基于单片机的多功能视力保护器Word格式文档下载.docx
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定时报警电路.16
单片机控制电路错误!
定时器报警发声电路错误!
3开发系统软件设计错误!
关于本系统的开发软件简介错误!
KeilSoftware安装及辅助单片机设计的方法概述错误!
系统软件设计.错误!
主要程序介绍.错误!
结论与谢辞错误!
参考文献错误!
学生用视力保护器的设计
摘要：
本文提出了一种基于单片机的多功能视力保护器。
讨论了8051型单片机的硬件电路和软件设计。
并在此硬件基础上实现传感器报警电路、光线强度报警电路及定时报警电路。
目前各种单片机控制的理论和实际应用系统的设计正在引起人们的广泛关注。
本文介绍了单片机的发展概况以及视力保护器的发展概况，并通过8051单片机实现控制电路。
本文详细介绍了利用汇编语言编程产生脉冲的方法，以及利用单片机的定时功能和汇编语言实现定时的方法。
可以深刻体会单片机控制的原理及设计。
详细介绍了系统主要硬件组成部分及其作用，给出了整个系统软件流程图和部分子程序流程图。
介绍了该技术的应用前景和推广价值。
而且提出了本系统尚需解决的一些问题，并给出了可能解决这些问题的途径和方法。
关键词：
传感器报警、光线强度报警、定时器、汇编语言
Studentstousevisualdesignofprotection
（Informationcollege,JinhuaCollegeofProfession&
Technology,DingJian-wei）
AbstractThis:
paperpresentsaMulti-functionalSightprotectorbasedonSingle-chip.Discussedthe8051-basedsingle-chiphardwarecircuitandsoftwaredesign.Andhardwarebasedonthissensoralarmcircuits,lightintensityalarmcircuitandalarmcircuitfromtimetotime.Atpresent,single-chipmicrocomputertocontrolavarietyoftheoreticalandpracticalapplicationofsystemdesignisacauseforwidespreadconcern.ThispaperintroducesthedevelopmentofSCMaswellasthevisionofthedevelopmentofprotectivedevice,andcontrolcircuitrymethodshaveapulse,andtheuseofsingle-chiptimingfunctionandassemblylanguagetoachievethemethodfromtimetotime.SCMcanbeaprofoundexperienceoftheprinciplesanddesign.Detailsofthehardwarecomponentsofthesystemanditsrole,giventheentiresystemsoftwareflowchartflowchartandsomesubroutines.Introducedthetechnologyandpromotethevalueofprospects.Butthesystemstillneedtobeputforwardtosolvesomeoftheproblems,andgivesapossiblewaytosolvetheseproblemsandmethods.
Keywords:
Sensoralarm,lightintensityalarm,timer,assemblylanguage
引言
21世纪是广大中小学生学习压力最大的时期
2006年09月13日，黑龙江
省暨哈尔滨市青少年心理健康宣传月活动圆满结束，活动月期间，50余名心理
咨询专家对2000余名大中小学生进行义务咨询时发现，近30%学生处理人际关系困难，近60%中小学生学习压力大。
学生近视在我国已成为一个日益严重的社会问题。
国家有关部门对许多职业均有明确的视力要求，而一旦近视，花再多的钱医治也不可能恢复原有的视力。
专家认为造成学生近视的最主要原因是读写姿势不正确。
国家教委规定：
学生在读写时，应在一定亮度下，眼睛离读物一尺，身离书桌一拳。
学习压力如此之大，学习时间如此之多，那么，有一个保护视力的装置便显得越来越重要。
选题背景目前，青少年视力低下，已成为国内外共同关心的公共卫生问题。
资料显示，我国小学生视力低下率为%，初中生%，高中生%，大学生%。
特别是调
查显示50%以上的学生及家长缺乏视力保健最基本的科普知识，不懂得“近视
与盲只差一步”的危害性，因而有%视力低下的学生并未采取任何矫正措施，
又缺专业机构的治疗。
对此我们进行了多功能视力保护器的研究设计。
通过创造健康的读写环境和科学方式，避免因长期读写（现代意义的读写包括：
看书、写字、用电脑、看电视等）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，防范和解除因不良读写习惯，避免给人们身体带来伤害。
