智能語音提示視力保護(hù)儀的設(shè)計(jì)

李鋼

（廣州鉅龍包裝設(shè)備有限公司 廣東省廣州市 511442）

隨著現(xiàn)代社會電子產(chǎn)品的高速發(fā)展，在給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作帶來方便的同時(shí)，也相應(yīng)的帶來了諸多負(fù)面作用，比如長時(shí)間的用眼，導(dǎo)致眼睛的疲勞,錯(cuò)誤的用眼坐姿等，都對眼睛造成了極大的傷害[1]。同時(shí)手機(jī)、電腦、電視機(jī)、游戲機(jī)，也帶來了一系列的影響，進(jìn)而引發(fā)青少年的近視，導(dǎo)致近視眼的大量出現(xiàn)。近視已經(jīng)成為當(dāng)今世界范圍內(nèi)發(fā)病率較高的眼病之一，如何保護(hù)視力已經(jīng)引起了社會各界的廣泛關(guān)注。尤其對中小學(xué)生來說沉重的學(xué)業(yè)是導(dǎo)致青少年視力下降的重要因素之一，2018年8月我國發(fā)布首份《義務(wù)教育質(zhì)量監(jiān)測報(bào)告》（以下簡稱報(bào)告）。報(bào)告指出學(xué)生視力不良問題突出，四年級、八年級學(xué)生視力不良檢出率分別為36.5%和65.3%[2]，我國青少年近視率已經(jīng)高居世界第一，學(xué)業(yè)和應(yīng)試教育的壓力讓青少年長期處于近距離的學(xué)習(xí)狀態(tài)，并養(yǎng)成了不良的用眼習(xí)慣，保護(hù)青少年視力已十分重要。因此，本文設(shè)計(jì)了一款基于STC15f2k60s2 單片機(jī)智能語音提示視力保護(hù)儀,主要采用超聲波模塊、光線強(qiáng)度檢測模塊、語音播放模塊實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖如圖1 所示。

圖1：系統(tǒng)總體方框圖

圖2：單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

1 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的硬件電路主要包括三個(gè)部分：主控模塊控制電路部分；語音播放電路部分；電源電路部分。其中主控模塊控制電路部分主要負(fù)責(zé)用眼等方面的控制，包括燈亮度、坐姿糾正等功能；而語音處理模塊則包括文本語音播放模塊的驅(qū)動和控制；電源部分主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的供電。

1.1 主控電路模塊

處理器單片機(jī)STC15f2k60s2 最小系統(tǒng)：單片機(jī)內(nèi)部有2 個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。內(nèi)部機(jī)構(gòu)電路如圖2 所示。

圖3：光照采集電路

圖4：超聲波模塊電路

圖5：文本語音播報(bào)模塊電路

圖6：電源電路

單片機(jī)主要負(fù)責(zé)燈控制、處理部分的功能，包括：

（1）輸出PWM 控制臺燈的通斷和亮度。

（2）驅(qū)動超聲波模塊進(jìn)行測距，同時(shí)判斷人體與臺燈的距離是否適中，否則進(jìn)行發(fā)送報(bào)警信號到文本語音模塊進(jìn)行語音提醒。

（3）處理人體紅外感應(yīng)模塊的信號[3]。

控制人體接近時(shí)臺燈的點(diǎn)亮和人離開一定時(shí)間時(shí)臺燈的熄滅。

1.1.1 光照強(qiáng)度檢測電路

光照強(qiáng)度檢測采用光敏電阻進(jìn)行檢測，光敏電阻的阻值會隨著光照強(qiáng)度而改變，通過不同的電阻值轉(zhuǎn)換成不同的電壓值，經(jīng)過AD 采集后就可以得到各種光照強(qiáng)度下的數(shù)量值。ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，已經(jīng)有很高的普及率。電路如圖3 所示。

1.1.2 超聲波坐姿測距電路

坐姿測距采用HC-RS04 超聲波模塊， HC-SR04 超聲波測距模塊可提供2cm-400cm 的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。像智能小車的測距以及轉(zhuǎn)向，或是一些項(xiàng)目中，常常會用到。智能小車測距可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)前方的障礙物，使智能小車可以及時(shí)轉(zhuǎn)向，避開障礙物。超聲波模塊電路如圖4 所示。

1.2 文本語音播報(bào)電路模塊

主要由文本語音播報(bào)模塊和喇叭構(gòu)成，這是我們最常見的音頻放大電路，連接電路如圖5 所示，主要功能完成單片機(jī)程序中固定的提示內(nèi)容文本內(nèi)容的播報(bào)。

1.3 電源電路模塊

電源電路如圖6 所示。

主要完成整個(gè)系統(tǒng)的供電、充電功能。同時(shí)內(nèi)置充電寶模塊，提供2 個(gè)外擴(kuò)的USB 充電口。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

如圖7 所示為系統(tǒng)坐姿檢測超聲波測量主程序流程圖。

3 結(jié)論

圖7：超聲波測距子程序流程圖

本文設(shè)計(jì)了一種基于STC15f2k60s2 單片機(jī)的智能語音視力保護(hù)儀。該設(shè)計(jì)能通過智能語音提醒讀寫者在讀寫過程控制讀寫距離并環(huán)境亮度的調(diào)節(jié)，改變不良習(xí)慣，緩解視力下降。該設(shè)計(jì)使用STC15f2k60s2 單片機(jī)主控芯片進(jìn)行控制，主要有：主控電路模塊（光照強(qiáng)度檢測電路、超聲波坐姿測距模塊電路）；文本語音播報(bào)電路模塊；電源電路模塊構(gòu)成。其價(jià)格低廉、功能較齊全，該電路設(shè)計(jì)的光靈敏度高，精確穩(wěn)定可靠，實(shí)用性強(qiáng)，有很好的擴(kuò)展性和實(shí)用性。