基于单片机的视力保护器设计.docx

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基于单片机的视力保护器设计

1.前言

1.1课题研究的背景及意义

在当今社会当中很多的不仅仅是青少年还有很多的成年人工作者长时间的不合理使用手机和电脑，又有学习和工作压力的变大，长时间用眼等等原因，造成当前青少年近视率很大程度上的提升，近视年龄越来越儿童化。

由于社会的发展和进步，家庭条件变得不像以前一样连电视机都买不起，很多孩子很小就拥有了手机，平板等电子产品。

他们不像80年代90年代的孩子一样在小时候经常一起出去玩耍与大自然接触。

而且待在家里玩手机和平板甚至是电脑等等电子产品。

小孩本来就没有发育完全，加上长时间的用眼过度，对眼睛造成很大的伤害，所以近视的概率非常极其的大。

而且，很多孩子的读书姿势和写字时候的姿势都不正确，这又大大加重了近视眼的概率。

家长们也因为工作家务的繁忙可能忽略了这一点。

由国家统计局的调查可以发现，随着年龄的增长，近视率越大，小学是34%,初中生为68%,高中生为90%,而大学生更为严重，几乎没有视力合格者。

视力的下降，不但会影响学习，还会对生活，甚至身心健康造成一定的影响。

走在现在的大街上基本人人都戴着眼镜或者是隐形眼镜。

有些人已经离不开眼镜，没有眼镜的话基本看不见眼前的事物，这对生活上也是一个很大的影响。

俗话说眼睛是心灵的窗户，拥有一双明亮美丽的眼睛是每一个人都想的。

谁都不想一辈子与眼镜在一起。

戴上眼镜之后对自己的形象也有一定的影响，也许会使人自卑，没有信心等种种因素。

在这样一个社会发展状况下，开发一种视力保护器的话，可以保护青少年正常健康使用眼睛，这也是成为当今社会的一个迫切的要求。

保护器能使预防近视眼的效果事半功倍。

所以我们这次的设计将是一个非常有意义的设计，对青少年的身体健康发展有很大的帮助。

1.2国内外发展状况

从1992年开始国建对近视越来越重视，还成立了专门的指导小组。

自此之后，防近视产品开始进入高速发展阶段。

现在有旭之龙科技坐视宝，通过坐姿来矫正保护视力，华恒电子的坐姿矫正器，也是通过坐姿矫正来保护视力。

现在很多的行业对视力的要求也是非常的高，例如：

军事行业，航天事业，精密仪器事业等等，这些领域在将来会有很严重的人才缺失就是因为视力的不合格。

在国外却很重视对近视眼的研究和保护，如吃鱼和吃蔬菜可以保护视力。

当然光靠吃是远远不够的，还需要平时自己的保护和重视。

眼睛就用了就需要休息，它和我们人是一样的，不仅仅是眼睛，我们身上的每一个器官。

用了一段时间都会需要休息。

这样才是更好的为下一次的使用提供更好的条件。

很多人都会需选择手术治疗近视眼，像激光治疗等等。

其实手术治疗它违背了人体的自然构造，伤害了眼睛的构造。

应该提早的去预防近视眼。

有很多孩子喜欢趴着读书写字，这种坏习惯，不正确的姿势对眼睛具有严重的危害。

正确的姿势和使用眼睛才能更好的预防近视眼。

据国外研究者表示，在儿童成长期的时候定期的去进行视力检查是预防近视眼的一个很好的办法。

并且要多举行户外活动，要减少电子产品的使用。

这样不仅可以预防近视，而且对自己的身心也有很大的帮助，外面的花草树木是很好的风景。

在市场这么大的情况下，视力保护器具有很大的发展空间，但是视力保护器的功能也比较的专一，除了保护视力以外就没有其他的用处。

虽然我们国家有眼保健操，但是在宣传、检查、实施方面比较的弱小，导致了效果不是很明显。