这个时代在给了我们太多好处的同时，也给了我们太多的附属和悲哀，比如：
如果顺其自然90％的孩子将来注定要和眼镜做一辈子“伴侣”。
近视，作
为一种现代通病，几乎没有办法根治它。
目前的激光切除手术其实是伤害了人体的自然完整，戕害着身心的健全。
于是，百年来人们沿用着“玻璃凹凸”的
笨办法维系着人们对外界求索的目光
既然治疗近视这么困难，人们为什么不听听2000年前中国中医经典的劝谏呢？
“是故圣人不治已病治未病”，防患于未然正和现在的“预防医学”不谋而合。
研究表明，造成近视99％的原因，源自于孩子们平时读书、写字时坐姿不标准，导致眼睛距离书本太近所致。
大部分孩子喜欢趴在课桌上读写，并且老师、家长屡教不改，很难扭转习惯，是家长一直头疼的事。
视力保护器的现状及其展望现在国内外已经有许多电子公司都有自己公司生产的视力保护器。
国内这方面的研究现状为：
在国内新疆乌鲁木齐市旭之龙科技有限公司生产的“学生视力保护器”又名称坐视宝，它能有效的对使用者的坐姿不当进行语音提示。
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，市场上真正的多功能视力保护器几乎没有。
现有的产品只是侧重视力保护的一方面，功能比较单一，不能从多个角度保护使用者的视力。
现在市场上设计的有以超声波技术为主要理论依据的视力保护器。
它就具体就视力保护器的理论与硬件的设计进行了研究。
基于实验室现有的硬件平台，研究目标是完成多功能视力保护器的硬件开发与设计，并完成相应的硬件制作。
其研究内容分为两部分：
对视力保护器的硬件设计和硬件制作。
在设计中存在着如何有效的提高视力保护以及对硬件电路准确调试的难点。
在硬件设计中，基于超声波技术设计的多功能视力保护器电路，通过超声波接收头对接收的超声波信号进行调制输出，实现控制声光提示电路工作的理论研究有一定的研究意义。
通过实践证明该视力保护器可行且可靠性良好，使用方便但也存在一些问题，比如说没有光线控制报警的功能，光线也是伤害学生的视力的一个重要因素。
该设计通过该电子硬件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。
图1-1产品展示
由于现在国内外大量的市场需求，视力保护器的起步才刚刚开始，存在很大的发展空间，各个国家的很多公司均在此方面展开了研究，相信未来视力保护器一定会得到巨大的发展，为广大的中小学生的视力保护做出根本的保障！
本文主要研究内容
鉴于单片机芯片的智能处理功能本设计采用理论计算和实验验证的方法相结合的以单片机芯片为核心的主体电路。
首先是对各单元电路进行设计，并选择合适的元器件。
在选择元器件时，要注意所选芯片的性价比，对于电阻、电容等常用元件要先进行参数计算后再选择。
其次是设计整个电路，并在计算机上对各单元电路进行相应功能的调试仿真！
其中单片机芯片选用较为普遍的8051型，传感器选用水银滚珠型重力传感器，光线报警选用光敏电阻来实现，报警发声系统选用以HFC5219芯片为核心的发声硬件电路。
在设计中利用8051型单片机的定时功能即和的T0和T1，利用单片机的汇编语言进行编程。
电路
通过编程实现自动复位。
本次毕业设计的研究内容是设计一个多功能视力保护器。
它具备以下功能：
1．当使用者脸部与桌面之间的距离小于35CM时,电路将发出声光提示；
2．当读写环境光线照度不足时,电路将发出声光提示；
3．当使用时间达到45分钟时,电路自动发出声光提示,提醒使用者注意休息；
4．单片机的主频为6KHZ；
电路测光报警的灵敏度可调；
5．电路可靠,要求通过计算机仿真并且能够实现相应的功能。
真正帮助学生做到国家教委规定：
学生在读写时，应在一定亮度下，眼离读物一尺，身离书桌一拳
2系统硬件设计
硬件主要以8051型单片机为核心，功能电路主要包括传感器辅助坐直报警电路、光线报警电路、定时报警电路以及报警发声电路等核心电路。
利用单片机的汇编语言。
图2-1和图2-2是本系统设计的基本框图。
定时报警电
路
图2-1系统设计基本框图
图2-2系统设计基本框图
8051单片机简介
8051单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时
/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。
图2-38051单片机芯片图
图2-3为8051单片机的芯片原理图。
8051单片机片内含有掩膜ROM型程序存储器。
因为这种只读存储器中的程序要由单片机生产厂制作芯片时为用户固化于片内，所以只适用于批量极大、程序要永久性保留且不会修改的场合。
其主要组成部分为：
A．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。
运算器主要包括算术逻辑运算部件（ALU）、位处理器、累加器A、寄存器B、缓存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW以及十进制调整电路等。
其主要功能是实现数据的算术运算、逻辑运算、位操作及数据传送等。
控制器主要由时钟和时序电路以及一些控制寄存器组成。
其主要功能是协调整个单片机的工作，产生时序脉冲和提供控制信号等。
B．数据存储器。
MCS-51系列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。
