基于51单片机视力保护仪设计(正版)

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共 页 第 页 中文摘要 目前青少年视力低下已成为国内外共同关心的问题。资料显示我国小学生视力低
下率为26.96%初中生53.43%高中生72.8%大学生77.95%。特别是调查显示50%以
上的学生及家长缺乏视力保健最基本的科普知识不懂得不提前预防和及时治疗近视的危
害性因而有41.6%视力低下的学生并未采取任何矫正措施又缺专业机构的治疗。
基于以上原因本论文提出了智能红外视力保护仪的设计思路。智能红外视力保护仪
主要包含测距、感光和定时三大功能。其中测距和感光模块由相应功能的传感器构成能
实现对使用者距离与周围光线强弱的检测和报警功能。处理模块由STC89C51单片机运行
程序构成能实现对学习时间进行定时并通过报警来提示时间已到的功能。总体上讲本
设计的这三个功能能同时生效并通过报警灯闪烁和蜂鸣器报警的方式提醒使用者注意用
眼卫生。
本文通过实践证明该视力保护器可行且可靠性很好使用方便。本文期望通过该电子
硬件的制作和理论的研究能为后期进一步设计多功能视力保护器并采取合理措施提高视
力保护的有效性提供可靠和有效的数据源和信息依据。


关键词传感器测距红外视力保护 毕业设计用纸
共 页 第 页 ABSTRACT
At present, adolescent eyesight has become the domestic and international issues of common
concern. Data show that China's primary vision, low rate of 26.96%, 53.43% junior high
school students, 72.8% senior high school students, college students 77.95%. Especially
the survey shows that 50% more of the students and parents lack of vision care the most
basic science knowledge,harmfulness does not know ahead of time is not timely prevention
andtreatment of myopia, thus there are 41.6% low vision students did not take any corrective
measures, treatment and lack of professional organizations.
Based on the above reasons, this paper puts forward intelligent infrared vision
protection design instrument. Intelligent infraredeyesight protecting instrument mainly
includes the location, sensitiveand timing of three functions. The location and the
photosensitivesensor module is composed of the corresponding functions, can realize
the detection of the user distance and ambient light intensityand alarm function. The
processing module is composed ofSTC89C51 microcontroller running the
program, can realize time and through the alarm to prompt the time has
come for the function oflearning time. Generally speaking, the three function of
this designcan in effect at the same time, and through the alarm lights andbuzzer alarm way
to re

mind users to pay attention to eye health.
In this paper, through the practice proved the vision protector is feasible and has good
reliability, easy to use. In this paper, through the study of the electronic hardware production
and theoretical, for the latter part of the further design of multi-function vision protectionand
provide the reliable and effective source of data and informationon the basis of improving the
effectiveness of vision protection and reasonable measures taken.


Keywords: Sensor, ranging, infrared, eyesight protection













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共 页 第 页 目 录 第一章 绪论 ....................................................................................................... 5 1.1课题的选题背景 ........................................................................................... 5 1.2 国内外发展现状 ........................................................................................ 6 1.3 本论文主要研究内容 ................................................................................ 7 1.3.1主要内容 ............................................................................................. 7 1.3.2 基本要求 .......................................................................................... 7 第二章 智能视力保护器总系统设计 ............................................................. 8 2.1 系统总框图 ................................................................................................ 8 2.2 单片机的选择 ............................................................................................ 8 2.3 传感器的选择 ............................................................................................ 9 2.4 编程语言的选择 ........................................................................................ 9 第三章 系统硬件电路的设计 ......................................................................... 10 3.1系统硬件总电路构成 ................................................................................. 10 3.2单片机系统 ................................................................................................. 10 3.2.1单片机引脚介绍 ............................................................................... 11 3.2.2单片机最小系统 ............................................................................... 14 3.3显示系统 ..................................................................................................... 15 3.3.1 LED提示电路 ............................................................................... 15 3.3.2数码管显示 ....................................................................................... 15 3.4蜂鸣器报警电路 ...............................................................

