基于单片机的超声波视力保护仪的设计毕业设计论文Word文件下载.docx

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基于单片机的超声波视力保护仪的设计

赵学琴，吴志荣

（陇东学院电气工程学院甘肃庆阳745000）

摘要:

本设计主要内容是人体视力与桌面距离检测电路的设计与制作，该电路的工作原理是由AT89C52单片机为控制的核心部分，通过超声波传感器测距，能实现使用者距离与学习时间进行定时并通过报警来提示时间已到的功能和使用者注意用眼卫生的功能。

通过LCD显示各种参数信息，并能在线修改各个参数初值来适应不同使用者的需求。

软件利用C语言进行编程，并采用模块化的设计思路。

该系统具有简单实用的特征，对青少年视力保护具有很好的效果。

本设计通过实践证明该视力保护器可行且可靠性很好，使用方便。

本设计期望通过该电子的制作和理论的研究，能为后期进一步设计多功能视力保护器并采取合理措施提高视力保护的有效性提供可靠和有效的数据源和信息依据。

关键词：

单片机；

液晶显示；

报警；

测距

Ultrasonicdistancemeasurementbasedonsinglechip 

ZHAOXue-qin,WUZhi-rong

（ElectricalEngineeringCollege,longdongUniversity,Qingyang745000,Gs）

Abstract:

Thisdesignisthemaincontentofhumanvisionanddesktopdistancedetectioncircuitdesignandproduction,theworkingprincipleofthecircuitiscontrolledbyAT89C51singlechipmicrocomputerasthecore,throughtheultrasonicsensorrange,canrealizeuserdistanceandthelearningtimefortimingandbythetimehascometopromptthealarmfunctionanduserattentionwitheyehealthfunction.ThroughtheLCDdisplayvariousparameters,andcanmodifytheparametersoftheinitialvalueon-linetomeettheneedsofdifferentusers.SoftwareusingClanguageprogramming,andUSESthemodulardesignthinking.Thesystemhasthecharacteristicsofsimpleandpractical,hastheverygoodeffecttoteenagersvisionprotection.

Thisdesignthroughthepracticehasprovedthevisionprotectorfeasibleandgoodreliability,easytouse.Thisdesignexpectationsthroughthetheoreticalstudyoftheelectronicproductionandlateforfurtherdesignofmultifunctionalvisionprotectorandtakereasonablemeasurestoimprovetheeffectivenessofeyeprotectiontoprovidereliableandeffectivedataandinformationbasis.

Keywords:

microcontroller;

LCDdisplay;

alarm;

ranging

1引言

1.1研究的背景

单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。

单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面，如空调、VCD机、手机、微波炉、自动洗衣机及汽车电子设备等。

单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。

它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。

所以单片机在工业应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空间。

当前由于电视、网络的高速发展、学习压力的加重等诸多因素，使得青少年长时间不卫生、超负荷用眼，造成了青少年近视率大大提高。

据国家统计局最近的一项调查显示，目前我国学生视力低下的状况令人担忧。

小学生近视比例为34%，初中生为68%，重点高中生为90%左右，在校大学生视力合格者更少。

而在高考体检中由于自身缺陷原因被限考的学生当中有74%为近视。

据卫生部、教育部联合调查，目前我国学生近视发病率居世界第二，人数居世界之首，全国近视及眼疾患者近3亿人，已经成为全社会关注的公共卫生和社会问题。

视力下降不仅影响青少年的日常生活和学习，对青少年的身心健康造成极大的影响，同时给青少年的成长与发育造成极大的障碍。

在这种情况下，亟须开发一种智能视力保护器。

通过创造健康的读写环境和科学方式，避免因长期读写而导致的近视、驼背、脊柱侧弯、斜视、颈椎病等疾病的发生和发展，用非医药的手段，防范和解除不良读写习惯，避免给人们身体带来伤害。

