创新训练项目申请书-()

创新训练项目申请书-()

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

北京林业大学

大学生创新创业训练计划

创新训练项目申请书

项目名称：基于单片机的视力保护器的研究与设计

主持人：李骁专业年级电子信息科学与技术

12级

联系电话：

电子邮箱：

指导教师：张黔学院理学院

申请日期：2014 年 4 月 12 日

北京林业大学

一、项目基本情况

项目简介

项目名称基于单片机的视力保护器的研究与设计

项目类别（）国家级（）北京市级（√）校级

项目所属一级学科

电子与通信技术

申请经费

（元）

3000 起止年月2014年5月至2015 年3月

主持人姓名性别学号专业年级联系电话电子邮箱李骁男121114206 电子12级

项目组其他成员

姓名性别学号专业年级所在学院项目分工钟兴男121114207 电子12级理学院硬件设计王彬媛女121114222 电子12级理学院硬件设计王振中男131114105 电子13级理学院软件设计刘炳言男131114111 电子13级理学院软件设计

指导教师

姓名性别年龄职称职务所在学院张黔女38 实验师无理学院研究方向电气工程

联系电话电子邮箱

二、项目立项依据

（一）项目研究意义（限300字）

21世纪以来，青少年的学业压力越来越大。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%。学生近视在我国已成为一个日益严重的社会问题。在近视以后，如果不加以治疗，任其自由发展，那么孩子的一生都将与厚厚的镜片为伴，影响了正常的生活。目前还有激光切除手术，但是它破坏了人体的自然完整，也影响了眼部微生物环境，其实对于身心健康也有害处。因此，解决近视的最好方法就是从根本上预防近视眼的发生。综上所述，我们有必要设计一款视力保护器进行防范。从而纠正人们读写的不良姿势，习惯。避免给人们的身心带来伤害。尤其对学生群体而言，可帮助学生矫正坐姿，改善学习环境，培养学生良好的学习习惯，保护学生视力。

（二）国、内外研究现状和发展动态，并附主要参考文献（限1000字）

由于视力问题越来越普遍，目前国内外已经有了些关于视力保护器的产品。国内在视力保护器这方面的研究现状是：视力保护器主要是针对坐姿问题的，重点在于矫正人们的坐姿，能够有效地对人们不正确的坐姿进行语音提醒，促使人们改变自己的不良坐姿，从而达到视力保护的作用。相关的产品有广东向鼎公司生产的“金太子”牌视力保护器、网上热卖的四个一多功能视力保护器和“学生1.5视力保护器。这三种产品都是针对坐姿矫正的，并不是真正意义上的多功能视力保护器。也就是说，国内的视力保护器功能比较单一，缺乏人性化服务，外观单调，缺少个性，还是不能满足人们的需求，有待向多功能和个性化、人性化方向改进。

而国外在视力保护这方面的研究则主要是在近视的原因这方面，是从个人主观的角度研究的，重在提醒人们应该怎么做才能保护视力，而不是从客观上的实体辅助物件来帮助人们保护视力。他们认为更应该通过合理的饮食搭配和正确的学习方式来保护视力。

综上所述，市场上还不存在较为实用和人性化的多功能视力保护器。所以，面对日益严峻的视力问题，视力保护器这方面还有很大的研究空间，可以有很大的提升。

在视力保护器技术上，市场上的很多产品都是支撑型的，也就是用固定的支架来强制地改变人们的坐姿，用强硬的手段使人们保持正确的姿势来看书、写字。这种方面虽然有一定的作用，但是也会让人们觉得缺乏人性化，不够个性，太呆板了，很容易让人们对它产生厌倦。

目前还有一种用于视力保护器的技术是超声波技术及相应的硬件设计。实验室里主要用的是单片机[1][2]，它原理较为简单，又能够方便地实现视力保护器的基本功能。在硬件设计中，基于超声波技术的视力保护器，通过超声波接收端对超声波信号的接收处理，实现对距离的测定。通过实验，这种技术可行，但是也存在一些问题，比如说没有光线控制报警功能（不合理的光线强度也会对视力产生不利影响）[3][4]；报警的方式太单一，用的是蜂鸣器；没有记忆功能，不能够通过对使用者每一次使用时出现的不良的读书方式进行记录，并给出历史记录数据，以便使用者对自己的读书习惯进行改进。该设计的研究，能够为后期进一步改进视力保护器提供参考的依据。

参考文献：

【1】孙育才.MCS-51系列单片机微型计算机及其应用.南京：东南大学出版社，2004

【2】徐新民.单片机原理与应用[M].杭州：浙江大学出版社，2007. 【3】康华光.电子技术基础模拟部分.北京：高等教育出版社，2005 【4】王卫东.模拟电子电路基础.西安：西安大学出版社，2003

三、项目研究内容

（一）项目研究内容（限600字）

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。首先是对各单位电路进行设计，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，并在计算机上对各个单元电路进行相应功能的调试仿真。其中以单片机为核心，以测距传感器，时钟电路，LCD显示器偏心电动机，发光二极管，蓝牙模块组成外部电路。该设备将对眼距书本距离，光线强度以及读写时间这三个参数实施精确的数据采集、处理、分析功能。本设备将采用硬软件结合的方式，利用单片机的语言进行编程。本次设计的研究内容是设计一个多功能视力保护器并制作一个配套的app。它具有以下功能：

1.当使用者头部与书桌之间的距离过近时（小于40cm），电路将发出提示；

2.当读写环境光线照度不足时，电路将发出提示；

3.当使用时间达到50分钟时，电路自动发出提示，提醒使用者注意休息；

4.提示方式可转换，将有震动与铃声两种提示方式，可以在课堂上等不适宜铃声提示的地方使用振动模式；

5.将使用正确姿势进行读写的时间记录下来，通过蓝牙模块同步手机，通过app可以将数据发送到微信朋友圈，可以与其他使用者进行对比竞争。

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

（二）项目研究拟解决的关键问题（限300字）

本实验需要解决的关键问题有两点。

一是使用超声波测距。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。在实际的测量过程中，超声波测距测量的距离因人而异，需要在软件上加入身高等变量，在算法上进行一定的优化。

二是软件的设计。实验中软件需要达到两个目的。一个是对与坐姿有关的三个变量进行测量，然后判断出是否符合标准的坐姿要求，对使用者进行提醒。还有一个是要实现两种不同的提醒方式的自由切换，以及强度大小的调节，以适应不同的使用场合。

四、项目实施方案