基于SPCE3200的自主視力檢測系統(tǒng)設(shè)計

方 圓，許福運，王公堂，于國棟

（1.山東建筑大學(xué) 理學(xué)院，山東 濟南 250101；2.山東師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，山東 濟南 250014）

基于SPCE3200的自主視力檢測系統(tǒng)設(shè)計

方 圓1，許福運1，王公堂2，于國棟2

（1.山東建筑大學(xué) 理學(xué)院，山東 濟南 250101；2.山東師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，山東 濟南 250014）

為了滿足人們?nèi)找姘l(fā)展的視力檢測需求，使用 SPCE3200微控制芯片，外部擴展TFT-LCD模塊和鍵盤輸入模塊，設(shè)計出一種基于測試人員自主檢測的視力檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計旨在為視力的自主檢測提供方便可靠的幫助。經(jīng)實際測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)簡單高效特點鮮明，測試者個人即可獨立完成視力檢測的全部步驟，避免了舞弊和人為失誤的情況發(fā)生。

自主檢測；視力表；微控制芯片；SPCE3200；TFT-LCD模塊

人通過感官接受外界環(huán)境所表達(dá)的信息，并根據(jù)所得到的信息做出相應(yīng)的反應(yīng)，其中人們所最常使用的就是視覺。我們常說的視力指的是人眼對影像的分辨能力，比較經(jīng)典的解釋是指人眼鑒別兩點是否分開的能力，視力的好壞是由視網(wǎng)膜分辨影像能力的大小來判定。通常來說，為了給醫(yī)師判斷視力提供幫助，在醫(yī)學(xué)臨床上會使用視力檢測的數(shù)值來對視力進行評估從而對視力好壞做出判斷[1]。

在我國視力檢測的方法多種多樣，但歸結(jié)起來可分為以下2種：1）較為傳統(tǒng)的方式，即一測試人、一醫(yī)師、一根指示桿、一視力表。測試人在醫(yī)師的引領(lǐng)下，分辨指出指示桿所指示的視力表上視標(biāo)的方向。2）由傳統(tǒng)方式進化演變而來，利用當(dāng)今先進的電子投影設(shè)備，采用先進的圖形影像技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的視力表，將檢測所需的圖像更加清晰的呈現(xiàn)給被測試人員完成視力檢測過程。但是上述介紹的檢測方法，都有固定的缺陷，因為無論在哪種檢測的全過程中，均需要一名醫(yī)師進行協(xié)助工作，這樣就會造成多種后果。1）需要對驗光人員進行相關(guān)的培訓(xùn)并進行考核，費時費力；2）在大規(guī)模體檢中，不可避免會因為醫(yī)師的不經(jīng)意甚至偏袒舞弊情況而造成的失誤，這將對測試結(jié)果的公平性造成不良影響。

為克服以上缺陷，有人提出了一種全新的檢測方法，即視力的自主檢測[2]。文中以視力的自主檢測為研究對象，嘗試設(shè)計一種“由微型計算機全程控制、單人自主即可完成測試過程的光電視力自主檢測系統(tǒng)”。擬設(shè)計出的實驗系統(tǒng)全部測試控制過程均在微處理器控制下完成，測試結(jié)果準(zhǔn)確，使用控制極其方便，不會受到環(huán)境的影響。同時，在文章中對系統(tǒng)的工作流程進行了探究，對系統(tǒng)的硬件部分相關(guān)參數(shù)進行設(shè)計，并對系統(tǒng)工作時所需的軟件程序進行了仿真調(diào)試。

1 系統(tǒng)設(shè)計思路

1.1 系統(tǒng)所需解決問題

為了可以達(dá)到測試者在沒有醫(yī)師指示的情況下自主就可以完成整個視力檢測過程的目的，我們希望所設(shè)計系統(tǒng)能夠需達(dá)到如下的設(shè)計要求：

1）在實驗過程中，系統(tǒng)要可以生成上下左右方向隨機的視標(biāo)給測試者進行觀察；

2）當(dāng)測試者對給出的視標(biāo)進行了判斷，系統(tǒng)要能對判斷的結(jié)果與視標(biāo)原有方向進行比對，并根據(jù)對錯進行相關(guān)的體現(xiàn)；

3）若測試者對視標(biāo)方向判斷正確，則下個顯示出的視標(biāo)大小應(yīng)比本次顯示出的視標(biāo)大小小一號；

4）在測試過程中若視標(biāo)方向判斷均正確，系統(tǒng)要能一直顯示到碼數(shù)最小的視標(biāo)；

5）若測試者對視標(biāo)方向判斷錯誤，則系統(tǒng)能結(jié)束試驗并輸出上一次正確時視標(biāo)對應(yīng)的碼數(shù)大??；

6）實驗系統(tǒng)長時間無信號輸入，可以自動結(jié)束退出。

1.2 系統(tǒng)工作過程設(shè)計

根據(jù)上述所述需要實驗儀器系統(tǒng)所需達(dá)到的要求，我們對系統(tǒng)在一個測試周期中的工作過程進行一個詳細(xì)的設(shè)置，即對一個測試者獨立完成一次視力自主測試的實驗工作流程進行的設(shè)計。具體工作過程如下：

