《多功能視力保護(hù)器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)電子信息工程專業(yè)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《多功能視力保護(hù)器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)電子信息工程專業(yè)（22頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 多功能視力保護(hù)器 【摘要】 現(xiàn)在這個社會近視的人越來越多了。所以設(shè)計(jì)一個視力保護(hù)器是非常重要的。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要從單片機(jī)的知識層面出發(fā)，我把所學(xué)的課堂上所學(xué)到的理論知識運(yùn)用到本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過軟件上不斷的調(diào)試后，在硬件方面主要實(shí)現(xiàn)人在使用視力保護(hù)器的時候，臉部與桌面在距離50cm的時候，當(dāng)下學(xué)習(xí)環(huán)境的亮度低于30%的時候，學(xué)習(xí)時間超過45min時，蜂鳴器皆會發(fā)出提醒。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；硬件；視力保護(hù) 1、緒論 1.1課題背景

2、 現(xiàn)在這個社會是學(xué)生學(xué)習(xí)的壓力越來越大。在2016年09月時，某省關(guān)于青少年心理健康宣傳月活動取得圓滿成功，在本活動期間，有很多心理咨詢專家在對大中小學(xué)生進(jìn)行義務(wù)咨詢時發(fā)現(xiàn)，有大概25%學(xué)生在與人溝通時表現(xiàn)出尷尬困難，近50%中小學(xué)生學(xué)習(xí)壓力大。想必大家都知道，現(xiàn)在很多工作均有明確的視力要求，而一旦近視，花再多的錢醫(yī)治也不可能恢復(fù)原來的視力。所以有一個好視力是多么的重要。當(dāng)今的中小學(xué)生作業(yè)繁多，學(xué)習(xí)壓力巨大。就保護(hù)孩子視力而言，擁有一個好的視力保護(hù)器是多么重要。 在整個大環(huán)境里，無論在哪里，青少年視力低下的現(xiàn)象都受到密切關(guān)注。根據(jù)相關(guān)研究表明，我國小學(xué)生視力低下率為26%，初中生53

3、%，高中生72%，大學(xué)生77%。在這個調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，更令人不可思議的是調(diào)查顯示大部分的家長及學(xué)生本人在視力保護(hù)方面健最基本的知識都不了解，根本不懂得自己離近視越來越近。因此絕大部分近視的學(xué)生不懂得如何保護(hù)自己的眼睛，更不要說有專業(yè)機(jī)構(gòu)的治療。本次設(shè)計(jì)目的就是想通過用非醫(yī)藥的手段，在孩子們學(xué)習(xí)的時候，養(yǎng)成一個好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，在根源上有效杜絕近視給人們身體帶來的不好影響。 為了避免因長期使用不正確的讀寫姿勢而導(dǎo)致近視問題。本次的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)很符合當(dāng)下的趨勢,從人們讀寫習(xí)慣出發(fā),給出一個好的學(xué)習(xí)環(huán)境以及正確的坐姿，防止給人們的身心帶來風(fēng)險。 1.2當(dāng)下視力保護(hù)器的趨勢 根據(jù)設(shè)計(jì)之前的市場調(diào)研，

4、現(xiàn)在很多的廠家都有生產(chǎn)一些保護(hù)視力的產(chǎn)品。從整個市場看來，國內(nèi)生產(chǎn)的視力保護(hù)器在功能方面還存在許多不足。絕大部分的產(chǎn)品沒辦法全面的改善使用者的視力，只是起到一個輔助的功能，在我的設(shè)計(jì)理念里面。一個好的視力保護(hù)器應(yīng)能在很大程度上的糾正使用者在讀寫時候的不良坐姿。從根本上有效的防止近視惡化這一問題。視力保護(hù)這一方面在國外也獲得到高度重視，可是他們更傾向于鉆研造成近視的原因。在美國大學(xué)某博士表示，吃新鮮果蔬和魚能夠在一定的程度上保護(hù)視力，降低發(fā)生近視的風(fēng)險。很多專家研究表明飲食營養(yǎng)搭配合理，以及正確的學(xué)習(xí)習(xí)慣跟環(huán)境，對眼睛的保護(hù)能夠有很好的效果。經(jīng)過大量的市場數(shù)據(jù)證實(shí)，現(xiàn)今市場上沒有一款真正意義上的