.......................... 16 3.5按键电路 ..................................................................................................... 17 3.6光敏模块电路 ............................................................................................. 18 3.7测距电路 ..................................................................................................... 19 第四章 系统软件程序的设计 ......................................................................... 20 4.1 Keil C51软件平台 ................................................................................... 20 4.2 程序的模块化划分 .................................................................................. 21 第五章 结论及展望 ....................................................................................... 23 毕业设计用纸
共 页 第 页 参考文献 ........................................................................................................... 24 附录 A .............................................................................................................. 25 附录 B............................................................................................................... 26 致谢 ................................................................................................................... 30 毕业设计用纸
共 页 第 页 第一章 绪论 1.1课题的选题背景 当前由于环境变化、电视、网络的高速发展等诸多因素使得青少年长时间不卫生、
超负荷用眼造成了青少年近视疾病的大量发生。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。小学近视比例为34%-61%初中为68%重点高中
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。为了下一代的身心健康拯救近视已刻不容
缓。
近视作为一种现代通病几乎没有办法根治它。目前的激光切除手术其实是伤害了人
体的自然完整戕害着身心的健全。于是百年来人们沿用着“玻璃凹凸”的笨办法维系
着人们对外界求索的目光。
在这种情况下亟须开发一种多功能视力保护器。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防范和解除因不良读写习惯避免给人们身体带来伤害。
读写姿势不正确视距过近是造成近视的主要原因并且大部分发生在中小学阶段
由于学生缺乏自觉意识家长和老师又不能时时守在身边加以提醒不良的阅读写字习惯
一旦养成就很难改掉日复一日的恶性循环使许多学生过早的架上眼镜同时中小学生时
代是孩子身体成长的旺盛时期坐姿和读写姿势不正确会影响到孩子骨骼的健康成长
很容易引起脊椎弯曲或侧弯变造成含胸驼背本产品的智能调控功能将会随时提醒读写
者端正坐姿挺直腰背养成良好的读写习惯提高学习效率有效防止驼背、脊椎弯
曲保护学生身心健康。
最新的问卷调查显示小学生、初中生近视率分别为39.05%和64.3%分别比十年前
提高25.7%和26.86%(1999年的一项统计显示全国小学生近视率为13.35%初中生近视 毕业设计用纸
共 页 第 页 率为37.44%)。
书面问卷数据显示小学生、初中生近视率分别为39.05%和64.3%。在回收的网络问
卷“你觉得造成你眼睛近视的原因是什么”选项中选择“写字看书姿势不正确的”占52.4%
选择“因看电视引起近视的”占46.7%选择“因上网引起近视的”占44.8%而选择“作
业太多导致近视的”占43.8%。
最新的一项统计显示我国青少年近视率居世界之首在青少年近视群体中高中生
的近视检出率最高达72.8%。2006年国家统计局的一项调查显示小学近视的比例为
34%~61%初中为68%重点高中为90%左右在校大学生视力合格者更少。
由此可以看出中国学生视力低下的状况令人担忧而写字看书姿势不正确、看书写
作业的时间太长和光线的过强和过弱是导致中小学生近视的主要原因。
通过调研现今的已有的坐姿提醒器具有很大的局限性和单一性而新型坐姿提醒器是
以人机交互和以人为本的理念智能的祛除影响视力的不良因素为中小学生健康成长发
挥重要作用的产品。 1.2 国内外发展现状 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。
国内这方面的研究现状为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市场上真正的智能视力保护仪几乎没有。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。
随着世界的不断进步产品的技术含量不断增加产品功能越来越多样化设计越来
越人性化。在坐姿提醒器这块产品研发之中将越来越多的运用以人为本和人机交互的设 毕业设计用纸
共 页 第 页 计理念坐姿提醒器将越来越优秀不断克服使用的局限性附加功能不断增添最终将
研发出一机多用的新型坐姿提醒器。由于现在国内外大量的市场需求视力保护器的起步
才刚刚开始存在很大的发展空间相信未来视力保护仪一定会得到巨大的发展为广大
的中小学生的视力保护做出根本的保障。 1.3 本论文主要研究内容 1.3.1主要内容 以51单片机为核心处理器、LM393电压比较器、光敏电阻、数码管等构成一款智能视
力保护仪设计。鉴于单片机芯片的智能处理功能本设计采用理论计算和实验验证的方法相
结合的以单片机芯片为核心的主体电路。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其中单片机芯片选用较为普遍的stc89c51型
红外测距选用利用光电反射累的红外测距尾部有个电位器可以调节感应距离0~80cm
当距离小于调节设定的距离时小灯快速闪烁同时蜂鸣器响提示当光线过强或过弱时也
会提示数码管显示时间当时间到45分钟时数码管和小灯闪烁蜂鸣器滴滴提示此
时按下按键即可休息防止过度伤身当休息回来时再按下按键此时系统又重新开始工
作。设计利用红外测距传感器实在对距离的测量比超声波测距更加可靠准确、健康安全。 1.3.2 基本要求 1当使用者脸部与桌面或电脑等之间的距离小于25CM距离可以适当调整时,电路
将发出声光提示
2当使用时间达到45分

钟时,电路自动发出声音提示,数码管闪烁提醒使用者注意
休息
3当读写环境光线照度不足或过强时,电路将发出声光提示
4感应环境光线的范围是可以调节的实现智能化
5电路可靠,设计小巧省电并且能够实现相应的功能。 毕业设计用纸
共 页 第 页 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时间不超过45分钟。 第二章 智能视力保护器总系统设计 2.1 系统总框图 硬件主要以STC89C51型单片机为核心功能电路主要包括传感器辅助坐直报警电路、
光线报警电路、定时报警电路以及蜂鸣器报警电路等核心电路。利用C语言进行编程。本
设计的系统总框图如图2-1所示。













图2-1 系统总体框图 2.2 单片机的选择 从控制系统的大小和复杂度出发必须考虑单片机的基本参数和增强功能。前者往往
需要考虑芯片的速度ROM容量I/O引脚数量和工作电压(1.8V/3V/5V)等后者则包括是
否拥有看门狗双指针双串口实时时钟CAN接口SPI接口USB接口等附加模块。
本设计中受控对象只有超声波、声光报警复杂度低采用低端的通用的单片机芯片就能
够满足要求。 单


