基于stm32的电子产品使用监测仪的设计【字数：12200】
现代的生活方式逐渐转换为了电子工具和网络的结合体，学习、工作、生活、娱乐等行为已经依托电子产品为载体进行下去。然而，电子产品对人体的危害却不可忽视。如何正确使用电子产品成为越来越多的人们关心的问题。本设计阐述了一种基于单片机的电子产品使用监测仪的设计方法。该设计以STM32F103单片机为控制器，分别监测电子产品距人体最佳距离、在使用环境中的光强监测，另外还有使用时长监测等功能，通过显示屏来显示各种测得值，还特别增加了按键功能可以直接在线修改设定距离。光照强度值是通过采集光元件的电压值再计算显示出来的，使用时长由单片机内部精度定时逐步相加计算出来的。距离测试是利用超声波探测的物理特性完成的。三大功能协调进行工作，互不干涉，只要有一个超出监测范围，则会启动提醒功能。
Keywords: STM 32 F 103; Electronic products; Alarm monitoring 目录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2本设计目的和意义 1
1.3 本设计的内容和步骤 2
第二章 方案论证 3
2.1主控制器模块 3
2.2 电源以及最小系统设计 4
2.3 光照强度采集模块 5
2.4 距离检测模块 5
2.5 显示模块 5
2.6 最终方案 6
第三章 硬件实现原理及模块电路设计 7
3.1 主控制模块 7
3.2 提示电路 9
3.3 按键电路 9
3.4 光照强度检测电路 10
3.5显示模块 11
3.6 超声波测距模块 11
3.6.1超声波时序图的说明 12
3.7 定时电路 13
第四章 系统软件设计 15
4.1 系统主程序流程图 15
4.2 超声波模块测距功能流程 16
4.3光照强度检测流程图 17
4.4LCD显示流程图 18
4.5按键处理程序 19
第五章 调试与下载 20
5.1软件调试 20
5.2程序 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
下载 21
5.3测试结果及误差分析 22
第六章 成品展示 24
第七章 设计总结 25
7.1本设计的结论 25
7.2论文总结与展望 25
参考文献 27
致谢 28
附录1 29
附录2 30
第一章 绪论
1.1课题背景
随着4G网络的普及使用（将很快进入5G），家庭网络的安装，电子产品的迅速更新换代，人们尤其是青少年对电子产品（手机、电脑、平板）的依赖也越来越严重，特别是对近些年来发展起来的电脑游戏沉迷太深，难以自拔。这将导致青少年长时间不卫生、超时过度用眼，长时间熬夜透支了身体，浪费了大量宝贵时间。少量辐射是客观存在的，但是积少成多，它可能正在伤害人体健康，导致入眠难、微头痛、反应迟钝、精神不足，甚至可能加快癌细胞生长，增大患脑癌的风险[1]。
国内外的设计团队也有关于防范电子产品危害的研究，主要针对少年儿童的视力保护而进行相关的功能设计，包括坐姿、距离、光照等方面，设计出了多种不同款式的视力保护仪,但是它们外观单一，功能不统一，各有各的侧重点，不能满足广大用户的需求。本设计在这些基础上更加注重对使用电子产品进行监测，而不仅仅是对使用书本的监测。本设计准备从保护视力、防止暗光线辐射、控制时间等方面进行设计，还增加了彩屏显示功能，期望比现有的设计在测量精度上有所提升，在光照强度值的转换方面有更高的参考价值，在结果显示方面更加清晰直观。
在正常情况下，为了提醒使用者适当休息防止过度使用电子产品，本设计要对用户使用的时间要进行监控，一般不超过60分钟。电子屏幕大都是液晶显示屏，对视力的损害很大，可能会诱发视力下滑、青光眼、近视等眼科疾病。这就要求我们使用电脑时要保持至少30厘米和使用手机至少10厘米的安全距离，所以要加按键设定功能在使用手机和电脑之间切换。光照强度也是一个安全因素，在光线昏暗的情况下使用手机对眼部危害特别大，调查显示，很多人夜里熄灯还在使用手机，在黑暗中使用电子产品会影响生物钟，让人始终处于浅睡眠精神萎靡的状态，诱发慢性疲劳，黑暗中的辐射也会加大对面部皮肤损伤，因此检测环境光照强度是很必要的。
1.2本设计目的和意义
