基于51单片机的视力保护仪设计说明书学位论文.docx

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基于51单片机的视力保护仪设计说明书学位论文

毕业设计说明书

基于51单片机的视力保护仪设计

办学单位：

应天职业技术学院

班级：

电子121班

学生：

彭小滠

指导教师：

葛东旭

提交日期：

2015年3月20日

摘要

摘要：

本论文阐述了一种基于单片机的智能视力保护器的设计。

该设计以89C52为核心，可实现距离监测、设置报警距离等功能，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。

测距是利用超声波传感器来实现。

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。

关键词：

STC89C52；超声波:

视力保护

Abstract:

Thispaperexpoundsadesignofintelligentvisionprotectorbasedonsinglechipmicrocomputer.Thesystemwith89C52asthecoreusesLCDtodisplayvariousparameterinformation,andchangestheparameterinitialvalueonlinetoadapttotheneedsofdifferentusers.Distancemeasurementisrealizedbyultrasonicsensors,lightintensitydetectionisachievedbyphotosensitiveelement,timerfunctionisrealizedby89C52’stimer.SoftwaredesignusesClanguagetoprograme,withmodularthought.Thesystemhasthecharacteristicsofsimpleandpractical,hastheverygoodeffecttoteenagersvisionprotection.

Keywords:

STC89C52;Ultrasonic;Visionprotection

第一章绪论

1.1选题背景

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选题的意义

目前，坐姿劳动者的腰部疼痛的发病率逐年升高，腰椎疼痛、腰骨酸痛、腰椎间盘突出、臀部及肩部的肌肉酸痛已成为坐姿办公一族的常见疾病，而这一现象的元凶则为我们已沿袭几千年来的不良坐姿。

再者，多数青少年学生因为坐姿不良导致近视，轻微驼背，身高发育不良，据调查，有41.6%的学生并未采取任何矫正坐姿的措施，又缺乏专业机构的治疗；因此坐姿矫正系统的设计将给使用者带来健康的读书与办公环境，用非医药的手段来防患不良坐姿所带来的身体伤害。

1.3设计的任务

本设计是以单片机为核心的主体电路，坐姿纠正、报警功能。

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其中单片机选用较为普遍的STC89C52，坐姿传感器选用超声波传感器，报警发声选用蜂鸣器发声硬件电路。

本次毕业设计的研究内容是设计一个智能视力保护器。

它具备以下功能和特点：

（1）当使用者脸部与读物之间的距离小于设定距离时,电路将发出声音提示；

（4）电路可靠,做出实物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。

第2章系统总体方案系统设计

2.2系统主要模块的选择与论证

2.2.1探头检测模块的选择与论证

方案一：

选用红外线传感器测距。

其原理是传感器的红外发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光，接收管接收的光强随反射物体的距离变化，据此判断前方是否有障碍物并根据接收信号强弱判断物体的距离。

但是价格贵。

方案二：

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。

上述分析，方案一虽然精度更精确。

却稍显复杂。

方案二超声波传感器体积小，重量轻，使用方便。

价格实惠更加容易实现，也更加稳定可靠。

所以我选择方案二。

2.2.2单片机控制模块的选择与论证

方案一：

采用传统的STC89S52单片机作为主控芯片。

此芯片价格便宜、操作简便，低功耗，比较经济实惠。

方案二：

采用TI公司生产的MSP430F149系列单片机作为主控芯片。

此单片机是一款高性能的低功耗的16位单片机，具有非常强大的功能，且内置高速12位ADC。

但其价格比较昂贵，而且是TPFQ贴片封装，不利于焊接，需要PCB制板，大大增加了成本和开发周期。

考虑到此系统需要不用到ADC，从性能和价格上综合考虑我们选择方案一，即用STC89S52作为本系统的主控芯片。

2.2.3显示模块的选择与论证

方案一：

采用12864液晶显示屏。

12864液晶显示模块自身内置8192个中文汉字、128个字符及64X256点阵显示RAM。

可以显示汉字以及图案。

方案二：

选择使用LCD1602液晶显示屏。

LCD1602能够显示16列2行,但是只能显示字母、数字和符号能显示16*2个字符，不能显示汉字。

由于LCD1602寄存器不止32个，所以软件编写可以使字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果比较简单。

