基于單片機的視力保護裝置設計

梁宵 楊志偉 王鵬程 李慶林 程熠

摘 要：近年來，我國青少年近視率大大增加。對此本文提出了一種以單片機為核心的視力保護及身姿喬正器設計。 本文利用大學三年課堂中所學習的的一些理論知識和實訓課中所學到的實踐能力，以STC89C52單片機為核心元器件，圍繞它進行硬件電路設計和軟件程序設計。其中硬件電路有，整體電路的核心單片機最小系統(tǒng)電路、用來檢測書寫距離的超聲波檢測電路、用來檢測學習時光線強弱的光線檢測電路、用來作為顯示設備的LCD1602液晶顯示電路、以及用來作為提醒報警的蜂鳴器LED提醒電路。軟件程序方面，本設計主要利用單片機C語言作為軟件語言，其中比較主要的有超聲波模塊驅動程序、定時報警程序、LCD1602液晶屏驅動程序等。本設計以我們大學三年所學的單片機原理與接口技術、C語言程序設計、數(shù)字電子技術、模擬電子技術等課堂里的知識和我自學的傳感器等知識為主要理論依據(jù)，具體就多功能視力保護器的理論與硬件設計進行了研究。

關鍵詞：單片機原理與接口技術;傳感器技術;C語言程序設計;數(shù)字電子技術

1引言

眼睛是心靈的窗戶，一個良好的視力是每一個人所希望擁有的，但是根據(jù)我國最新的統(tǒng)計顯示，我國青少年近視率居世界之首，在青少年近視群體中，高中生的近視檢出率最高，達72.8%。小學生、初中生近視率分別為39.05%和64.3%，分別比十年前提高25.7%和26.86%。而在最近回收的網(wǎng)絡問卷“你覺得造成你眼睛近視的主要原因是什么”選項中，選擇“寫字看書姿勢不正確的”占了最大的比列52.4%。由此可以看出，中國學生視力低下的狀況十分嚴重，而寫字看書姿勢不正確和看書寫作業(yè)的時間太長是導致中小學生近視的主要原因。

2研究背景與意義

大部分中小學生，由于學生缺乏自覺意識，家長和老師又不能時時守在身邊加以提醒，不良的閱讀寫字習慣一旦養(yǎng)成就很難改掉，日復一日的惡性循環(huán)使許多學生過早的架上眼鏡，不僅在生活上很不方便，在孩子的心理上也會留下深刻的陰影。同時中小學生時代是孩子身體成長的旺盛時期，坐姿和讀寫姿勢不正確，會影響到孩子骨骼的健康成長，很容易引起脊椎彎曲或側彎變，造成含胸駝背，不僅影響形象，并且在以后的招飛、參軍，以及很多要求形象的工作上面都大大吃虧，對孩子的前途影響甚遠。

3預計功能

本產(chǎn)品叫做視力保護及身姿喬正器，它主要的功能就是保護使用者的視力和糾正使用者不正確的學習姿勢，幫助學生做到國家教委規(guī)定：學生在讀寫時，應在合適的亮度下，眼離讀物一尺，身離書桌一拳。保護青少年的身心健康。

（1）當使用者臉部與桌面之間的距離小于30CM時，電路將發(fā)出聲音提示;

（2）當讀寫環(huán)境光線照度不足時，電路將發(fā)出聲音提示;

（3）當使用時間達到45分鐘時，電路自動發(fā)出提示，提醒使用者注意休息;

（4）電路測光報警的靈敏度可調(diào);

（5）電路可靠，做出實物能夠實現(xiàn)相應的功能。

4單片機最小系統(tǒng)電路

單片機最小系統(tǒng)是整個設計的核心，可稱之為大腦，或者心臟，其中又細分為單片機、復位電路、晶振電路。

本產(chǎn)品使用的是STC89C52單片機，這款單片機有4組32個io口，一個8位數(shù)據(jù)總線接口，一個串口，一個外部中斷輸入，功能上完全滿足本產(chǎn)品的設計要求，并且價格較低，通用性強。

復位電路使用的是手動按鍵復位，由一個按鍵和一個10uf的電解電容及一個10k的色環(huán)電阻并聯(lián)接到單片機的RST腳上。用來使電路恢復到起始狀態(tài)。

晶振電路，由一個12.000hz的晶體振蕩器，兩個20pf的瓷片電容組成，與單片機的XTAL1、XTAL2兩個引腳連接。用來給單片機提供穩(wěn)定的時鐘信號，使單片機的每一條指令都能夠嚴格按照機器周期來執(zhí)行。

5光線檢測電路

光線檢測電路由光敏電阻，2k色環(huán)電阻和JR42AH型AD轉換芯片組成。光敏電阻將檢測到的光線強弱的模擬量經(jīng)芯片CH0腳輸入芯片，通過AD轉換芯片的處理變成數(shù)字量，再通過芯片CLK、DO、DI三個引腳將信息傳送到單片機P15、P16兩個引腳當中。當光線發(fā)生變化時，光敏電阻的阻值也就不同，然后分得的電壓也不同。經(jīng)過AD采集后就可以得到各種光照強度下的電壓值。從而設定出理想的光線強度報警值。

6程序設計

本設計采用c語言編寫。c語言是一種計算機程序設計語言。它既有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它可以作為系統(tǒng)設計語言，編寫工作系統(tǒng)應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。本產(chǎn)品主要程序都是利用C語言編寫。主要有：超聲波模塊驅動程序、LCD1602液晶屏驅動程序、AD轉換程序、定時報警程序、按鍵程序，延時程序等。

7結論

本次畢業(yè)設計硬件上完成了一個STC89C52單片機的視力保護器的設計，并在此平臺上用單片機C語言進行軟件設計，經(jīng)過測試，基本滿足設計目標，可以完成各項基本功能。本系統(tǒng)開發(fā)空間大，使用靈活，便于用戶擴展功能。當然，由于時間關系，本次設計的系統(tǒng)也有某些不太完善的地方，有待進一步改善。

本文探索并實現(xiàn)了多功能視力保護器設計的完整過程。，該系統(tǒng)具有很高的使用價值，很好地達到了設計的目的;

本文創(chuàng)新點：

1.發(fā)展了利用單片機設計視力保護器的思想，增加了單片機在現(xiàn)實生活中的應用。利用光敏電阻電路檢測光照，通過超聲波傳感器輔助幫組學生坐直進而校正其視力，簡單方便且不會產(chǎn)生系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的問題。

2.盡可能發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢，可以方便向其他功能擴展，也就是利用平臺優(yōu)勢可以衍生更多功能。

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