防近視視力保護(hù)器設(shè)計(jì)

黃祖凡 馬斌 李洋

摘要：本文提出了一種基于單片機(jī)的多功能視力保護(hù)器。討論了89c52型單片機(jī)的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)。并在此硬件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)傳感器報(bào)警電路、光線強(qiáng)度報(bào)警電路及定時(shí)報(bào)警電路。目前各種單片機(jī)控制的理論和實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正在引起人們的廣泛關(guān)注。主要為單片機(jī)的發(fā)展概況以及視力保護(hù)器的發(fā)展概況，并通過(guò)89c52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制電路并利用c語(yǔ)言編程，以及利用單片機(jī)的定時(shí)功能實(shí)現(xiàn)定時(shí)的方法?？梢灾绬纹瑱C(jī)控制的原理及設(shè)計(jì)和系統(tǒng)主要硬件組成部分及其作用，給出了整個(gè)系統(tǒng)軟件流程圖和部分子程序流程圖。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；超聲波；視力保護(hù)

1、引言

世紀(jì)是廣大中小學(xué)生學(xué)習(xí)壓力最大的時(shí)期。學(xué)生近視在我國(guó)已成為一個(gè)日益嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。國(guó)家有關(guān)部門(mén)對(duì)許多職業(yè)均有明確的視力要求，而一旦近視，花再多的錢(qián)醫(yī)治恢復(fù)原有視力的可能也微乎其微。專(zhuān)家認(rèn)為造成學(xué)生近視的最主要原因是讀寫(xiě)姿勢(shì)不正確。國(guó)家教委規(guī)定：學(xué)生在讀寫(xiě)時(shí)，應(yīng)在一定亮度下，眼睛離讀物一尺，身離書(shū)桌一拳。學(xué)習(xí)壓力如此之大，學(xué)習(xí)時(shí)間如此之多，那么，有一個(gè)保護(hù)視力的裝置便顯得越來(lái)越重要。對(duì)此我們進(jìn)行了多功能視力保護(hù)器的研究設(shè)計(jì)。

2、總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為多功能視力保護(hù)器的核心控制單元，本系統(tǒng)通過(guò)光敏電阻采集光線信號(hào)，通過(guò)AD采集光線信號(hào)的強(qiáng)弱，把光線強(qiáng)度等級(jí)化，通過(guò)設(shè)定報(bào)警等級(jí)來(lái)確定光照不足時(shí)報(bào)警。利用超聲波測(cè)距傳感器測(cè)出人臉部與桌面的距離，當(dāng)小于30CM時(shí)發(fā)出報(bào)警聲提醒。通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)使用達(dá)到45分鐘時(shí)電路自動(dòng)發(fā)出聲音提示，提醒使用者注意休息。系統(tǒng)采用的提示電路由三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器組成。系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖如下圖所示。

該系統(tǒng)中STC89C52單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的主控模塊，系統(tǒng)的工作原理是：通過(guò)各種傳感器對(duì)距離、光線、時(shí)間等信息進(jìn)行采集，并進(jìn)行初步數(shù)據(jù)處理，然后將處理好的信息傳給主控模塊，經(jīng)主控模塊對(duì)各種數(shù)據(jù)處理，并且在顯示器上顯示，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)操作。

3硬件電路設(shè)計(jì)

3.1電源穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

采用3節(jié)1.5V干電池共4.5V做電源，為單片機(jī)，傳感器供電。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換方便。

3.2主控制器模塊

采用STC89C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為多功能視力保護(hù)器的核心控制單元，充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)報(bào)警與提醒，處理超聲波測(cè)得的信號(hào)，以及處理光照強(qiáng)度信息，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來(lái)它的優(yōu)勢(shì)——控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。

3.3光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊

采用光敏電阻。光敏電阻的工作原理是當(dāng)有光線照射時(shí)，電阻內(nèi)原本處于穩(wěn)定狀態(tài)的電子受到激發(fā)，成為自由電子，所以光線越強(qiáng)，產(chǎn)生的自由電子也就越多，電阻就會(huì)越小。光敏電阻的優(yōu)點(diǎn)有內(nèi)部的光電效應(yīng)和電極無(wú)關(guān)（光電二極管才有關(guān)），即可以使用直流電源。

3.4報(bào)警提示模塊

采用蜂鳴器報(bào)警。蜂鳴器，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。

3.5坐姿檢測(cè)模塊

采用超聲波傳感器檢測(cè)。通過(guò)測(cè)量人臉與桌面的距離來(lái)確定坐姿。當(dāng)距離小于30CM時(shí)就提醒。超聲波體積小，重量輕，使用方便。

3.6顯示模塊

鑒于此系統(tǒng)我們需要顯示豐富的內(nèi)容，人機(jī)界面需要友好的功能特采用LCD1602液晶進(jìn)行顯示而不采用顯示單一的數(shù)碼管。

4軟件設(shè)計(jì)

該編程思路是先確定主程序，之后根據(jù)各硬件電路功能來(lái)設(shè)計(jì)子程序模塊，最后再將各模塊嵌入主程序中。這樣編程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于子程序模塊與硬件電路一一對(duì)應(yīng)，所以調(diào)試起來(lái)十分方便。本設(shè)計(jì)軟件方框圖如下圖所示。

5結(jié)束語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)硬件上完成了一個(gè)STC89C52單片機(jī)的視力保護(hù)器的設(shè)計(jì)，并在此平臺(tái)上用單片機(jī)C語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)測(cè)試，基本滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，可以完成各項(xiàng)基本功能。系統(tǒng)具有很高的使用價(jià)值，很好地達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。

本文創(chuàng)新點(diǎn)：

發(fā)展了利用單片機(jī)設(shè)計(jì)視力保護(hù)器的思想，增加了單片機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。利用光敏電阻電路檢測(cè)光照，通過(guò)超聲波傳感器輔助幫組學(xué)生坐直進(jìn)而校正其視力，簡(jiǎn)單方便且不會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]家庭電子1998年合訂本[J].1999.212-214

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].北京：高等教育出版社，2005.1-20

[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分[M].北京：高等教育出版社，2005.40-60

基金項(xiàng)目：西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院“雙E”項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：20171810）.