片

机
电源供电
按键模块
晶振电路

显示模块
蜂鸣器报警模块
复位电路
测距模块
LED提示模块
光敏模块 毕业设计用纸
共 页 第 页 从容易学习掌握的角度出发要求所选单片机支持简单易学的编程语言并且拥有软
件支持的良好编程环境。同时还应当有丰富的资料支持包括详尽的芯片说明书应用指
南设计方案范例程序等。
从工作可靠性的角度出发要求所选芯片有较宽工作温度范围较低的功耗和一定的
抗干扰能力。按适用的工作温度分常用单片机芯片可分为商用级、工业级、军品级这
里选择一般的商用机即可。在功耗和抗干扰方面本控制系统的要求都不高一般的单片
机芯片都能满足要求。 综上所述本系统选择STC89C51单片机作为主控芯片。足够本设计运行
且价格便宜下载程序方便。 2.3 传感器的选择 在测距模块中常用超声波测距它的原理是利用超声波的发射与接收
根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种一种是在
被测距的两端一端发射另一端接受的直接波方式适用于身高计一种是
发射波被物体发射回来后接收的反射波方式适用与测距仪。本设计主要是测距

要选用得体要准确无误通过查阅资料感觉利用超声波测距的设计较多但是稳定性不
是很好所以决定采用光电式测距传感器主要应用在生产加工等精密场合稳定性极高。
所以本设计选用光电式红外测距传感器。
在感光模块中采用光敏电阻与LM393构成的电压比较器来构成感光模块
的主要部分。通过对电压的采集来实现智能化。 2.4 编程语言的选择 对于指令系统兼容MCS51系列的单片机其较为常用的编程语言有C和汇
编语言。
C语言是一种结构化编程语言可产生压缩代码。C语言在硬件结构上仅要
求对单片机存储器等硬件结构有初步了解寄存器分配不同存储器寻址及数
据类型等细节可由编译器管理。C语言程序本身并不依赖于机器硬件系统基
本上不做修改就可以在不同种类的单片机之间相互移植。程序可划分为不同函
数结构规范可读性强。C语言提供的库包含许多标准子程序具有很强的
数据处理能力。C语言作为一种方便、容易掌握的语言得到了广泛的应用是
目前单片机编程中应用最多的语言之一。 毕业设计用纸
共 页 第 页 汇编语言同样在单片机编程中得到了广泛的应用其具有简单实用控制
灵活实时性强程序效率高等特点。汇编语言有着极强的硬件控制能力用
其它的高级语言所无法控制的软硬件细节在汇编语言中都可以实现但是编
程复杂。
综合考虑软件的设计语言选择C语言。 第三章 系统硬件电路的设计 3.1系统硬件总电路构成 以51单片机为核心处理器、LM393电压比较器、光敏电阻、数码管等构成一款智能视
力保护仪设计。其中单片机芯片选用较为普遍的stc89c51型红外测距选用利用光电反射
的红外测距尾部有个电位器可以调节感应距离0~80cm当距离小于调节设定的距离时
小灯快速闪烁同时蜂鸣器响提示当光线过强或过弱时也会提示数码管显示时间当
时间到45分钟时数码管和小灯闪烁蜂鸣器滴滴提示此时按下按键即可休息防止过
度伤身当休息回来时再按下按键此时系统又重新开始工作。设计利用红外测距传感器
实在对距离的测量比超声波测距更加可靠准确、健康安全。 3.2单片机系统 单片微型计算机是随着微型计算机的发展而产生和发展的。自从1975 年美国德克萨斯
仪器公司的第一台单片微型计算机 简称单片机TMS-1000 问世以来迄今为止单片
机技术已成为计算机技术的一个独特分支单片机的应用领域也越来越广泛特别是在工
业控制中经常遇到对某些物理量

进行定时采样与控制的问题在仪器仪表智能化中也扮演
着极其重要的角色。
如果将8位单片机的推出作为起点那么单片机的发展历史大致可以分为以下几个阶
段
第一阶段1976—1978单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。MCS-48
的推出是在工控领域的探索参与这一探索的公司还有Motorola、Zilog等。都取得了满意
的效果。这就是SCM的诞生年代―单片机‖一词即由此而来。
第二阶段1978—1982单片机的完善阶段。Intel公司在MCS-48基础上推出了完善 毕业设计用纸
共 页 第 页 的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结
构。
1完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构包括8位数据
总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。
2CPU外围功能单元的集中管理模式。
3体现工控特性的地址空间及位操作方式。
4指令系统趋于丰富和完善并且增加了许多突出控制功能的指令。
第三阶段1982—19908位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段也是单片
机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机将一些用于测控系统的
模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中体现了单片机的微控制器特征。
第四阶段1990—微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面、深入地
发展和应用出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机以
及小型廉价的专用型单片机。
单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机这些元件包括中央处理器
CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和
I/O接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点因此在
现代电子技术和工业领域应用较为广泛在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域
之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的
灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机使仪器仪表智能化提高测试的自动化程度和
精度提高计算机的运算速度简化仪器仪表的硬件结构提高其性能价格比。 3.2.1单片机引脚介绍 单片机主要特点
1有优异的性能价格比。
2集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上
内部采用总线结构减少了各芯片之间的连线大大提高了单片机的可靠