5、多功能視力保護(hù)器。大部分的產(chǎn)品都是側(cè)重于輔助視力這一塊，功效單一，不能從根本上的維護(hù)使用者的視力。 1.3設(shè)計(jì)要求 本課題設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為主要路線，在設(shè)計(jì)好相關(guān)的電路原理圖以后，就可以開始買每個電路所用到的元器件了，在買元件的時候要注意所選芯片的性價比，為了防止一些元件買來以后自己用不上，不符合自己的要求。有些電子元件應(yīng)根據(jù)你所需要的參數(shù)先計(jì)算好后再選擇，比如電阻、電容。在經(jīng)過多次的比較后，本課題的主要芯片選用STC89C52，在光線報(bào)警的時候選用光敏電阻來實(shí)現(xiàn)，檢測坐姿的傳感器用的是超聲波傳感器，蜂鳴器發(fā)聲用來提示報(bào)警。主要能實(shí)現(xiàn)以下功能： 1． 當(dāng)讀寫環(huán)境光線照度低于

6、30%時,電路將發(fā)出聲音報(bào)警提示； 2． 當(dāng)學(xué)習(xí)時間達(dá)到45分鐘時,電路自動發(fā)出聲音報(bào)警提示,提醒使用者注意學(xué)習(xí)過久適度休息； 3． 當(dāng)使用者臉部與桌面之間的間隔小于30CM時,電路將發(fā)出聲音提醒； 4． 光照強(qiáng)度的報(bào)警靈敏度可調(diào)； 5. 電路安全可靠，穩(wěn)定性好。 2、總體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)主要是通過單片機(jī)來控制。光照強(qiáng)度信號的采集主要依靠光敏電阻來現(xiàn)，在光照強(qiáng)度不足30%時蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。利用超聲波傳感器來檢測出人臉部與桌面的距離。在正常坐姿的情況下，人的臉部與桌面的距離小于30CM時蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲提醒。設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。 2.1 硬件電路設(shè)計(jì) 2.1.1電源

7、電路設(shè)計(jì) 由于本系統(tǒng)采用電池供電，有以下幾種方案為系統(tǒng)供電。 （1）我一開始想到的是用12V蓄電池穩(wěn)壓后為作為電源裝置。因?yàn)樗恼麄€驅(qū)動能力比較強(qiáng)能夠帶動整個系統(tǒng)，但是它有一個不好的地方就是體積過于龐大，在更換電池的是時候在成本上來講比較不劃算，在報(bào)警器實(shí)現(xiàn)上使用的時候比較不方便。（2）因?yàn)橄到y(tǒng)的電源供電方面的要求不高，所以我想到了平常家里面用的干電池就可以用來當(dāng)作電源模塊啊。我用了3節(jié)電池在經(jīng)過多次驗(yàn)證后，所用的電壓可以驅(qū)動單片機(jī)，能夠滿足系統(tǒng)的要求，更重要的是性能也很穩(wěn)定，另外一個好處就是在換電池的時候比較容易成本也比較小。 2.1.2主控制器模塊 （1）在本系統(tǒng)