1）測試開始時，首先通電，系統(tǒng)初始化，為視力測試做好準(zhǔn)備；若出現(xiàn)錯誤，則進行相關(guān)提示，幫助工作人員進行解決；

2）處理器讀取碼數(shù)最大方向隨機的圖片，并顯示在顯示器上；

3）系統(tǒng)等待測試者按鍵，并根據(jù)其按鍵所對應(yīng)的方向進行判斷，若正確則進行步驟4，若不正確則進行步驟5；

4）系統(tǒng)生成比上一張測試圖片碼號小一號的方向隨機的圖片，并顯示在顯示器上，等待測試者進行選擇，并根據(jù)其按鍵所對應(yīng)的方向進行判斷，若正確則繼續(xù)循環(huán)步驟4）；若錯誤則跳至步驟5）；

5）系統(tǒng)顯示最后一個判斷正確的圖片對應(yīng)的標(biāo)碼大小，將結(jié)果輸出到輸出設(shè)備；

6）本次視力檢測結(jié)束，系統(tǒng)結(jié)果清零，返回最初初始化以后的狀態(tài)，斷電，本次測試過程結(jié)束；

7）若實驗中出現(xiàn)長時間無按鍵按下的狀態(tài)（在本實驗儀器中設(shè)置時間為10 s），則強制結(jié)束，從試驗狀態(tài)中跳出并顯示對應(yīng)結(jié)果。

其中，我們將系統(tǒng)的一個周期內(nèi)工作流程簡圖表示如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作簡圖Fig.1 System simple plan diagram

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計

為保證系統(tǒng)各功能的需求，我們根據(jù)系統(tǒng)所需完成的工作對整個硬件部分進行了功能分塊處理[3]，其中各個部分框圖關(guān)系如圖2所示，主要由SPCE3200主控板、TFT-LCD模塊、鍵盤輸入部分組成。其中，通過SPCE3200芯片來對TFTLCD及鍵盤工作指令進行控制，TFT-LCD模塊用于顯示測試，而測試開始、模式選擇以及判斷方向均通過鍵盤輸入部分來實現(xiàn)，微型打印機則做為未來擴展的一個外設(shè)，用來打印最終結(jié)果。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 Block diagram of the system hardware structure

2.2 SPCE3200單片機系統(tǒng)的特點及功能

SPCE3200單片機系統(tǒng)擁有基于S+Core架構(gòu)32位處理器 SPCE3200，擁有S+Core7內(nèi)核，內(nèi)部集成了MPEG4的硬件編解碼、TV解碼接口、TFT、SPIUARTI2CSPI標(biāo)準(zhǔn)串口、USB、SD卡等多種外設(shè)接口，擴展方便，適用于PDA、便攜媒體播放器、監(jiān)控器、機器人等設(shè)備的開發(fā)。因此，該系統(tǒng)最大的特點是具有較強的多媒體處理能力。

其具體特性如下：工作電壓：I/O端口的VDD 3.0～3.6 V，CPU 內(nèi)核的 VDD 為 1.62～1.98 V；CPU 工作頻率：27～162 MHz；SDDRAM最大容量可達(dá)16 MB；具有32位/16位的SDRAM數(shù)據(jù)總線；可編程選擇顏色模式4/16/64/256/32768/65536；共6個16位CCP定時/計數(shù)器（具可編程自動重載功能）；提供40個中斷源，分別為定時器、時基、外部輸入以及鍵喚醒等；支持鍵喚醒功能；USB功能：支持USB1.1主機或USBl.1外設(shè)；UART功能；具有通用異步接收機和發(fā)送機；提供串行外圍設(shè)備接口（SPI），具主/從模式；提供 Sunplus串行輸入，輸出接口（SIO）；內(nèi)置 Watchdog功能；提供 LCD接口，具 TFT方式/CSTN方式；支持CCIR-60l/656 CMOS影像傳感器/TVE控制接口；支持SD卡和NAND型Flash，用于海量數(shù)據(jù)存儲[4]。圖3為SPCE3200的結(jié)構(gòu)框圖。

2.3 圖像顯示及按鍵輸入模組介紹

TFT-LCD中文全稱為薄膜場效應(yīng)晶體管液晶顯示器，是有源矩陣類型液晶顯示器（AM-LCD）中的一種，是在目前唯一在亮度、對比度、功耗、壽命、體積和重量等綜合性能上全面趕超CRT的顯示器件，擁有性能優(yōu)良、大規(guī)模生產(chǎn)特性好、自動化程度高、原材料成本低廉、發(fā)展空間廣闊等優(yōu)良特點[5]。