性和抗干扰能力。
另外其体积小对于强磁场环境易于采取屏蔽措施适合在恶劣环境下工作。
3控制功能强。为了满足工业控制的要求一般单片机的指令系统中均有极丰富的
转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同
一档次的微机。
4低功耗、低电压便于生产便携式产品。
5外部总线增加了I2CInter-Integrated Circuit及SPI(Serial Peripheral Interface)等
串行总线方式进一步缩小了体积简化了结构。 毕业设计用纸
共 页 第 页 6单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范容易构成各种规模的应用系统。
优异的性能价格比。
1集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上内部采用总线结构减少了各芯片之间的连线
大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外其体积小对于强磁场环境易于采取屏
蔽措施适合于在恶劣环境下工作。
此外程序多采取固化形式也可以提高可靠性。
2控制功能强。
为了满足工业控制要求一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻
辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
3单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范容易构成各种规模的应用系统。
VCCSTC89C52电源正端输入接+5V。
GND电源地端。
XTAL1: 单芯片系统时钟的反相放大器输入端。
XTAL2 系统时钟的反相放大器输出端一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上
接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小
电容可以使系统更稳定避免噪声干扰而死机。
RESETSTC89C52的重置引脚高电平动作当要对晶片重置时只要对此引脚电平
提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间AT89S51便能完成系统重置的各项动作
使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态并且至地址0000H处开始读入程序代
码而执行程序。
EA/Vpp"EA"为英文"External Access"的缩写表示存取外部程序代码之意低电平动
作也就是说当此引脚接低电平后系统会取用外部的程序代码存于外部EPROM中
来执行程序。因此在8031及8032中EA引脚必须接低电平因为其内部无程序存储器空
间。如果是使用 8751 内部程序空间时此引脚要接成高电平。此外在将程序代码烧录
至8751内部EPROM时可以利用此引脚来输入21V的烧录高压Vpp。
ALE/PROGALE是英文"Address Latc

h Enable"的缩写表示地址锁存器启用信号。
STC89C52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器如74LS373将端口0的地址总
线A0A7锁进锁存器中因为STC89C52是以多工的方式送出地址及数据。平时在程
序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6因此可以用来驱动其他周边晶片
的时基输入。此外在烧录8751程序代码时此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。
PSEN此为"Program Store Enable"的缩写其意为程序储存启用当8051被设成为读
取外部程序代码工作模式时EA=0会送出此信号以便取得程序代码通常这支脚是接
到EPROM的OE脚。STC89C52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与
EPROM使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。
PORT0P0.0P0.7端口0是一个8位宽的开路汲极Open Drain双向输出入端口
共有8个位P0.0表示位0P0.1表示位1依此类推。其他三个I/O端口P1、P2、P3
则不具有此电路组态而是内部有一提升电路P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL
负载。
PORT2P2.0P2.7端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口每一个引脚可以推
动4个LS的TTL负载若将端口2的输出设为高电平时此端口便能当成输入端口来使
用。P2除了当做一般I/O端口使用外若是在STC89C52扩充外接程序存储器或数据存储 毕业设计用纸
共 页 第 页 器时也提供地址总线的高字节A8A15这个时候P2便不能当做I/O来使用了。
PORT1P1.0P1.7端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口其输出缓冲器可
以推动4个LS TTL负载同样地若将端口1的输出设为高电平便是由此端口来输入数据。
如果是使用8052或是8032的话P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚而P1.1可以有
T2EX功能可以做外部中断输入的触发脚位。
PORT3P3.0P3.7端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口其输出缓冲器可以
推动4个TTL负载同时还多工具有其他的额外特殊功能包括串行通信、外部中断控制、
计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。
其引脚分配如下
P3.0RXD串行通信输入。
P3.1TXD串行通信输出。
P3.2INT0外部中断0输入。
P3.3INT1外部中断1输入。
P3.4T0计时计数器0输入。
P3.5T1计时计数器1输入。
P3.6WR外部数据存储器的写入信号。
P3.7RD外部数据存储器的读取信号。
RST复位输入。当振荡器复位器件时要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG当访问外部存储器时

