adapt to the needs of different users. Distance measurement is realized by ultrasonic sensors, light intensity detection is achieved by photosensitive element, timer function is realized by 89C52’s timer. Software design uses C language to programe, with modular thought. The system has the characteristics of simple and practical, has the very good effect to teenagers vision protection.Keywords: STC89C52; Ultrasonic; Vision protection1 引言1.1 课题背景当前由于电视、网络的高速发展、学习压力的加重等诸多因素，使得青少年长时间不卫生、超负荷用眼，造成了青少年近视率大大提高。

据国家统计局最近的一项调查显示，目前我国学生视力低下的状况令人担忧。

小学生近视比例为34%，初中生为68%，重点高中生为90%左右，在校大学生视力合格者更少。

而在高考体检中由于自身缺陷原因被限考的学生当中有74%为近视。

据卫生部、教育部联合调查，目前我国学生近视发病率居世界第二，人数居世界之首，全国近视及眼疾患者近3亿人，已经成为全社会关注的公共卫生和社会问题。

视力下降不仅影响青少年的日常生活和学习，对青少年的身心健康造成极大的影响，同时给青少年的成长与发育造成极大的障碍。

在这种情况下，亟须开发一种智能视力保护器。

通过创造健康的读写环境和科学方式，避免因长期读写而导致的近视、驼背、脊柱侧弯、斜视、颈椎病等疾病的发生和发展，用非医药的手段，防范和解除不良读写习惯，避免给人们身体带来伤害。

1.2 视力保护器的现状自1992年全国防近视专家指导小组成立以来，防近视产品经历了一个由简单到复杂、由单一到多元、由科技含量低到科技含量高的历程。

在此基础上，科学家们进行了大量艰苦的研制开发工作，推向市场的产品多达几百种，给防近视工作带来了无限的生机。

在国内新疆乌鲁木齐市旭之龙科技有限公司生产的“学生1.5视力保护器”又名称坐视宝，它能对使用者的坐姿不当进行提示。

还有深圳市华恒电子有限公司生产的型号为MS-3023的坐姿矫正器。

可以纠正看书，写字的不良坐姿。

总体看来，国内生产的视力保护器功能特点比较单一，与人们的个性化需求尚有很大的差距，故不能很好的满足广大使用者的需求。

国外也致力于对保护视力的研究，但是他们更侧重于对近视原因的研究。

美国德克萨斯大学西南医学中心何于光博士表示，吃鱼和新鲜蔬菜能够保护视力，降低发生近视的概率。

他们认为通过合理的饮食营养搭配，以及正确的学习习惯，对视力的保护能起到事半功倍的作用。

研究证明，现有的产品只是侧重视力保护的单一方面，功能尚不全面，不能从多个角度保护使用者的视力。

1.3 设计要求本设计是以单片机为核心的主体电路，实现定时、坐姿纠正、光线强度检测和报警功能。

首先是对各单元电路进行设计，并选择合适的元器件。

在选择元器件时，要注意所选芯片的性价比，对于电阻、电容等常用元件要先进行参数计算后再选择；其次是设计整个电路，并在计算机上对各单元电路进行相应功能的调试仿真。

其中单片机选用较为普遍的STC89C52，坐姿传感器选用超声波传感器，光线报警选用光敏电阻来实现，报警发声选用蜂鸣器发声硬件电路。

本次毕业设计的研究内容是设计一个智能视力保护器。

它具备以下功能和特点：（1）当使用者脸部与读物之间的距离小于设定距离时,电路将发出声音提示；（2）当读写环境光线强度低于设定值时,电路将发出声音提示；（3）当使用时间达到45分钟时,电路自动发出提示,提醒使用者注意休息；（4）电路可靠,做出实物能够实现相应的功能。

真正帮助学生做到国家教委规定：学生在读写时，应在一定亮度下，眼离读物一尺，身离书桌一拳。

2 总体方案设计系统采用STC89C52单片机作为多功能视力保护器的核心控制单元,本系统通过光敏电阻采集光线信号，通过AD采集光线信号的强弱，把光线强度等级化，通过设定报警等级来实现报警；利用超声波测距传感器测出人脸部与桌面的距离，当小于设定距离时发出报警声提醒；通过单片机内部定时器计时，当使用达到45分钟时电路自动发出声音提示,提醒使用者注意休息；系统采用的报警电路由三极管驱动蜂鸣器组成。