而在其他外国国家，例如法国，他们从小就注重视力的检查，一旦查到有什么问题都会第一时间去矫正。

再比如说美国，他们国家非常重视日常的眼睛保健，所以近视率才只有我国的三分之一。

但是也有国家国人的视力状况很不良好，例如日本，因为它这个国家的游戏，动漫产业非常的发达，导致了很多小孩子会去玩游戏和看动漫，从而视力极其的不好。

所以在视力保护这一方面不仅仅是需要科技去预防，还更加的需要国家的一些政策和大力度的宣传检查及实施。

1.3本文研究的主要内容

在社会飞速发展的情况下，生活也在水平不断的提高。

电子产品也在飞速的发展，作为电子产品大国，保护人们的眼睛是一件非常重要的事情，所以我们这次的毕业设计是以单片机为核心，来实现一个距离的测试和光强的测试。

首先我们要选择设计所需要的各个元器件，选择元器件的时候要比较各个器件的性价比。

还有些器件是要通过参数计算之后才能选择。

比如在单片机芯片当中，更好的了解其他的知识，它的发展历程就有五个阶段，每个阶段都有很大的影响。

还有它的用途，我们平时生活中也经常用，洗衣机，冰箱等等很多的家电产品和小孩子的一些高级玩具当中都有单片机。

这些不去查阅资料的话我们都不会知道里面会有单片机。

它其实更像一个微型的计算机一样，拥有计算机的基本结构和功能即使它只是一个芯片而已。

像这次设计我们会选用AC89C51来作为我们的芯片

本次是设计一个智能视力保护器。

它具备以下功能和特点：

（1） 使用超声波检测使用者于桌面的距离，如果发现超出安全距离就进行警报提示；

（2） 使用光敏检测当前阅读环境的光强，光强过强或者过弱都要进行警报提示；

（3） 连续工作大于45分钟，机器会发生警报，提醒使用者注意休息；

（4） 能通过按钮来改变报警提示点。

2.方案设计

2.1设计思想

本设计通过单片机来控制处理事件，以超声波为测量手段，光敏电阻为光强检测感应，按键作为输入，改变警报参数的临界点，通过定时器来进行时间累积，以1602作为内容显示器。

2.2设计框架

2.3器件选择

2.3.1单片机控制器选择

采用51单片机

从性能上来说，AVR单片机会更加强，内部资源更加丰富；从实用性来说，51单片机学习性更加便捷。

综合我们实际应用来说，对单片机的内部资源要求并不强烈，更加倾向于便捷性，通用性。

所以，本次设计中，采用51单片机比较合适。

2.3.2传感器方案选择

采用超声波测距

激光测距可以采用脉冲法和相位法两种测试方法，测试精度会比较高，测试原理比较复杂，在价钱方面会比较贵，还有一点就是参考资料比较少。

而超声波测距，是我们现在常见的一种测试方案，电路简单，价格低。

利用的是声波传输测距。

因为是常见使用的测试方案，所以参考资料比较丰富，可以随意找到成熟的案例作为参考。

所以综合设计的本意和预算来看，超声波测距比较适合。

2.3.3显示器的选择

我们用1602显示器。

它的显示内容比较的单一，仅仅可以显示英文或字符。

相比较而言，它的显示器比其他显示器简单，而且成本低，是非常常见的显示方式。

而12864显示器的显示内容却很丰富，可以显示中英文、字符，还可以显示图案等信息，控制电路也比1602显示器简单很多，但在软件系统的编程过程中，控制系统的逻辑思想相对于1602很复杂，成本也非常的高。

所以根据我们的需要，不用显示复杂的内容，没有图案之类需要显示的，只是单纯的字符显示，因此无论是从显示内容或者成本上来说，LCD1602液晶显示器已经可以满足项目的需求了。