8、控制器這一方面，我先想到的是用可編程邏輯器件CPLD。因?yàn)樗诮鉀Q較為復(fù)雜的編程上很實(shí)用，在許多大規(guī)模控制系統(tǒng)上用的也是它。可在本設(shè)計(jì)上在編程要求來說對邏輯功能的要求并不是很復(fù)雜，也不需要非常高的數(shù)據(jù)處理速度。 （2）在學(xué)過單片機(jī)以后就知道，51可以作為一個很好的控制元件，用它來實(shí)現(xiàn)對多功能視力保護(hù)器的控制，從整個設(shè)計(jì)上來看，主要是實(shí)現(xiàn)人的臉部與課桌的距離，光照強(qiáng)度的檢測。從這一方面看來，單片機(jī)的優(yōu)勢就表現(xiàn)的比較明顯了，從各方面綜合考慮我們選用STC89C5來作為本次系統(tǒng)控制的核心單元。 2.1.3光照強(qiáng)度檢測模塊 光照度傳感器的選擇 （1）在光照強(qiáng)度上來說

9、因?yàn)樗枰獧z測的是當(dāng)我們在學(xué)習(xí)時候的一個環(huán)境的光照亮度。如果用M124749作為光照度傳感器的話，雖然它在這一方面有很好的電路模塊技術(shù)，檢測的范圍廣，穩(wěn)定性比較好，但是有一個不好的地方就是它的價格比較貴，還不是很好買。 （2） 在學(xué)傳感器的時候我就知道光敏電阻的工作原理了。所以在檢測光照的時候我就想到了，能不能在這個設(shè)計(jì)里面，也用上光敏電阻，因?yàn)樗倪\(yùn)用原理簡單，在經(jīng)過多次的調(diào)試以后，我發(fā)現(xiàn)使用光敏電阻，就能很好的滿足我設(shè)計(jì)的目的，在整個環(huán)境光照的檢測中，它能在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能時，價格便宜，性價比高，所以選用光敏電阻。 2.1.4報(bào)警提示模塊 實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的報(bào)警提醒功能的方法有許多，

10、例如 （1） 在報(bào)警提示這一模塊上可以用語音報(bào)警模塊，如果要用這個模塊的話，它在芯片編程上的技術(shù)要求較高，雖然使用它能很好的實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，但是在整個設(shè)計(jì)成本的角度上來看它的價格昂貴編程還很復(fù)雜，不適合用在這個地方。 （2） 我們平常在實(shí)驗(yàn)室里做實(shí)驗(yàn)的時候，一般都是蜂鳴器報(bào)警模塊。因?yàn)榉澍Q器個頭會比較小在使用的時候比較方便，從應(yīng)用的角度上來說它能很到的滿足系統(tǒng)的需求，實(shí)現(xiàn)精確報(bào)警。所以不論從成本上來說，還是在整個功能的實(shí)現(xiàn)上來講，都可以選用它來做報(bào)警提示。 2.1.5坐姿檢測模塊 在檢測使用者的坐姿是否正確方面，有以下兩種方案 （1） 可以用紅外熱釋光傳感器，在使用者用

11、正確的坐姿開始學(xué)習(xí)的時候，打開視力保護(hù)器裝置，它只要檢測到在我們學(xué)習(xí)的過程中只要坐姿一發(fā)生變動，就會有高到低的電信號輸出。雖然它的靈敏度非常高，但不適合用于本次設(shè)計(jì)，因?yàn)槿绻捎盟脑?，人只要有輕微移動時，系統(tǒng)也會報(bào)警，假警報(bào)很多情況，因?yàn)槊總€人在學(xué)習(xí)的時候不可能是一動不動的，所以它不適合用在這里。 （2）在這個設(shè)計(jì)中主要測量人臉與桌面之間的間隔來確定座位位置，可以使用超聲波傳感器。它在使用的時候操作簡單，安裝又方便，只要把對應(yīng)的引腳放在對應(yīng)的位置就可以了，它可以很好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，在人的臉部與桌面小于50cm的時候提醒使用者，所以我選用了它。 2.1.6顯示模塊 （1）前面談到幾個參數(shù)