地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间此引脚用于输入编程脉冲。在平时ALE端以不变的频率周期输出
正脉冲信号此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是每当用作外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的
输出可在SFR8EH地址上置0。此时 ALE只有在执行MOVXMOVC指令是ALE才起
作用。另外该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止置位无效。
/PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间每个机器周期两
次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP当/EA保持低电平时则在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH不管是
否有内部程序存储器。注意加密方式1时/EA将内部锁定为RESET当/EA端保持高电
平时此间内部程序存储器。在FLASH编程期间此引脚也用于施加12V编程电源VPP EA/VP
31
X1
19
X2
18
RESET
9
P37/RD
17
P36WR
16
P32/INT0
12
P33/INT1
13
P34/T0
14
P35/T1
15
P10
1
P11
2
P12
3
P13
4
P14
5
P15
6
P16
7
P17
8
P00
39
P01
38
P02
37
P03
36
P04
35
P05
34
P06
33
P07
32
P20
21
P21
22
P22
23
P23
24
P24
25
P25
26
P26
27
P27
28
PSEN
29
ALE/P
30
P31/TXD
11
P30/RXD
10
GND
20
VCC
40
U1
STC89C52
图3-1 单片机引脚图 毕业设计用纸
共 页 第 页 3.2.2单片机最小系统 单片机芯片内还有一项主要内容就是并行I/O口。STC89C51共有4个8位的并行I/O
口分别记作P0、P1、P2、P3。每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。
实际上它们已被归入专用寄存器之列并且具有字节寻址和位寻址功能。在访问片外扩
展存储器时低8位地址和数据由P0口分时传送高8位地址由P2口传送。在无片外扩
展存储器的系统中这4个口的每一位均可作为双向的I/O端口使用。
单片机的4个I/O口都是8位双向口这些口在结构和特性上是基本相同的但又各
具特点。
STC89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生一是内部时钟方式二是外部时
钟方式。在单片机内部有一振荡电路只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶
体简称晶振就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和
C2的作用是稳定频率和快速起振电容值在5-30pF典型值为30pF。晶振CYS的振荡频
率范围在1.2-12MHz间选择典型值为12MHz和11.0592MHz。
当在STC89C51单片机的RST引脚引

入高电平并保持2个机器周期时单片机内部就
执行复位操作若该引脚持续保持高电平单片机就处于循环复位状态。
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,
就可以实现自动上电复位。时钟频率用6MHZ时C取22uF,R取1KΩ。除了上电复位外
有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉
冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经过电阻与电源Vcc接通而实现的。系统图如图
3-2所示












图3-2 单片机最小系统原理图 P1.0
1
P1.1
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
RST
9
P3.0(RXD)
10
P3.1(TXD)
11
P3.2(INT0)
12
P3.3(INT1)
13
P3.4(T0)
14
P3.5(T1)
15
P3.6(WR)
16
P3.7(RD)
17
XTAL2
18
XTAL1
19
GND
20
(A8)P2.0
21
(A9)P2.1
22
(A10)P2.2
23
(A11)P2.3
24
(A12)P2.4
25
(A13)P2.5
26
(A14)P2.6
27
(A15)P2.7
28
PSEN
29
ALE/PROG
30
EA/VPP
31
(AD7)P0.7
32
(AD6)P0.6
33
(AD5)P0.5
34
(AD4)P0.4
35
(AD3)P0.3
36
(AD2)P0.2
37
(AD1)P0.1
38
(AD0)P0.0
39
VCC
40
89C52
Y111.0592MHzC2
30
C3 30
R7
10K
VCC
+
C1
10uF
1 2
3 4
K0
RESET
VCC 毕业设计用纸
共 页 第 页 3.3显示系统 3.3.1 LED提示电路 LED英文单词的缩写主要含义LED = Light Emitting Diode发光二极管是一
种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件它可以直接把电转化为光它改变了白
炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理而采用电场发光。据分析LED的特点非常
明显寿命长、光效高、辐射低与功耗低。作为目前全球最受瞩目的新一代光源LED因
其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用等优点被称为是21世纪最有发展前景
的绿色照明光源。我国的LED产业起步于20世纪70年代经过近40年的发展产品广
泛应用于景观照明和普通照明领域我国已成为世界第一大照明电器生产国和第二大照明
电器出口国。近几年来随着人们对半导体发光材料研究的不断深入LED制造工艺的不
断进步和新材料氮化物晶体和荧光粉的开发和应用各种颜色的超高亮度LED取得了
突破性进展其发光效率提高了近1000倍色度方面已实现了可见光波段的所有颜色其
中最重要的是超高亮度白光LED的出现使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成
为可能。曾经有人指出高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯

泡后最伟大的发明之
一。智能红外视力保护仪利用led的闪烁实现秒的指示和闪烁报警。

图3-3 LED提示电路 3.3.2数码管显示 数码管是一种半导体发光器件其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码
管和八段数码管八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元多一个小数点显示
按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管按发光二极管单元连接方式分
为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成
公共阳极(COM)的数码管共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V当某一字段发
光二极管的阴极为低电平时相应字段就点亮当某一字段的阴极为高电平时相应字段
就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上当某一字段发光二极管的阳极为
高电平时相应字段就点亮当某一字段的阳极为低电平时相应字段就不亮。由于它的D1 R4 2.2K VCC BJG 毕业设计用纸
共 页 第 页 价格便宜使用简单在电器特别是家电领域应用极为广泛。本设计采用共阴极数码管来显示
时间。 e
1
d
2
dp
3
c
4
g
5
S4
6
b
7
S3
8
S2
9
f
10
a
11
S1
12U3
4-LEDA
F
B
E
Ddp
C
G
S1
S2
S3
S4
图3-4 数码管显示 3.4蜂鸣器报警电路 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器采用直流电压供电广泛应用于计算机、打
印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声
器件。 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母
―H‖或―HA‖旧标准用―FM‖、―LB‖、―JD‖等表示。1压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要
由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳
上还装有发光二极管。
多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后1.5~15V直流工作电压,多谐
振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ的音频信号阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极
经极化和老化处理后再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。
接通电源后振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈使电磁线圈产生磁场。振动
膜片在电磁线圈和磁铁的相互缠绕

