基于红外测距技术的预防近视系统设计

处理。线性化方法是采用 Ｅ ｃｌ ｘｅ 制作的电子表来实现 ， 使用该表格可 以很方便的将输出电压的值对应距离，
从而实现线性化处理。表格的格式如图 ２ 从图 ２ ， 中可以看出线性化前 ，间距与 Ａ Ｄ关系是非线性的， ２ 线
收 稿 日期 ：２ １一 ８０ ０ Ｉ０ — １
基金项 目：教育部 重点 实验 室资 助 （ ９Ｄ ３） ０Ｊ０
谢 锋 云
（ 华东交通 大学 机电工程学院 ，汀西 南昌 ３ ０ １ ３ ０ ３）
摘要 ：针对当前学生近视问题 Ｈ趋严重现象 ，总结了患近视的一个重要原 是过度看近 ，依据红外测距原理 ，提 出了利用红外测距技 术来预防近视 的方法并进行 了系统设计 。采用 Ｇ ２ ２红外测距传感器作 为信号采集装置 ， Ｐ Ｄ１ 将采集的数据进 行实验分 析 、 处瑚 ， 得出了线性化公式 。 信号线性化后通过 Ａ Ｃ ８ ９ Ｄ ００ 转换 为数 字信 号， 输入Ａ ８Ｓ １ Ｔ ９５ 单片机中处理。当使用者 过度 肴近时 ，警告电路工作 ， 知调整坐姿 ，同时对人眼离书或者笔的距离进行动态
的。
图２ 表格中需要输入数据有 ＭＤ转化位数 、 输人电压 、常数 ｋ以及电压与间距。使片 的模数 ｊ
转化元 件为 Ａ Ｃ ８９ Ｄ ００ ，转换 位数 为 ８位 。试验 输
入电压为 ５Ｖ ，常数 ｋ恒等于 ４ ，同时将间距从 １ ０ ｍ到 ８ ｃ ０ ｍ每隔 １ ｃ ０ ｍ测得 的电压值输人表格 ｃ
量所得 的间距 。
（ ２ ）
式中： 为测距所得结果 ； ２ 为ＭＤ Ｒ ＡＤ 转换的值。通过程序编写输人设计的系统中 ，采用Ｌ Ｄ Ｅ 动态显示 出测
３ 系统设计
人 眼 的明视距离 为 ２ ｍ，学 生后 天患 近视 的 ５ｃ
个重要原冈是长时间过度看近。系统设计的思想 是设计一个结构简单实用方便的近视仪 ，把它同定
一
于笔帽或戴于人的大拇指上 ，当使用者过度看近时 （ 人眼离近视仪距离小于 １ ，警告电路工作 ， ５ ｍ） ｃ 提醒使用者调整坐姿。
３ １ 硬件设 计 ．
图３ 是红外测距预防近视系统原理图 ， 其硬件主
要包括 ： ￣ Ｔ ９ ５单片机及晶振电路 ； ￣ Ｐ Ｄ ２ （ Ａ ８Ｓ １ ） （ Ｇ ２ １ ） 红外信号采集电路 ； ③ＡＤ ／转换电路Ａ Ｃ ８９ Ｄ ００ ；④ 图 外 距 防视 理 ３红 测 预 近 原 图
学 ８ ． ％，比 ２０ 年增加 １ ％。而对于近视大多为后天治疗与配戴眼镜 ， ６８ ２ ００ ． １ 对于近视后天的预防国内外研
究 的相对较少。２ ０世纪 ５ Ｏ年代红外光 电测距技术的问世 ，使测距手段上产生重大变革 ，红外测距技术开 始大量应用于大地测量 、工程勘测设计。此后在民用上也有 了很大的发展 ，如李彬等把红外测距应用于智 能灭火机器人… 邓韶斌等把红外测距应用于智能清洁机器人口 ， ，石剑锋等提 出了红外测距在瞄准镜中的应 用口 Ｉ 。本文针对患近视的一个重要原冈是后天长时问过度看近问题 ，提 出了利用红外测距技术来预防近视 的方法 ，并进行了相应的系统设计 。
查结果表明 ： ０５ ２０ 年我国学生视力不 良检出率继续上升， 平均近视率为 ： 小学 ３ ． ％，比 ２０ 年上升 ８ １７ ６ ００ ． ５ 个百分点；初中 ５． ％，比 ２０ ８７ ０ ００年增加 ８ 个百分点；高 中 ７ ． ％，比上次普查增加 ３ 个百分点 ； ． ７ ６２ ０ ． ５ 大