12、的檢測，單單的檢測是沒有用的，還的把相關(guān)的數(shù)值顯示出來，在整個數(shù)值的顯示上，無非就是用數(shù)字管顯示，或者是顯示屏。數(shù)字管顯示的速度雖然快，但是它顯示效果簡單，不能表達(dá)良好的人機(jī)界面，所以我們放棄使用數(shù)字管顯示。 （2）在數(shù)值的顯示的這一方面，我選的是用LCD1602液晶顯示器來完成。LCD1602它顯示清晰，在超聲波檢測出的距離，以及光照的強(qiáng)度數(shù)值，學(xué)習(xí)的時間數(shù)值，都可以在上面看到，讓我們一目了然。并且人機(jī)界面需要友好，所以我們選擇了這個方案。 2.2最終方案 經(jīng)過一系列的調(diào)試和仿真論證，我們最終確定了如下方案： 1、 電源采用家里常用的5號電池 2、采用STC89C52單片機(jī)作為

13、主控制器。 3、用光敏電阻檢測光照強(qiáng)度。 4、用超聲波傳感器檢測坐姿。 5、用LCD1602液晶顯示。 6、用蜂鳴器提醒。 3、硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) 3.1主控制模塊 主控制最小系統(tǒng)電路如圖2所示 3.2電源電路設(shè)計(jì) 我根據(jù)設(shè)計(jì)要求在多方面思考后，決定用下面這種電源供電方法。原理電路如圖3 3.3蜂鳴器驅(qū)動電路 蜂鳴器采用三極管驅(qū)動，驅(qū)動原理圖如圖4。 3.4按鍵電路 本在這個設(shè)計(jì)中我們選用的參數(shù)設(shè)定方式是用4個按鍵來完成所需要的參數(shù)設(shè)定，以及光照強(qiáng)度報(bào)警值參數(shù)的設(shè)定。電路如

14、圖5 3.5光照強(qiáng)度檢測電路 在本設(shè)計(jì)中用的是光敏電阻來檢測所處學(xué)習(xí)環(huán)境的亮度值。電路如圖6所示 3.6液晶顯示模塊 整個數(shù)值的顯示上用的是LCD1602液晶屏來顯示，顯示電路如圖7 4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 在設(shè)計(jì)好硬件電路的框架設(shè)計(jì)好以后，就要解決編程方面的問題了。我按照自己平常做實(shí)驗(yàn)時的編程想法，大致思路就是先確定好主程序，把主函數(shù)寫好以后，根據(jù)每個硬件電路功能來設(shè)計(jì)子程序模塊，編寫子程序。最后在把子程序與主程序相結(jié)合，這樣編程的話不會讓自己很亂，由

15、于子程序模塊與硬件電路是對應(yīng)好的，所以在調(diào)試的時候如果有什么問題的話檢查起來也比較方便。程序框圖如圖8所示。 4.1系統(tǒng)主程序流程圖 如圖9所示為系統(tǒng)坐姿檢測超聲波測量人的臉部與課桌時的主程序流程圖。 系統(tǒng)初始化 開始 發(fā)送超聲波脈沖 等待發(fā)射超聲波 計(jì)算避障 顯示結(jié)果 圖9 超聲波測距子程序流程圖 5、系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 5.1 安裝步驟 1.檢查元件的好壞 欲先善其事，必先利其器，想要做好一件事情，規(guī)劃非常的重要，來不得半點(diǎn)馬虎，在事情的準(zhǔn)備過程中要萬分仔細(xì)，良好的開端是成功的一半。所以

16、我在設(shè)計(jì)好電路圖以后，仔細(xì)檢查了所買的電子元件是否符合自己設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)，查看電容、電阻等電子元器件的規(guī)格和參數(shù)是否符合自己的需要，檢查焊錫、電烙鐵、松香焊料等，是否都準(zhǔn)備妥當(dāng)，防止焊接的時候東找西忙。 2.放置、裝配焊接各元件 在焊接這個過程當(dāng)中，必須的萬分小心。因?yàn)樵诤附拥臅r候只要有一個電子元件焊錯的時候，基本上整個元件電路就會出錯，影響整個電路結(jié)果，更重要的是得不到你原先設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求。所以在焊接的時候，為了防止出錯不能憑大腦中的電路記憶圖來焊接。每一個元件都的按照所設(shè)計(jì)打印出來的原理圖焊接，將相應(yīng)的元件在放在對應(yīng)的位置上。還有一點(diǎn)值得注意的是，在焊接的過程中要注意一些比較脆