经过上述分析，在编程使用方面，12864液晶显示屏和LCD1602难度差不多，虽然12864液晶屏可以显示更多的字符，汉字，乃至图案，有更多LCD1602不具备的功能。

但是LCD1602液晶屏也能实现系统设计的要求，而且LCD1602价格比较便宜一点点，我们接触的比较多。

综上所述，显示器模块选择方案二的LCD1602。

2.3总体系统设计框图

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,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；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01？

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第3章系统硬件系统设计

3.1概述

本次的毕业系统设计主要由4个模块构成，分别是STC89C52单片机主控模块、超声波传感器模块、LCD1602液晶显示模块及报警模块。

其中STC89C52单片机主控模块是本系统设计的核心模块，核心模块主要是指STC89C52芯片，它控制整个系统的运行，利用STC89C52单片机各个口分别控制其它模块，使超声波传感器，LCD1602液晶显示器，蜂咛器形成一个稳定运行的系统，进而满足本系统设计的功能需要；报警模块主要是指将蜂咛器接入单片机电路。

由软件编写给蜂咛器报警所需要距离范围，实现越限报警；接STC89C52单片机即可。

LCD1602液晶显示模块同样直接接入STC89C52单片机即可，LCD1602主要的功能就是完成对单片机处理后的数据进行显示。

3.2控制模块

CPU是STC公司的8051系列单片机STC89C52。

时钟电路由一个频率为11.0592MHz的晶振和两个22pF的电容组成。

复位电路由一个10k的电阻组成，采用上电复位方式。

3.2.1STC89C52单片机简介

（1）概述

STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的ST89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，ST89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程（S系列的才支持在线编程）。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

（2）主要功能特性

◆兼容MCS51指令系统

◆8k可反复擦写（>1000次）FlashROM

◆32个双向I/O口256x8bit内部RAM

◆3个16位可编程定时/计数器中断?

时钟频率0-24MHz

◆2个串行中断

◆可编程UART串行通道

◆2个外部中断源

◆共8个中断源

◆2个读写中断口线

◆3级加密位

◆低功耗空闲和掉电模式

◆软件设置睡眠和唤醒功能

（3）8051单片机的引脚功能

MCS-51系列单片机一般采用40个引脚，双列直插式封装，用HMOS工艺制造，其外部引脚排列如图3.1所示。

其中，各引脚的功能为：

（a）DIP引脚图（b）逻辑符号

图038051单片机外部引脚排列

主电源引脚

Vcc（40脚）：

接＋5V电源正端

Vss（20脚）：

接＋5V电源地端

一般Vcc和Vss间应接高频去耦电容和低频滤波电容。

外接晶体或外部振荡器引脚

XTAL1（19脚）：

接外部晶振的一个引脚。

在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器OSC。

当采用外部振荡器时，此引脚应接地。

XTAL2（18脚）：

接外部晶振的另一个引脚。

在片内接至反相放大器的输出端和内部时钟电路的输入端。

当采用外部振荡器时，此脚接外部振荡器的输出端。

控制信号线

RST/VPD（9脚）：

复位信号输入端，复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端

ALE/（30脚）：

地址锁存允许/编程脉冲输入。

用ALE锁存从P0口输出的低8位地址；在对片内EPROM编程时，编程脉冲由此输入。

（29脚）：

外部程序存储器读选通信号，低电平有效。

/VPP（31脚）：

访问外部存储器允许/编程电压输入。

EA为高电平时，访问内部存储器；低电平时，访问外部存储器。

对片内EPROM编程时，此脚接21V编程电压。

多功能I/O口引脚

8051单片机设有4个双向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一组I/O口线都可以独立地用作输入或输出口，其中：

P0口（32～39脚）——双向口（三态），可作为输入/输出口，可驱动8个LSTTL门电路。

实际应用中常作