３２ 软件 设计 ＿
在红外测距系统启动后 ， 首先对 Ａ ８ Ｓ 单片机进行初始化 ， Ｔ９５ １ 然后 ，当 Ａ ８Ｓ 单片机接收到红外接收电路传输的电压信号后 ，经 ＡＤ转换程序 ， Ｔ ９５ １ ／ 将片外的模拟信号转换为单片机可识别的数字信号，并经电压距离转换子程 序 ，将变化的电压转换为距离。最后 ，在动态扫描 Ｌ Ｄ显示器上显示 出来 ， Ｅ 主程序流程如图 ４ 所示 。 程序编写与系统硬件图相对应 ，由 Ｐ ０口提供段控 口，Ｐ ．，Ｐ ．，Ｐ ． ２ ２ ２ ３ ２ ４ 口提供位控口，目的动态显示间距分米 、厘米及毫米位值 ；Ｐ ．为报警 口； ２ ５ Ｐ ． Ａ Ｃ ８９ ２ Ｄ ００ 启动 口；Ｐ ． 为 Ａ Ｃ ８９ ０ ２１ Ｄ ０ ０ 脉冲供应 口；整个程序采用中断方 式对 ００ 进行数据读取 ， １ ８９ Ｐ 口为 Ａ Ｃ ８９ Ｄ ０ ０ 输人 口； Ｔ ９５ 单片机采用中 Ａ ８Ｓ １ 断方式，Ａ Ｃ按 自由模式工作 ，Ａ Ｃ连续不断进行采样转换 ，数据更新。 Ｄ Ｄ
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｔ ｒ ｓ ｎ ， ｈ ｈ ｎ ｍｅ ｏ ｆ ｔ ｄ ｎ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅｒｓ ， ａ ｏ ｔｎ ａ ｓ ｆ ｏ ｉ ｏ ｖ ｒ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｅ ｔ ｔ ｅｐ ｅ ｏ ｎ ｎ ｏ ｕ ｅ ｔ ｐ ｓ ｍｙ ｐ ａ ｉ ｏ ｉｅ ｎ ｉ ｓ ｈ ｍｐ ｒ ｔ ｕ ｅｏ ｐ ａｉ ｔ ｌ ｋ ｏ ｅ ａ ｃ ｍｙ ｓｏｏ ｎ ａ ． ｎｔ ｅｐ ｐ ｒ ｉ ｕ ｒ ａ ｄ ａｗａ ｓｎ ｆ ｒ ｄ ｍｅ ｓ ｒｎ ｉｔ ｎ ｅｔ ｃ ｎ ｌｇ ｒ ｖ ｎ ｏ ｉ， ｎ ａ ｒ ｕ ｅ ｒ Ｉ ａ ｅ ，ｎ ｐ ｔ ｏ ｗ ｒ ｙｕ ｉ ｇｉ ｒ ｅ ａ ｕ ｉ ｇｄ ｓａ ｃ ｈ ｏｏ ｙｔ ｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｆ ｎ ａ ｅ ｏ ｍｙ ｐ ａ ａ ｄｃ ｒｙｏ ｔ ａｓ ｓｅ ｄ ｓ ｎ Ｓ ｇ ａ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｄ ｖ ｃ ｄ ｐ ２ ， ｎ ｉ ｅ ｒ ａ ｉｎ ｆｒ ｌ ｂ ａ ｎ ｄ ｂ ｒ ｃ ｓ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｙ ｔ ｍ ｅ ｉ ． ｉ ｌ ｑ ｉｉ ｏ ｅ ｉｅ ａ ｏ ｔ ｇ ｎ ａ ｉ ＧＰ Ｄ １ ａ ｄ ｌ ａ ｉ ｔ ｍｕ ａ ｏ ｔ ｉ ｅ ｙｐ ｏ ｅ ｓｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ２ ｎ ｚ ｏ ｏ ｄ ｔ ． ｉ ｅ ｒ ａ ｉｎ ｓ ａ ｓｔ ｒ ｔ ｉｉ ｌ ｉｎ ｌ ｂ ｅＡＤＣ ８ ９， ａ ｄ ｄｇ ｔ１ｓ ｎ ｌ ａ ｅｐ ｏ ｅ ｓ ｄ ｂ ８ Ｓ ａａ Ｌ ｎ ａ ｉ ｔ ｉ ｌ ｕ ｎ ｉ ｏ ｄ ｇｔ ｇ ａ ｓ ｙ ｔ ｚ ｏ ｇ ｎ ｎ ａ ｓ ｈ ０ ０ ｎ ｉｉ ｉ ａ ｓ ｒ ｒ ｃ ｓ ｅ ｙ ＡＴ ９ ５ ． ａ ｇ １ Ｗ ｈ ｎｔ ｅｕ ｅ ｓｌｏ ｖ ｒ ｅ ｒ ｔ ｅｗａ ｉｇ ｃｒ ｕ ｔ ｌ ｏ ｅ ａｅ ｉ ａ ｈ ｅ ｅ ｏ ｌ ｏｐ ｅ ｅ ｔ ｏ ｉ． ｅ ｓ ｒ ｏ ｋ ｏ ｅ ａ ， ｈ ｒ ｎ ｉ ｉｗｉ ｐ ｒ ｔ ， ｔ ｃ ｉｖ ｓ ｇ ａ ｒ ｖ ｎ ｈ ｎ ｎ ｃ ｌ ａ ｔ ｍｙ ｐａ
ＸＩ Ｆ ｎ － ｕ Ｅ ｅ ｇ ｙ ｎ
（ ｃｏｌｆ ｃａ ｉ ｌ ｎ ｌｃ ｏ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ ａｔ ｈｎ ａ￣ｎ Ｕ ｉ ｒ ｔ，Ｊ ｎｘ Ｎ ｎ ｈｎ ３０ ３ ｈｎ ） Ｓ ｈｏｏ Ｍｅｈｎｃ ｄＥｅｔ ｎｃ Ｅ ｇ ｅｉ ，Ｅ ｓＣ ｉａ ｉ： ｇ ｎｖ ｓｙ ｉ ｇｉ ａ ｃａｇ ０ １ ，Ｃ ｉａ ａａ ｒ ａ ｎ ｎ Ｊ ｔｏ ｔ ｅｉ ａ ３
『］ ３ 石剑锋 ，顾玉萍 ，易锋．红外测距 在瞄准镜中的应用『． Ｊ 机械工程师 ，２ ０ ５ ：８— ７ ］ ０ ６（ ） ６ ８ ．
『１ ４ 彭军． 电器件基础与应用『 ． 光 Ｍ１ 北京 ：科学 出版社 ，２ ０ ，１９ １８ ０９ ５ — ６ ．
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｒ ｖ ｎ ｉｇ ｍｙ ｐａ ｂ ｓ ｄ ｏ ｆａ ｅ ａ ｕ ｉｇ ｄｓａ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｓｇ ｆ ｅ ｅ ｔ ｏ ｉ ａ ｅ ｎ ｉ ｒ ｒ ｄ ｍｅ ｓ ｒ ｉｔ ｎ ｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｐ ｎ ｎ ｎ
作者简介：谢锋云 （ ９６ ，男，湖南邵阳人，讲师 ，硕＿ ，华 科技火学在读 士 ．主要从书光电方丽的教学 研究Ｔ作 ，ｘ ｆｕ＠１３Ｃｍ。 １７ 一） ｌ ＝ ｉｙ ｎ ６ Ｏ ｅ ；
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
性 化后 ， （ ＋ ）的倒 数与 Ａ Ｄ 大小 关 系是 线性 Ｒｋ ２
丌始
Ｕ 压问距转换子程序
示 子 羁 序
图４ 主程 序流程 图
４ 结束语
按上述的原理做出的样机可在１～ ０ ｍ的间距范同内动态显示 ， ０ ８ ｃ 滞后时问约０ ，精度能到达ｌ ｍ， ．Ｓ ５ ｍ 当距离小于设定的值１ 可通过程序根据需要改动 ） 报警电路报警 ， ５ ｍ（ ｃ ， 提醒使用者已过度看近， 需要调 整姿势。本文所设计系统的硬软件稍加改动 ，便可以适用于非接触测量的许多场合 ，如汽车避撞等。
表 １ Ｇ ２ Ｉ钡距相关 参数试 验值 Ｐ Ｄ２９
从表 １ 看到 ，随着距离的增大，Ｇ ２ １输 出的电压越来越小 ，而且成非线性关系，通过电子表可以转 ＰＤ ２ 换为线性关系。根据采集的３ 组数据分析 ， 采用取平均值的方法来求出线性化后问距整型公式 （ ）。 ２
（＝１ ） ｉ ７一 ｎ ６４ ｔ １ ）