17、弱的元件，防止它因溫度過高而燒壞。先焊接比較容易的地方，再焊接精度高的位置，還需防止虛焊，漏焊等問題。 5.2 電路的調(diào)試 大家都知道現(xiàn)在的電子元件都是做好的，不需要花費(fèi)太多的時間再去設(shè)計(jì)，所以在題目定好以后，自己設(shè)計(jì)基本原理圖，用pcb畫好圖后，就可以在網(wǎng)上聯(lián)系廠家制作你所畫的電路板，在這個過程中，要注意一般的廠家都不會制作單塊板。一般都是10塊以上，也為了防止自己在后面焊板的過程中，把電路焊錯掉，能有其他的來代替，不至于又要重新聯(lián)系廠家，花更多的時間再這上面。在板的運(yùn)用這個方面，需要注意的是，不能用洞洞板來當(dāng)做設(shè)計(jì)板。雖然可以實(shí)現(xiàn)功能，但是比較容易虛焊也不美觀，每個老師的要求不同，在這

18、方面我們要根據(jù)老師要求來走。綜合多方面來講，在制版的時候應(yīng)該準(zhǔn)備多些電路板。在pcb敷銅板、電子元件、等焊接工具都準(zhǔn)備好后，就可以對著所設(shè)計(jì)的原理圖開始焊接了。焊接的時候要注意小心不能大意馬虎，要一個個元件焊好才可以開始下一步驟。整個設(shè)計(jì)過程中路調(diào)試這個過程會比較的繁瑣，我們應(yīng)該不厭其煩的反復(fù)調(diào)試直到達(dá)到我們的設(shè)計(jì)要求，堅(jiān)持不懈的調(diào)試，電路調(diào)試的時候，因?yàn)檫€在學(xué)校，剛好就可以利用上學(xué)校的資源。我都是在綜合實(shí)驗(yàn)樓的5樓單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行調(diào)試，跟老師申請一下就可以了，這里設(shè)備也比較齊全。在進(jìn)行調(diào)試之前，把作品帶過去以后，再把已經(jīng)編寫好的程序，燒寫到仿真軟件里就好了，在這個點(diǎn)上要充分注意到，程序的編

19、譯千萬不能出錯，最害怕的也就是這個了。有次調(diào)試的時候，就因?yàn)闊龑懗绦虻臅r候，漏掉了一個分號，導(dǎo)致程序編譯出錯，因而之后的步驟就無法進(jìn)行，更不要說都到仿真結(jié)果了，我將系統(tǒng)程序燒寫到調(diào)試仿真軟件，編譯運(yùn)行成功后查看結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。在明顯示系統(tǒng)程序內(nèi)容正確時，然后加入超聲測距程序，調(diào)整超聲靈敏度，達(dá)到理想的效果。因?yàn)橄却_定系統(tǒng)程序沒出錯以后，才能進(jìn)行子程序的編譯，這樣做的目的是在程序出錯的時候，不至于在大篇幅的程序中找錯，為難自己。在調(diào)試程序中，一些指令被發(fā)現(xiàn)是錯誤的，導(dǎo)致電路功能無法完全實(shí)現(xiàn)，除了軟件程序外，有些延遲太長，有些太短。只有在不斷的調(diào)試過程中我們才能總結(jié)出問題出在哪里，不斷的解決