为了与外部扩展的数据存储器相区别，通常称芯片内部的数据存储器为内部数据存储器，简称内部RAM。
C．程序存储器。
8051芯片内部有4KB掩膜ROM用来存放程序和原始数据
通常称之为内部程序存储器或内部ROM。
D．定时器/计数器。
MCS-51共有两个16位的定时器/计数器，以实现定时和计数功能。
E．并行I/O口。
MCS-51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。
F．串行I/O口。
MCS-51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。
G．中断控制系统。
MCS-51共有5个中断源，分高和低两个优先级别。
传感器辅助坐直报警电路
下面具体介绍了传感器的结构和工作原理。
图2-4的运用原理是：
当学生按照国家教委的规定进行学习并且坐得很直的时候，水银滚珠便处于传感器的底端，不与上面的电路连接，即电路断路；
当学生没有坐直即弯腰或趴下或后仰时，水银滚珠便向上滑动与其上的导线连接，电路导通，喇叭发音提醒该学生坐直。
该设计中的传感器初始时处于竖直状态，即传感器紧贴学生头部，学生做的直则传感器处于竖直状态，传感器断路，整个电路不导通，无报警声音。
当学生弯腰或趴下或后仰时，传感器紧贴学生头部且与学生头部竖直方向平行，学生头部歪斜，则传感器随之歪斜，传感器导通，整个电路路导通，报警发声电路工作，发出声音提醒该学生坐直，从而达到保护该学生视力的目的。
当Y0输出高电平时，VT1导通，VT1的集电极电压很低，VT2截止，输出高电平，使集成芯片TM—801A触发发声。
集成芯片TM—801A系列语言集成电路，它内储存有各种语言和动物的叫声信号，选用内储有口哨声的芯片MSS0283-53的集成块，它一旦被高电平触发，
便立即播出内存的语言信号，经VT3放大后，驱动扬声器B发声。
图2-4坐直电路原理图其中传感器为利用水银滚珠的重力来实现传感器倾斜时滚珠的滚动来达到使电路接通的目的。
8051单片机的中断系统
（1）中断概述
中断是由硬件驱动或者软件驱动的信号，中断信号使C5416DSP暂停正在
执行的程序，并进入中断服务程序（ISR）。
C5416DSP既支持软件中断也支持硬件中断：
由程序指令（INTR、TRAP或RESET）请求的软件中断。
②由外部物理设备信号请求的硬件中断。
当同时有多个硬件中断被触发时，C5416DSP按照中断优先级别的高低对它们进行服务。
（2）中断分类
①可屏蔽中断。
②非屏蔽中断。
（3）中断处理步骤
①接收中断请求。
②应答中断。
③执行中断服务程序（ISR）。
（3）中断标志寄存器（IFR）中断标志寄存器是一个存储映射的CPU寄存器，可以识别和清除有效的中
断。
当一个中断出现时，IFR中的相应的中断标志位置1，直到CPU识别该中断为止。
该设计在软件编程中需用到单片机的中断系统和中断指令，具体指令和程序见下章。
光线报警电路
该电路分为光敏电阻控制电路和光线发声报警电路。
其功能是完成由光敏电阻控制的电路在条件满足时发出脉冲，该脉冲作用于8051单片机的口，通过检测口是否为高电平，由中断控制利用口给出满足发声电路需要的脉冲，再由发声电路发出声音提醒学生光线太暗了，需要调节光的亮度，进而达到保护学生视力的目的
2.4.1光敏电阻控制电路
图2-5光敏控制电路原理图
图2-5是光敏控制电路原理图。
当光敏电阻受到较强的光照照射时，光敏电阻阻值低于百欧姆级时，三极管B极电压较低，三极管截止，输出端输出高电平，为模拟信号，经1/4LM339（四电压比较器，用其中的一个即可）转换成数字信号然后经反相器传给单片机，此时，传过去的信号为低电平，即光线正常时输出信号为低电平；
当光敏电阻受到较弱的光照照射时，光敏电阻阻值为无穷大，三极管B极电压很大，三极管导通，输出电压为Vce=，为低电平，经
比较器输出为零，再经反相器作用后输出为1，即光线较暗淡时，总的输出电
压为高电平即1。
图2-5LM339的结构图
图2-5为LM339的结构图。
其中LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：
（1）失调电压小，典型值为2mV；
（2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±
1V-±
18V；
（3）对比较信号源的内阻限制较宽；
（4）共模范围很大，为0~Vo；
（5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；
（6）输出端电位可灵活方便地选用。
LM339集成块采用C-14型封装，图2-5为LM339原理图的外型及管脚排列。
由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四相比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。
2.4.2光线发声报警电路
图2-6光线报警发声电路原理图
如图2-6光线报警发声电路原理图中所示，IC2采用COMS大规模语音集成电路KD-56028，它内储有“请注意近视，快把灯光调亮”的语音信号。
当有高电平信号加至其TG端时，它随即播出内存的语音信号，经VT1，VT2放大后，