ｌ 红外测距 原理
红外测距传感器是应用 角测距原理的光学式传感器 。原
理 网见 图 １ 。
红外发光器件发出的光通过发光透镜后 ，照射到被检物体 上。被物体漫反射的发射光中 ，如果有人射到受光透镜上的光 经受光透镜聚光在受光器件上 ，那么与被检物体距离相对应 ， 受光器件上的入射光光点位置会发生变化 ， 利用电学方式检测 这个人射光的光点 ，就能够求得被检物体的距离 。
参 考文 献
『］ １ 李彬 ，陈帝伊 ，马孝义．基于Ａ Ｒ Ｖ 单片机的清沽机器人控制 系统设计『 ． Ｊ 机械与电子 ，２ １ １ ：５ — １ １ ０ ０（ ） ７ ６ ． 『１ ２ 邓韶斌 ，栾迪．基于Ａ Ｒ Ｖ 单片机的清洁机器人控制系统设计 佳木斯大学学报 ：自然科学版 ，２０ ，２ ５ ：６ ７ ６ ９ ０ ９ ７（ ） ５— ５
ｍ
图２ Ｇ２１ 性 表 Ｐ ２ 化 格 Ｄ线
Hale Waihona Puke ２２ 线性化过 程 ．为提高线性化测距公式准确性 ， 采用同一间距测３ 组电压求平均值方法 ， 把所测数据输入 电子表中得到 的ｍ，ｂ ｋ ， ，ｍ’ ’ ’ ，ｂ ，ｋ 。表 １ Ｐ Ｄ ２ 为Ｇ ２ １所测问距与输 出电压实验结果及相关参数实验值。
第２ ７卷第 ６ 期
２１ 年 １ 月 ０ １ １
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｑｈ ｒＵｎｖ ｓｔ ｏ ｒ ａ ｉａ ｉｅｒｉ ｏ Ｑｉ ｙ
Ｖｏ ｜７ Ｎ ． ｌ ． ｏ６ ２ Ｎ ｖ． ０ ｏ ． １ ２ Ｉ
基 于红外 测距技术 的预 防近视 系统设计
第 ６ 期
基于红外测距技术的预防近视系统设计
・ ３・
报警电路 ；⑤ 位Ｌ Ｄ Ｅ 动态显示电路 。 其工作原理 ： 通过Ｇ ２ １发射 和接收红外信号 ， Ｐ Ｄ ２ 经过放大 ， 得到一个输出０ ～ ．Ｖ ． ２ 模拟信号 ， ４ ４ 对应８～０ Ｏｌ ｃ 距离 ， ｍ 输出与距离间的关系成反 比，将得到的模拟信号通过Ａ Ｃ ８９ Ｄ ００ 的转换 ，变为数字量输人Ａ ８Ｓ Ｔ ９５ １ 单片机中处理 ，然后 由单片机根据所检测的数据实现动态显示 。
２ 采集信号线性 化
２１ 忡 化 方 法 网 ｌ 红外了角测删 理网
系统选用 了 Ｇ ２ 红外测距传感器 ，人射光的光点位置是通过其核心部件 Ｐ Ｄ （ Ｐ Ｄ １ ２ Ｓ 位置敏感探测器 ） 来完成的。它输出的电压与间距的关系式为非线性 ，增加系统处理的难度和速度 ，冈此有必要进行线性化
示 ，达到有效预防近视 目的。 关键词 ：红外测距技术 ；预防近视 ；Ｇ ２ ２ Ｐ Ｄ１ ；线性 化
中图分类号 ：Ｔ ９ ＿ Ｐ Ｉ７ Ｉ２
文献标志码 ：Ａ
文章编号 ：１０ — ８ Ｘ ２ １）６ ０ ０ — ３ ０ ７ ９４ （０ ０ — ０ １０ １
我 国有 ３ 亿人患近视 ，占全世界近视眼总数的 ３％ ０ 左右。 ０ ８ ２０ 年公布的第五次全国学生体质与健康调
中 ，电子表 将 自动 生成 ｍ、 ｋ ｂ、 、ｍ’ ’ ’ 、ｂ 、ｋ的
值 ，由公式 （ ） １ 可得到整形后的测距距离结果。
（ ｉＩ ｎ Ｊ＋一 （ ｔ ） Ｒ １ ’ ）
式 中： 尺为测距所得结果 ； ２ Ａ Ｄ为 ＡＤ转换的值 ； ／
ｍ’ ；ｂ ＝ ； ｋ ＝（ ｔ ＝ ’ ‘ ｉ） ｎ ｋ。