系统总体的设计方框图如图2.1所示。

图2.1 系统总体方框图2.1 硬件设计2.1.1 电源稳压电路设计本系统采用电池供电，我们考虑了如下方案为系统供电：电源电压通过7805稳压芯片为单片机及其它模块提供+5V电压。

经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。

2.1.2 主控制器模块系统采用STC89C52单片机作为智能视力保护器的核心控制单元，充分分析系统，其关键在于实现系统的自动报警与提醒，处理超声波测得的信号，以及处理光照强度信息，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。

这样一来，单片机就可以充分发挥其资源、有较为强大的控制功能和运算功能，I/O口均可按位寻址，同时STC89C52单片机价格非常低廉，这是一种较为理想的方案。

2.1.3 光照强度检测模块光强检测系统采用光敏电阻。

光敏电阻的工作原理是当有光线照射时，电阻内原本处于稳定状态的电子受到激发，成为自由电子，所以光线越强，产生的自由电子也就越多，电阻就会越小。

光敏电阻的优点有内部的光电效应和电极无关，即可以使用直流电源。

灵敏度和半导体材料、以及入射光的波长有关，价格低廉，性价比高。

2.1.4 报警提示模块报警系统采用蜂鸣器报警。

蜂鸣器，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。

价格实惠，对推动视力保护器的普及有很好的优势，能够较好的满足设计的要求。

2.1.5 坐姿检测模块坐姿检测系统采用超声波传感器测距，通过测量人脸与桌面的距离来确定坐姿。

当距离小于设定距离时就发出警报提醒。

超声波传感器体积小，重量轻，使用方便。

价格实惠，是一种较为理想的方案。

2.1.6 显示模块显示界面采用LCD1602液晶进行显示。

LCD1602由于其显示清晰，显示内容丰富、清晰，显示信息量大，使用方便，显示快速而得到了广泛的应用。

在本设计中很好的发挥其优势。

2.2 最终方案经过反复论证，我们最终确定了如下方案：（1）电源采用6节5号电池。

（2）采用STC89C52单片机作为主控制器。

（3）用光敏电阻检测光照强度。

（4）用超声波传感器检测坐姿。

（5）用LCD1602液晶显示。

（6）用蜂鸣器实现报警。

3 硬件实现及单元电路设计3.1 主控制模块主控制最小系统电路如图3.1所示。

图3.1 单片主控电路(1)中央处理器(CPU)。

它是单片机的核心，包括运算器和控制器两个主要组成部分，用于实现运算和控制功能。

(2)数据存储器。

89C52单片机芯片数据存储器共有128个存储单元，用于存放可读写的数据。

(3)定时器/计数器。

89C52单片机共有两个16位的定时器/计数器，以实现定时和计数功能。

(4)并行I/O口。

89C52单片机共有四个8位的I/O口(即P0、P1、P2和P3)，用以完成数据的并行输入/输出。

(5)串行I/O口。

89C52单片机有一个全双工串行口，以实现单片机和其他计算机或设备之间的串行数据传送。

(6)程序存储器。

(7)中断控制系统。

3.2 电源电路设计供电模块电路如图3.2所示。

图3.2 电源电路电源采用7805稳压芯片稳压成5V给传感器，单片机供电。

3.3 蜂鸣器报警驱动电路报警模块如图3.3所示。

图3.3 报警电路蜂鸣器采用三极管驱动，当实际的距离小于设定的距离或实际的光强小于设定值时就会报警。

3.4 按键电路系统采用4个按键来设定参数，和设定光照强度及超声波测距模块测得距离报警值。

电路如图3.4所示。

图3.4 按键电路第一个键：设置键，能在测距和光强功能间转换第二个键：加键（设置界面）/学习时间清零键（正常显示界面）第三个键：减键（设置界面）/暂停学习键（正常显示界面）第四个键：开始学习键3.5 光照强度检测电路光照强度检测电路电路如图3.5所示。

图3.5 光照采集电路光照强度检测采用光敏电阻，当光线发生变化时，光敏电阻的阻值也就不同，然后分得的电压也不同。

经过AD采集后就可以得到各种光照强度下的电压值。

从而设定出理想的光线强度报警值。

3.6 显示模块显示采用LCD1602液晶显示，显示电路如图3.6所示。

图3.6 显示电路显示模块显示的超声波测距模块测的距离、显示的光线强度、显示学习的时间。

3.7 超声波坐姿测距模块测距模块采用HC-SR04超声波测距模块，该模块可提供 2cm-250cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。

模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号；模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过 IO 口ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。