1.2研究的主要内容

自1992年全国防近视专家指导小组成立以来，防近视产品经历了一个由简单到复杂、由单一到多元、由科技含量低到科技含量高的历程。

在此基础上，科学家们进行了大量艰苦的研制开发工作，推向市场的产品多达几百种，给防近视工作带来了无限的生机。

在国内新疆乌鲁木齐市旭之龙科技有限公司生产的“学生1.5视力保护器”又名称坐视宝，它能对使用者的坐姿不当进行提示。

还有深圳市华恒电子有限公司生产的型号为MS-3023的坐姿矫正器。

可以纠正看书，写字的不良坐姿。

总体看来，国内生产的视力保护器功能特点比较单一，与人们的个性化需求尚有很大的差距，故不能很好的满足广大使用者的需求。

国外也致力于对保护视力的研究，但是他们更侧重于对近视原因的研究。

美国德克萨斯大学西南医学中心何于光博士表示，吃鱼和新鲜蔬菜能够保护视力，降低发生近视的概率。

他们认为通过合理的饮食营养搭配，以及正确的学习习惯，对视力的保护能起到事半功倍的作用。

研究证明，现有的产品只是侧重视力保护的单一方面，功能尚不全面，不能从多个角度保护使用者的视力。

课题由51单片机最小系统、超声波测距模块、显示电路、温度传感器等组成。

利用超声波测距模块HC-SR04测量距离，并对数据进行分析处理，传给51单片机，再通过1602LCD显示出来，同时电源部分采用5V直流电源。

1.3应解决的关键问题

1、对主要硬件电路设计、制作实物时拟解决的关键问题是：

温度等外界干扰对测距精度的影响。

2、超声波测距采用软件编程实现，通过仿真验证其正确性。

2总体方案设计

系统采用STC89C52单片机作为多功能视力保护器的核心控制单元,本系统通过光敏电阻采集光线信号，通过AD采集光线信号的强弱，把光线强度等级化，通过设定报警等级来实现报警；

利用超声波测距传感器测出人脸部与桌面的距离，当小于设定距离时发出报警声提醒；

通过单片机内部定时器计时，当使用达到45分钟时电路自动发出声音提示,提醒使用者注意休息；

系统采用的报警电路由三极管驱动蜂鸣器组成。

系统总体的设计方框图如图2.1所示。

图2.1系统总体方框图

2.1硬件设计

2.1.1电源稳压电路设计

本系统采用电池供电，我们考虑了如下方案为系统供电：

电源电压通过7805稳压芯片为单片机及其它模块提供+5V电压。

经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。

2.1.2主控制器模块

系统采用STC89C52单片机作为智能视力保护器的核心控制单元，充分分析系统，其关键在于实现系统的自动报警与提醒，处理超声波测得的信号，以及处理光照强度信息，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。

这样一来，单片机就可以充分发挥其资源、有较为强大的控制功能和运算功能，I/O口均可按位寻址，同时STC89C52单片机价格非常低廉，这是一种较为理想的方案。

2.1.3光照强度检测模块

光强检测系统采用光敏电阻。

光敏电阻的工作原理是当有光线照射时，电阻内原本处于稳定状态的电子受到激发，成为自由电子，所以光线越强，产生的自由电子也就越多，电阻就会越小。

光敏电阻的优点有内部的光电效应和电极无关，即可以使用直流电源。

灵敏度和半导体材料、以及入射光的波长有关，价格低廉，性价比高。

2.1.4报警提示模块

报警系统采用蜂鸣器报警。

蜂鸣器，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。

价格实惠，对推动视力保护器的普及有很好的优势，能够较好的满足设计的要求。

2.1.5坐姿检测模块

坐姿检测系统采用超声波传感器测距，通过测量人脸与桌面的距离来确定坐姿。

当距离小于设定距离时就发出警报提醒。

超声波传感器体积小，重量轻，使用方便。

价格实惠，是一种较为理想的方案。

2.1.6显示模块

显示界面采用LCD1602液晶进行显示。

LCD1602由于其显示清晰，显示内容丰富、清晰，显示信息量大，使用方便，显示快速而得到了广泛的应用。

在本设计中很好的发挥其优势。

2.2最终方案

经过反复论证，我们最终确定了如下方案：

（1）电源采用6节5号电池。

（2）采用STC89C52单片机作为主控制器。

（3）用光敏电阻检测光照强度。

（4）用超声波传感器检测坐姿。

（5）用LCD1602液晶显示。

（6）用蜂鸣器实现报警。

3硬件实现及单元电路设计

3.1主控制模块

主控制最小系统电路如图3.1所示。

图3.1单片主控电路

（1）中央处理器（CPU）。

它是单片机的核心，包括运算器和控制器两个主要组成部分，用于实现运算和控制功能。

（2）数据存储器。

89C52单片机芯片数据存储器共有128个存储单元，用于存放可读写的数据。

（3）定时器/计数器。

89C52单片机共有两个位的定时器/计数器，以实现定时和计数功能。

（4）并行I/O口。

89C52单片机共有四个8位的I/O口（即P0、P1、P2和P3），用以完成数据的并行输入/输出。

（5）串行I/O口。

89C52单片机有一个全双工串行口，以实现单片机和其他计算机或设备之间的串行数据传送。

（6）程序存储器。

（7）中断控制系统。

3.2电源电路设计

供电模块电路如图3.2所示。

图3.2电源电路