20、問題，達(dá)到我們的設(shè)計(jì)要求。換個方面來講，不管是在平常做實(shí)驗(yàn)的時候，還是現(xiàn)在做畢業(yè)設(shè)計(jì)，有問題的存在是很正常的，每次遇到問題，只要我們不逃避它，慢慢的總會解決的，只有不斷的遇到問題，解決問題我們才能進(jìn)步。所以我們在這個電路調(diào)試過程中再怎么仔細(xì)也不為過。 結(jié)論 本次課題的設(shè)計(jì)在總體上實(shí)現(xiàn)了視力保護(hù)器的多功能報(bào)警，分別在使用者臉部與課本之間的間隔小于50cm，關(guān)照亮度過強(qiáng)或者過低，學(xué)習(xí)時間超過45min的時候會有蜂鳴器報(bào)警提醒，讓使用者在正確的環(huán)境下，保持良好的坐姿學(xué)習(xí)，避免因不好的習(xí)慣而導(dǎo)致近視。 本文創(chuàng)新點(diǎn)： 從設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)還看這一立意還是比較新穎的，把單片機(jī)的知識在我

21、們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅藨?yīng)用，把課堂上的東西運(yùn)用到了生活實(shí)際上面，利用光敏電阻電路來檢測學(xué)習(xí)時候的亮度，用超聲波傳感的技術(shù)來幫助改善學(xué)生不良坐姿，矯正視力。從很大的程度上，保護(hù)了使用者的視力。應(yīng)用的前景也非常好。 時間總猶如指間沙，悄然而過，流走了青春年華。大學(xué)四年時間一晃而過，我們終將離開象牙塔步入社會這個大熔爐，這一過程中我們應(yīng)當(dāng)無所畏懼。在面臨畢業(yè)的時候，我知道以后的日子，不可能會一馬平川，肯定會有風(fēng)風(fēng)雨雨，但是陽光肯定是最的。就像在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)一樣，問題肯定會有的，不過不懂得地方，問同學(xué)，請教老師，都能解決的。我堅(jiān)信無論在日后的生活過程中，無論遇到什么問題，只要認(rèn)定目標(biāo)加上完整的規(guī)劃，本著

22、一顆執(zhí)著的赤子之心，無懼走出象牙塔。就想這次畢設(shè)一樣，是的，沒錯，許多事情都不會一帆風(fēng)順，總會出現(xiàn)一些小插曲，不盡人意。當(dāng)是我們也不應(yīng)該放棄，因?yàn)槟銖膩矶疾皇且粋€人，在校園里，有老師指導(dǎo)你，同學(xué)幫助你，走出象牙塔以后，有家人愛著你，朋友關(guān)心你。就好比在這次做畢設(shè)的時候從指導(dǎo)老師一確定的時候，他就一直在幫助著我們，不管是在課題立意的時候，還是在設(shè)計(jì)硬件電路的時候，以及在調(diào)試出現(xiàn)錯誤的時候，老師總是耐心的教導(dǎo)著我們，一直默默的為我們付出，在寫論文的時候老師也是不厭其煩的給組里每一同學(xué)講如何立意以及論文的格式。指導(dǎo)老師每天不但要給學(xué)弟學(xué)妹們上課，還的抽出休息時間來給我們講畢業(yè)設(shè)計(jì)的各種問題。每一個同學(xué)都一一講過去，還教我們各種注意的事情。在各種方面都給了我們很多指導(dǎo)，做了我們的好榜樣，是我們的模板，傳授給我們很多經(jīng)驗(yàn)。三尺講臺，奉獻(xiàn)一生。真的很感謝你們，你們是人類靈魂的工程師，在臨近畢業(yè)的時候，我們就要離開校園，可能以后碰面的機(jī)會比較少，但無論以后我們走向何方，你們的教導(dǎo)會跟隨我們一生，教我們做人做事的道理會永遠(yuǎn)伴隨著我們，你們的教導(dǎo)將永遠(yuǎn)會留在我心中。 22