蜂鸣器驱

动电路一般都包含以下几个部分一个三极管、一个蜂鸣器、一个限流电阻。 毕业设计用纸
共 页 第 页 蜂鸣器为发声元件在其两端施加直流电压有源蜂鸣器或者方波无源蜂鸣器
就可以发声其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动
方式直流/方波等。这些都可以根据需要来选择。本设计采用有源蜂鸣器。
三极管Q1起开关作用其基极的低电平使三极管饱和导通使蜂鸣器发声而基极高
电平则使三极管关闭蜂鸣器停止发声。 Q1
9012
LS1
R2
2.2k
VCC
BJS
图3-5 蜂鸣器报警电路图 3.5按键电路 本设计采用按键接低的方式来读取按键单片机初始时因为为高电平当按键按下
的时候会给单片机一个低电平单片机对信号进行处理
单片机键盘有独立键盘和矩阵式键盘两种独立键盘每一个I/O 口上只接一个按键
按键的另一端接电源或接地一般接地这种接法程序比较简单且系统更加稳定而矩阵
式键盘式接法程序比较复杂但是占用的I/O少。根据本设计的需要这里选用了独立式键
盘接法。
独立式键盘的实现方法是利用单片机I/O口读取口的电平高低来判断是否有键按下。
将常开按键的一端接地另一端接一个I/O 口程序开始时将此I/O口置于高电平平时
无键按下时I/O口保护高电平。当有键按下时此I/O 口与地短路迫使I/O 口为低电平。
按键释放后单片机内部的上拉电阻使I/O口仍然保持高电平。我们所要做的就是在程序
中查寻此I/O口的电平状态就可以了解我们是否有按键动作了。
在用单片机对键盘处理的时候涉及到了一个重要的过程那就是键盘的去抖动。这里
说的抖动是机械的抖动是当键盘在未按到按下的临界区产生的电平不稳定正常现象并 毕业设计用纸
共 页 第 页 不是我们在按键时通过注意可以避免的。这种抖动一般10~200毫秒之间这种不稳定电平
的抖动时间对于人来说太快了而对于时钟是微秒的单片机而言则是慢长的。硬件去抖动
就是用部分电路对抖动部分加之处理软件去抖动不是去掉抖动而是避抖动部分的时间
等键盘稳定了再对其处理。所以这里选择了软件去抖动实现法是先查寻按键当有低电平
出现时立即延时10~200毫秒以避开抖动经典值为20毫秒延时结束后再读一次I/O 口
的值这一次的值如果为1 表示低电平的时间不到10~200 毫秒视为干扰信号。当读出
的值是0时则表示有按键按下调用相应的

处理程序。硬件电路如图3-7所示 key
1 2
3 4
K3
图3-6 按键控制电路图 3.6光敏模块电路 光敏电阻又称光导管常用的制作材料为硫化镉另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫
化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下其阻值迅速减小的特性。这是由
于光照产生的载流子都参与导电在外加电场的作用下作漂移运动电子奔向电源的正极
空穴奔向电源的负极从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电
阻器又称为光电导探测器入射光强电阻减小入射光弱电阻增大。还有另一种入
射光弱电阻减小入射光强电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换将光的变化转换为电的变化。
常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器它是由半导体材料制成的。光敏电阻器对光的敏感
性即光谱特性与人眼对可见光0.4~0.76μm的响应很接近只要人眼可感受的光
都会引起它的阻值变化。设计光控电路时都用白炽灯泡小电珠光线或自然光线作控
制光源使设计大为简化。
本设计利用光敏阻值的变化与电阻进行分压得到的电压值给LM393进行电压比较
通过10k可调电阻可以实现光线限值的调节。两个光敏一个感应光线过强一个感应光线
过弱将信号给单片机处理。 毕业设计用纸
共 页 第 页 R1
2.2k
OUT
1
IN
2
AC
3
GND
4 5
6
7
VCC
8
LM393
C10
104
C11
104
R17
10K
VCC
10k
R19
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9012
Rr
R32
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R33
10K
R34
2.2K
9012
R35
10K
10k
R36 10K
C12 104VCC
Rq
gq
gr
图3-7 光敏模块电路图 3.7测距电路 测距采用光电传感器是一种集发射与接收于一体的光电传感器。检测距离可以根据
要求进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用
方便等特点可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光
信号的变化然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、
光学通路和光电元件三部分组成。
光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点而且可测参数多传感器的结构
简单形式灵活多样因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件它是把光信号红外、
可见及紫外光辐