而本系統(tǒng)所選用的TFT-LCD圖像顯示模塊是內(nèi)置于SPCE3200系統(tǒng)中的，擁有多種輸入格式下的接口控制；該LCD顯示屏大小為5.7寸，支持色彩65536色、分辨率為640（水平像素）×480（垂直像素）的圖像顯示。

該模塊組擁有良好的顯示效果，完全能滿足我們儀器的設(shè)計要求；采用開放的SPCE3200接口連接，使實驗測試方便可靠。同時，在main主程序中集成了對圖像進行操作的TFT函數(shù)集，可以方便快速地對信號中圖像位置及寬度等信息進行調(diào)試。

圖3 SPCE3200結(jié)構(gòu)框圖Fig.3 SPCE3200 frame diagram

按鍵輸入模塊則利用了SPCE3200系統(tǒng)自帶的4×4陣列式按鍵，初步定義使用6個按鍵，并通過Key.h對測試過程中所需的方向鍵、開始鍵及結(jié)束鍵來進行定義，圖4為陣列式按鍵的電路圖。

圖4 陣列式按鍵的電路圖Fig.4 Array type circuit diagram of the buttons

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)為達(dá)到設(shè)想的工作目標(biāo)，根據(jù)各部分功能需求對軟件控制程序進行了設(shè)計，程序主要是用于指令控制和方向判斷。本系統(tǒng)的軟件[6-7]設(shè)計包括以下幾個程序模塊：

1）main主程序函數(shù)模塊 對整個程序部分進行控制并根據(jù)需要調(diào)用各個子函數(shù) （如：TFT_PutPicture、show_PIC、Key_Show函數(shù)等），是一個循環(huán)函數(shù)。主函數(shù)作用是總體協(xié)調(diào)各個模塊。實現(xiàn)系統(tǒng)各函數(shù)間合理有序的配合，完成測試所需的目的。

2）TFT_PutPicture子程序函數(shù)模塊 對顯示圖像進行控制，控制圖片在屏中顯示的內(nèi)容、位置、大小及分辨率等信息。

3）show_PIC子程序函數(shù)模塊 在測試進行中，該函數(shù)會得到一個隨機數(shù)，并由此隨機數(shù)來通知TFT_PutPicture函數(shù)，調(diào)用所需圖像并將其顯示在LCD顯示器上，提供給測試者進行實驗。

4）Key_Scan子程序函數(shù)模塊 該函數(shù)會對測試中所用到的按鍵進行設(shè)置，對程序中所使用的每個鍵都會給出一個賦值，并提供給main主程序，使主程序可以通過按鍵賦值對測試者進行操作和方向選擇進行判斷，最終達(dá)到控制實驗過程的目的。

其中編譯后的主要控制程序如下（節(jié)選）：

4 結(jié)束語

經(jīng)實際測試試驗，該系統(tǒng)的工作性能穩(wěn)定，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，圖像顯示效果良好，經(jīng)過本系統(tǒng)測試出的視力結(jié)果判斷準(zhǔn)確，最終各項功能都能夠滿足實際的需要。

隨著人們對健康問題的越來越關(guān)注，對自身視力重視程度也會越來越在意。因此，對小型化、簡潔化的自主視力檢測系統(tǒng)的要求呼之欲出。本項目基于SPCE3200的自主視力檢測系統(tǒng)即提供一個良好的解決方法，彌補了傳統(tǒng)視力檢測方面的不足，且系統(tǒng)使用簡單、性能穩(wěn)定、便于推廣，具有一定的社會價值和市場前景。

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Design of independent detection system for testing eyesight based on SPCE 3200

FANG Yuan1， XU Fu-yun1， WANG Gong-tang2， YU Guo-dong2
（1.School of Scienec，Shandong Jianzhu University，Jinan250101，China；2.School of physics and electronics，Shandong Normal University，Jinan250014，China）

In order to meet the increasingly developing people's demand of vision detection，a testing eyesight system based on self-test is designed，combined with embedded design method， using the SPCE3200 micro-control chip， expanding tft-lcd module and keyboard input module.The design of this vision system is order to provide convenient and reliable independent testing of the help.This actual test results shows that the system is simple efficient distinct characteristics，the tester can finish the test process individual independently，avoiding the fraud and human error.

independent testing； eye chart； micro-control chip； SPCE3200； TFT-LCD module

TP69

A

1674－6236（2012）03-0067-04

2011-12-12 稿件編號：201112070

方 圓（1984—），男，山東濟南人，碩士研究生。研究方向：半導(dǎo)體電子元器件。