基于單片機(jī)的視力保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

邵陽(yáng)學(xué)院 胡恩賜 許建明 李 忠

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基于單片機(jī)的視力保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

邵陽(yáng)學(xué)院 胡恩賜 許建明 李 忠

【摘要】本文是基于微控制器的多功能視力保護(hù)裝置設(shè)計(jì)。介紹視力保護(hù)裝置的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)分析，硬件由超聲波距離傳感器、光強(qiáng)度傳感器和報(bào)警電路組成。當(dāng)用戶眼睛離桌面距離過小，單片機(jī)會(huì)啟動(dòng)報(bào)警電路提醒；如環(huán)境光照過暗也會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒用戶光照強(qiáng)度不夠?qū)σ暳τ杏绊?；用戶學(xué)習(xí)時(shí)間大于一定時(shí)間，會(huì)有語(yǔ)音提醒注意休息，各種控制動(dòng)作都是有利于保護(hù)用戶的視力。由于電路簡(jiǎn)單、程序效率高，經(jīng)測(cè)試本設(shè)計(jì)的視力保護(hù)裝置具有較好的市場(chǎng)前景和推廣價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】視力保護(hù)；單片機(jī)；超聲波

1　系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、超聲波測(cè)距模塊、光強(qiáng)檢測(cè)模塊、報(bào)警模塊、電源模塊等組成?？梢圆杉ㄟ^光敏傳感器的光強(qiáng)度信號(hào)，光信號(hào)的強(qiáng)度信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換電路送入主控模塊進(jìn)行處理，根據(jù)實(shí)際需要將光強(qiáng)度分成幾級(jí)，不同強(qiáng)弱光設(shè)定不同的報(bào)警等級(jí)，使蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。也可以通過超聲波測(cè)距傳感器進(jìn)行測(cè)量桌面和用戶眼睛之間的距離，當(dāng)距離低于設(shè)定報(bào)警距離時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器報(bào)警。作息時(shí)間報(bào)警采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)，當(dāng)用戶學(xué)習(xí)達(dá)到40-60分鐘時(shí)，單片機(jī)控制語(yǔ)音提示，提醒用戶已長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)應(yīng)注意休息。該系統(tǒng)的電路框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)原理框圖

2　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1主控制器模塊

由于系統(tǒng)采用傳感器自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警，具有一定的智能功能，選用常規(guī)的模擬和數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，電路復(fù)雜，性能也很難達(dá)到要求。而單片機(jī)是作為智能控制場(chǎng)合首選的控制器，本設(shè)計(jì)選用STC89C52單片機(jī)作為控制核心，具有處理速度快和電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，充分發(fā)揮了單片機(jī)的智能控制優(yōu)勢(shì)。

2.2光強(qiáng)度檢測(cè)模塊

光強(qiáng)度檢測(cè)其實(shí)就是光電轉(zhuǎn)換，將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電壓或電流大小，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和處理電路送入單片機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)的要求和節(jié)約成本，本系統(tǒng)采用光敏電阻來完成光照強(qiáng)度的檢測(cè)。光敏電阻的工作原理是利用半導(dǎo)體材料的光敏特性，當(dāng)有光照時(shí)電子能量激發(fā)成為自由電子，表現(xiàn)出亮電阻。光照強(qiáng)度越大，自由電子數(shù)量越多，所以表現(xiàn)出電阻變小。當(dāng)光照強(qiáng)度變?nèi)鯐r(shí)，光敏電阻表現(xiàn)出電阻大，將電源電壓經(jīng)普通電阻和光敏電阻分壓，可以實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832芯片直接得到數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)進(jìn)行分析和處理。仿真電路采用滑動(dòng)變阻器替代光敏電阻，電路如圖2所示。

圖2　光強(qiáng)度檢測(cè)模塊電路

2.3超聲波模塊

本設(shè)計(jì)采用超聲波傳感器來檢測(cè)距離，當(dāng)測(cè)量桌面和用戶眼睛距離小于20CM，單片機(jī)控制報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，提示坐姿不正確，完成自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警。采用超聲波傳感器具有在體積、重量上具有一定優(yōu)勢(shì)，而且使用方便。特別是具有很高的性價(jià)比，有利于視力保護(hù)裝置的普及，也能夠很好地滿足本系統(tǒng)的需要。

3　軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)程序由光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊子程序、定時(shí)子程序、超聲波測(cè)距模塊子程序及報(bào)警子程序等組成。結(jié)合硬件電路的功能實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過仿真和測(cè)試完全達(dá)到了視力保護(hù)裝置的各項(xiàng)指標(biāo)。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的視力保護(hù)裝置系統(tǒng)方案，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)坐姿不正確提醒，光線不足提醒等功能，具有電路簡(jiǎn)單、成本低廉、性能好等優(yōu)點(diǎn)，具有較好應(yīng)用和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］江世明，許建明，朱群峰，申壽云.單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2013.

［2］韓克，薛迎霄.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［3］王東鋒，王會(huì)良等.單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用100例［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：

胡恩賜（1994—），男，湖南婁底人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。

通信作者：

許建明（1977—），男，湖南武岡人，碩士，副教授，主要從事電子技術(shù)研究。