所以采用LCD1602液晶显示器作为主要的显示器件。

2.3.4控制方案

我可以使用并行输入的按键输入控制方式来进行控制，单片机可以使用一对一的方式，既是一个端口控制一个按键。

在10端口比较多的时候，是很简单的，但是当单片机的端口很少甚至于缺少的时候，就需要向其他办法，比如外拓端口。

此时的电路比行列电路的控制就会更加的复杂。

而我们所需要的单片机的10端口可以去满足我们设计的要求，并且所需要的按键不多，比较少。

所以采用此方式进行一个输入控制。

2.3.5警报方案设计

采用蜂鸣器方式进行警报。

使用蜂鸣器进行警报，这个是一种常用的学习性警报电路，该电路构成简单，元件少，电路原理可以一下子就看的清晰，清晰易懂，重要的是成本极其低廉。

综合本设计的需求，对警报方面并没有严谨的要求，只是一种功能性的体现，而且预算上并不充裕，该方案刚好对应，所以选择蜂鸣器作为本设计的警报方案。

2.3.6信号处理方案设计：

采用串行的ADC0832作为信号处理方案。

其实这两个方案的对比，其根本就是通信方式的选择。

采用并行通信方式，ADC0809具有8路通道，可以同时对多路AD进行转换采集，然后通过并行方式和单片机进行数据的传输。

从通道选择方面来说，ADC0809是一种典型的处理方案，也很适合初学者进行学习。

但是从端口方面来说，ADC0809就需要更多的端口进行通信，这样和其他电路结合起来，那么整个电路的设计就会复杂，布局也会相对困难。

方案二采用的是串行通信方式，这个通信方式最大的优点就是可以采用小数端口来进行大量数据的传输，但是传输的速率并不快，同时也是可以进行两路通道的采集，在某种程度上来说，也可以同时进行多通道输入。

结合设计来思考，本设计需要采集的AD信号不多，只有量路，另外成本上也没有那么充足的预算，所以说采用串行ADC0832是最佳。

2.3.7供电方案设计

采用USB电源方式供电。

采用USB电源来供电的话，就会在一定程度上限制使用的便捷性。

但是因为现在大家都是通用USB供电，一般都会随身携带充电宝等可以进行USB供电的设备，所以说这个户外使用并不会造成过大的干扰。

结合设计来思考，另外成本上也没有那么充足的预算，决定采用USB电源供电方式。

3.硬件系统

3.1单片机

本次的设计我们使用的是AT89C51单片机芯片。

该芯片作为全新的8位单片机，他的存储器为4K、运存为128B,工作频率最高为24MHZ；它拥有三十二条的输入输出线，十六位定时/计数器，五个中断源，以及一个串行口；其集成度及可靠性较高、体积小、结构简单、快速且处理能力强。

由于本设计需求的是一种低压、性能强的单片机，然而AT89C51内部的Flash只读程序存储器为4k字节，而且具备循环往复的可擦写；128K的可随机性存取数据存储器，足以满足我们的设计需要。

主要的器件产品的精度较高、非易失性优良，还能够与标准MCS-51指令系统相兼容。

它内部配置的存储单元和处理器，都使的采用851单片机的解决问题所带来的效益可观性增加。

851单片机强悍的性能体现在以下，它具备四十个引脚，三十二个输入输出端口，功耗低，同时满足常规的方法与在线方法来进行编程，微处理器和存储器的结合设计值得一提，反复的擦拭功能使得成本的降低，其性价比极高。

其管脚图如图2所示

3.1.1芯片及电源引脚

引脚XTAL1和XTAL2是外部连接的晶体，其分别是作为片内振荡器的反相放大器的输入端和输出端。

具体使用操作时只需将1接入到外部振荡信号，使2处于悬空状态。

当他的状态改变为内部时，此时将会产生振荡脉冲，由时钟产生的12MHz晶振对应6MHz的频率时。

晶振的频率在1MHz-24MHz之内。

这样的话电容大小约为30PF,具体电路图见图3

我们在使用RST复位的时候，先将引脚的高电平保持在2个机器周期范围以上，使单片机芯片能够一次又一次的恢复到原来的地方，恢复以后，这里的P0和P3端口都设为1,此时还需保持高电平引脚，然后计数器和寄存器全部清空为0,此时引脚电平发生变动时，芯片运行也随之改变，由高到低位于芯片ROM的ooH状态，这时候程序启动。

见图4

输入输出引脚

（1） Po端口为8位的双向I/O端口。

需要高阻抗输入要设为1；作输出则设为O,并且能够驱动八个TTLO给出指令并在外部连接上拉电阻即可校验程序。

（2） P1端口P[LO—1.7]为8位双向I/O端口，且含有内部上拉电阻。

输出时可驱动4个TTLo作高阻抗输入的需要置lo内部的Flash程序存储器的编程获取低8位的地址信息。

（3） P2端口P[2.0—2.7]为8位的双向I/O端口，且含有内部上拉电阻。

输出时可驱动4个TTLo作高阻抗输入的需要置1。

内部的Flash程序存储器的编程获取高8位的地址以及控制信息。

（4） P3端口P[3.0—3.7]为8位双向I/O端口，且含有内部上拉电阻。

输出时可驱动4个TTLo作高阻抗输入的需要置1。

其它的控