射转变成为电信号的器件。
光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化
的非电量如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等也可用来检测能转换成光量变
化的其他非电量如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度以及物 毕业设计用纸
共 页 第 页 体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点因
此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。新的光电器件不断涌现特别是CCD图像
传感器的诞生为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。
光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在
一般情况下有三部分构成它们分为发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发
射光束发射的光束一般来源于半导体光源发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二
极管。光束不间断地发射或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电
池组成。在接收器的前面装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路它能滤
出有效信号和应用该信号。
本设计所用传感器平时输出高电平当检测到被测物体时会输出低电平将低电平信
号给单片机处理实现测距报警。 GND
VCC
OUT
MK
HWCJ
HW
VCC
R3
1k
图3-8 测距模块电路图 第四章 系统软件程序的设计 对于单片机系统程序设计的主要任务是通过对单片机系统内部有限硬件资源的合理分配利用最直接有效的程序设计语言实现对单片机外围设备的控制使这些外围设备
能够进行所期望的操作。软件设计通常对系统的可靠和高效率运行有着相当大的影响也
是系统设计工作量中较大的任务。 4.1 Keil C51软件平台 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具全Windows界面。
另外重要的一点只要看一下编译后生成的汇编代码就能体会到Keil C51生成的目标代
码效率非常之高多数语句生成的汇编代码很紧凑容易理解。在开发大型软件时更能体
现高级语言的优势。
Keil C51工具包的整体结构主要包括uVision与Ishell它们分别是C51 for Windows和 毕业设计用纸
共 页 第 页 for Dos的集成开发环境(IDE)可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器
编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件也可以

与库文件一起经
L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件以供
调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试也可由仿真器使用直接对目标板进行
调试也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
Keil可以编译C源码汇编源程序连接和重定位你的目标文件和库文件创建HEX
文件调试目标程序。与其他软件相比具有以下特点
(1)Windows应用程序uVision2是一个集成开发环境它把项目管理源代码编辑程
序调试等集成到一个功能强大的环境中。
(2)C51美国标准优化C交叉编译器从你的C源代码产生可重定位的目标文件。
(3)A51宏汇编器从你的8051汇编源代码产生可重定位的目标文件。
(4)BL51连接/重定位器组合你的由C51和A51产生的可重定位的目标文件生成绝对
目标文件。
(5)LIB51库管理器组合你的目标文件生成可以被连接器使用的库文件。
(6)OH51目标文件到HEX格式的转换器从绝对目标文件创建Intel HEX 格式的文件。
(7)RTX-51实时操作系统简化了复杂和对时间要求敏感的软件项目。
uVision2 集成开发环境集成了一个项目管理器一个功能丰富、有错误提示的编辑器
以及设置选项生成工具在线帮助。利用uVision2创建的源代码并把它们组织到一个能
确定你的目标应用的项目中去。uVision2自动编译汇编连接嵌入式应用并为开发提
供一个单一的焦点。
源代码由uVision2 IDE创建并被C51编译或A51汇编。编译器和汇编器从源代码生
成可重定位的目标文件。Keil C51编译器完全遵照ANSI C语言标准支持C语言的所有标
准特性。另外直接支持8051结构的几个特性被添加到里面。Keil A51宏汇编器支持8051
及其派生系列的全部指令集。LIB51库管理器允许从由编译器或汇编器生成的目标文件创
建目标库。库是一种被特别地组织过并在以后可以被连接重用的对象模块。当连接器处理
一个库时仅仅那些被使用的目标模块才被真正使用。
它们是为专业开发人员而设计的但所有层次的编程人员都可以用它们来获得8051微
控制器的绝大部分应用。 4.2 程序的模块化划分 模块化程序设计是一种常用的程序设计技术它将一个功能完整的较长的程序分解为
若干个功能相对独立的较小的程序模块各个程序模块分别进行设计、编制和调试。利用 毕业设计用纸
共 页 第 页 程序的模块化设计方法有利于程序代码优化提高程序的可读性便于功能扩充和版本
升级单个模块结构的程序功能单一易于编写、调试、维护和系统功能扩展对于使用
频繁的子

程序可以建立子程序库便于多个模块的调用。
本章的软件设计根据所要实现的功能以系统的硬件设计为基础采用模块化的程序
设计思想确保完成系统功能的同时实现系统的可靠运行。软件设计的目的就是让单片
机加载程序并运行对距离、时间、光照强度进行测量根据测量结果发出相应的报警信
号。
在总体设计中当系统开始工作后首先进行初始化。然后进行光照强度的判定如
果光照强度过弱则报警若未达到给定的国家标准值则对定时部分进行判定。如果定
时时间达到45分钟则报警若定时时间未达到45分钟则对测距部分进行判定。如果
测得距离小于25cm则报警若测得距离大于25cm则返回重新进行光照强度的判定。
因为流程图无法体现“同时”的概念所以对测距、感光、定时三项判定的排列没有固定
的顺序。系统的软件总流程图如图4-1所示。


























图4-1 系统软件总流程图
开始
系统初始化
光线是否过强或弱
距离是否小于设定
是否达到45分钟
声光
报警
按键是
否按下
Y
N
Y
N
声光
报警
N
再次
按下
按键
Y
Y
N 毕业设计用纸
共 页 第 页 第五章 结论及展望 本次毕业设计硬件上完成了一个基于单片机的智能红外视力保护仪的设
计并在此平台上用单片机C语言进行软件设计经过测试基本满足设计目
标可以完成各项基本功能。
在系统的开发过程中遇到不少困难整个过程当中严格按照“发现问题—
—分析问题——解决问题”的思想解决问题经过长时间认真刻苦调试和老师、
同学的帮助一一得到解决。通过本次设计我在接受新知识的能力、自学能
力上得到了很好的锻炼为即将踏上工作岗位奠定了良好的基础。
当然由于时间关系本次设计的系统也有某些不太完善的地方
(1)不能对坐姿进行监控校正
(2)定时功能有些单一目前只能实现一通电就自动开始计时。
以上问题有待进一步改善例如定时功能更好的设计应该能实现随时定
时与自定义定时时间。相信通过我的进一步学习最终会找到完美的解决方案。