驱动扬声器B发出该提醒语句，同时，LED1闪烁发光。
使用本提醒器时，合上开关SB，则CD4060在加上电源的同时，也通过C1，
R1微分网络对器件进行了计数清零（有微分正脉冲加至复位端R）。
调节R4时，若嫌Q12的输出定时15min过长，也可从CD4060的Q9端引出分频脉冲，使脉冲周期为。
调准Q9后，Q12，Q13，Q14将分别输出15，30，60min的定时脉冲。
供电电源采用6F22型6V叠层电池。
KD-56028的工作电压为~5V，为保证其使用安全，在供电通路上串接了两只1N4001二极管，用以降低使用电压。
R采用RTX-1/8W型碳膜电阻器；
R4选用WH7型微调电位器；
VT1，VT2分别选用9013（NPN）和9012（PNP型）晶体三极管；
要求h>
=100；
B采用YD57-2型电动式扬声器。
定时报警电路
定时报警电路分为单片机控制电路和定时器报警发声电路。
它主要通过单片机的定时计数功能完成定时45分钟并使报警电路发出报警声，用以提醒学生休息！
8051单片机内有两个可编程的定时器/计数器，满足诸如对外部脉冲进行记数，产生精确的定时时间，作串行口的波特发生器等功能的需要。
它们具有两种工作模式（计数器模式和定时器模式）及4种工作方式（方式0，方式1，方式2，方式3）。
其控制字均在相应的特殊功能寄存器中，通过对它的特殊功能寄存器的编制，可以方便的选择适当的工作模式和工作方式。
当定时器/计数器为定时工作方式时，计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生，即每过一个机器周期，计数器加1，直至计数满溢出为止。
显然，
定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。
因一个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率fcount=1/12osc。
如果晶振为12MHz，则计数周期为：
T=1/（12×
106）Hz×
1/12=1μs这是最短的定时周期。
若要延长定时时间，则需要改变定时器的初值，并要适当选择定时器的长度（如8位、13位、16位等）。
当定时器/计数器为计数工作方式时，通过引脚T0和T1对外部信号计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。
计数器在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平。
若一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加
1。
此后的机器周期S3P1期间，新的计数值装入计数器。
所以检测一个由1至0的跳变需要两个机器周期，故外部事年的最高计数频率为振荡频率的1/24。
例如，如果选用12MHz晶振，则最高计数频率为。
虽然对外部输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保某给定电平在变化前至少被采样一次，外部计数脉冲的高电平与低电平保持时间均需在一个机器周期以上。
工作方式控制寄存器TMOD用于控制定时器/计数器的工作模式及工作方式，它的字节地址为89H。
定时器/计数器的两个作用是用来精确的模拟一段时
间间隔（作定时器用）或累计外部输入的脉冲个数（作计数器用）。
当作定时器用
时，在其输入端输入周期固定的脉冲个数，即可计算出所定时间的长度。
当8051内部的定时器/计数器被选定为定时器工作模式时，记数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期产生一个脉冲使计数器增1，因此，定时器/计数器的输入脉
冲和机器周期一样，为时钟频率的1/12。
本设计采用的时钟周期为6MHz，记数
速度为500KHz，输入脉冲的时间间隔为秒。
2.5.1单片机控制电路
单片机控制电路由8051单片机的和即T0和T1定时/计数器通过单片机的汇编语言来实现！
定时时间为50分钟，其计时初值可计算如下：
50*60=3000s=30000*100ms
100ms用T0定时设置T0工作方式1，30000次用T2计数，设T2工作方式为11。
T0的定时初值为：
2^16-100ms/2us=15536=C3B0H；
T1的计数初值为65536-30000=35536=8AD0H
其中T0为定时器，T1为计数器，定时器T0定时100ms后，计数器T1计数一次，此时，定时器T0进行中断服务程序ZDT0进行定时器T0循环定时进入下一个定时周期，当满足又一次定时满100ms时，再由计数器T1计数一次，如
此循环下去，直到满足计数器T1计数30000次，计数器T1进入中断服务程序ZDT1，其功能是使单片机的引脚发送一个脉冲触发定时报警发声电路，由定时报警发声电路发出报警信号，使学生意识到已经学习了45分钟了，需要休息一下，进而达到保护学生视力的目的。
此时，学生应关闭视力保护器电源，休息后在开启电源以进行节能。
开启电源后，定时器T0和计数器T1进行到下一循环，对定时器进行赋值，T0定时，T计数，再进行报警。
定时用的汇编语言程序见附录。
2.5.2定时器报警发
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