毕业设计用纸
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12(1). 毕业设计用纸
共 页 第 页 附录 A
图A1 系统总体电路图 GND
VCC
OUT
MK
HWCJkeyQ1
9012
LS1
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VCC
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31
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19
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18
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9
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17
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16
INT0
12
INT1
13
T0
14
T1
15
P10/T
1
P11/T
2
P12
3P13
4
P14
5P15
6P16
7P17
8
P00
39
P01
38
P02
37
P03
36
P04
35
P05
34
P06
33
P07
32
P20
21
P21
22
P22
23
P23
24
P24
25
P25
26
P26
27
P27
28
PSEN
29
ALE/P
30
TXD
11
RXD
10
GND
20
Vcc40U1
89C51RC
C1
10uf
VCC
C2
30p
C3
30p
J1
12M
Vcc
R1
10K1
2
34
K3
32
1P1
POWER
1
1
2
2
3
3
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4
5
5
6
6
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SWITCH
1
2
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VCCBJG
key
BJG
BJS
BJS
HW
HWVCC
VCC
R3
1k R1
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OUT
1
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2
AC
3GND
45
6
7
VCC
8LM393
C10
104
C11
104
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VCC
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10K
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10K
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104
VCC
Rqgq
gq
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11
S1
12
U3
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1
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4
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9RP1
1KAA
AFFF
BBB
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dpdpdpCCC
GGGS1
S2
S3
S4VCCS1
S2
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S4 毕业设计用纸
共 页 第 页 附录 B 源程序
#include
#include
#include //头文件

#define uc unsigned char
#define ui unsigned int

sbit HW=P2^2; //红外感应
sbit BJS=P2^1; //报警声音
sbit BJG=P2^7; //报警光/指示灯/秒灯
sbit key=P2^0; //按键
sbit GQ=P2^4; //光线强感应
sbit GR=P2^6; //光线弱感应

bit bdata flag,flag1;

uc sec,min;

uc code tab[]={0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x45,0xDF,0xD7}; //gcpdebfa
//11010111
void delay(ui x)
{
ui i,j;
for(i=0;ifor(j=0;j<110;j++);
}

void work()//工作函数
{
if(flag1==0)
{
if(HW==0||GQ==1||GR==1)//红外、强、弱
{
delay(20);
if(HW==0||GQ==1||GR==1)
{
flag=1;
}
}
else 毕业设计用纸
共 页 第 页 flag=0;
if(key==0)
{
delay(20);
if(key==0)
{
TR0=1;
BJG=0;
}
while(key==0);
BJG=1;
}
}
else if(flag1==1)
{
TR0=0;
if(key==0)
while(key==0);
BJG=1;
}
}
}

void display()
{
if(BJS==1)
{
P0=0x00;
P1=0xfe;
P0=tab[min/10];
delay(5);
P0=0x00;
P1=0xfd;
P0=tab[min%10];
delay(5);
P0=0x00;
P0=0x20;//小数点
P1=0xfd;
delay(5);
P0=0x00;
P1=0xfb;
P0=tab[sec/10];
delay(5);
P0=0x00; 毕业设计用纸
共 页 第 页 P1=0xf7;
P0=tab[sec%10];
delay(5);
P0=0x00;
}
else
{
P1=0xff;
}
}

void init()//初始化函数
{
TH0=0x4b;
TL0=0xff;//赋初值
TH1=0x4c;
TL1=0xff;
TMOD=0x11;//设置工作方式
EA=1;//打开中断总开关
ET0=1;//打开允许开关
ET1=1;
TR0=1;
TR1=1;
GQ=0;
GR=0;
}
void main()//主函数
{
init();
while(1)//循环
{
work();//调用工作函数
display();//调用显示函数
}
}

void time0() interrupt 1//定时器函数
{
uc m;
TH0=0x4b;
TL0=0xff;//重新赋初值
m++;
if(m==20)
{ 毕业设计用纸
共 页 第 页 m=0;
sec++;
if(flag==0)
BJG=~BJG;
if(sec==60)
{
sec=0;
min++;
if(min==45)
{
// min=0;
flag1=1;
}
}
}
}
void time1() interrupt 3//定时器函数
{
uc n;
TH1=0x4c;
TL1=0xff;
n++;
if((n==7)||(n==14))
{
if(flag==1)
{
BJS=~BJS;
BJG=BJS;
}
else if((flag==0)&&(flag1==0))
{
BJS=1;
}
}
if(n==14)
{
if(flag1==1)
{
BJS=~BJS;
BJG=BJS;
}
n=0;
}
毕业设计用纸
共 页 第 页 致谢 在即将结束本文完成毕业设计的时刻我要向所有在我毕业设计阶段乃至我大学帮
助过我的老师