青少年是未来的希望，沉迷于电子产品不仅是他们自己前途的损失，更是一个个家庭甚至是国家和社会的损失。结合身边的亲人和同学朋友的现状，我感到深深地担忧，长此以往对身体肯定有伤害。本设计目的就是要呼吁广大青年珍爱自己的健康，正确使用电子产品预防疾病发生。设计这个监测仪，也是监督青少年和工作者合理使用电子产品，特别要控制使用时间，实现超时警报提醒休息的功能。
1.3 本设计的内容和步骤
本设计的主要内容是设计出一种电子产品使用监测仪，从电子产品对人体的危害角度考虑，在使用电子产品的过程中，我们要控制使用时间以防止用眼过度；控制离屏距离以防止辐射超标；控制环境光线以防止屏幕强光刺激眼部和面部皮肤；设置报警装置以提醒用户合理调整使用电子产品，合理休息。它具备以下功能：
（1）当电子屏幕与人脸之间的距离小于设定距离时,将发出报警提示；
（2）当环境光线强度低于设定值时,电路将发出声音提示；
（3）当使用时间达到60分钟时,电路自动发出报警,提醒使用者注意休息；
（4）有显示功能，可以按键更改预定的距离;
项目的规划和步骤实施至关重要，首先要进行材料的选型，查阅相关的元件资料书，对同器材的不同型号的材料进行相互对比，找到相关的供应商了解情况，包括价格、使用寿命、国际环保标准、性能参数、应用说明等信息，最终采购已经确定完成的元器件；第二步要设计好原理图，学会各个部分的设计原理，撰写相关的技术文档以备后期写稿使用；第三步连接好电路，检查最终电气连接状况，记录好使用的端口，出具端口使用类型表为以后软件提供设置依据；第四步查询相关规格书，在硬件原理的理解基础上编写代码；第五步调试整个系统，解决可能会出现的问题并做好记录；第六步进行测试，做出误差分析表格和原因说明；第七步整理每个步骤的过程记录，以此可以比较快速的撰写论文初稿；第八步成品展示，整理相关附件材料保存提交。
Keywords: STM 32 F 103; Electronic products; Alarm monitoring 目录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2本设计目的和意义 1
1.3 本设计的内容和步骤 2
第二章 方案论证 3
2.1主控制器模块 3
2.2 电源以及最小系统设计 4
2.3 光照强度采集模块 5
2.4 距离检测模块 5
2.5 显示模块 5
2.6 最终方案 6
第三章 硬件实现原理及模块电路设计 7
3.1 主控制模块 7
3.2 提示电路 9
3.3 按键电路 9
3.4 光照强度检测电路 10
3.5显示模块 11
3.6 超声波测距模块 11
3.6.1超声波时序图的说明 12
3.7 定时电路 13
第四章 系统软件设计 15
4.1 系统主程序流程图 15
4.2 超声波模块测距功能流程 16
4.3光照强度检测流程图 17
4.4LCD显示流程图 18
4.5按键处理程序 19
第五章 调试与下载 20
5.1软件调试 20
5.2程序 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
下载 21
5.3测试结果及误差分析 22
第六章 成品展示 24
第七章 设计总结 25
7.1本设计的结论 25
7.2论文总结与展望 25
参考文献 27
致谢 28
附录1 29
附录2 30
第一章 绪论
1.1课题背景
随着4G网络的普及使用（将很快进入5G），家庭网络的安装，电子产品的迅速更新换代，人们尤其是青少年对电子产品（手机、电脑、平板）的依赖也越来越严重，特别是对近些年来发展起来的电脑游戏沉迷太深，难以自拔。这将导致青少年长时间不卫生、超时过度用眼，长时间熬夜透支了身体，浪费了大量宝贵时间。少量辐射是客观存在的，但是积少成多，它可能正在伤害人体健康，导致入眠难、微头痛、反应迟钝、精神不足，甚至可能加快癌细胞生长，增大患脑癌的风险[1]。
国内外的设计团队也有关于防范电子产品危害的研究，主要针对少年儿童的视力保护而进行相关的功能设计，包括坐姿、距离、光照等方面，设计出了多种不同款式的视力保护仪,但是它们外观单一，功能不统一，各有各的侧重点，不能满足广大用户的需求。本设计在这些基础上更加注重对使用电子产品进行监测，而不仅仅是对使用书本的监测。本设计准备从保护视力、防止暗光线辐射、控制时间等方面进行设计，还增加了彩屏显示功能，期望比现有的设计在测量精度上有所提升，在光照强度值的转换方面有更高的参考价值，在结果显示方面更加清晰直观。
在正常情况下，为了提醒使用者适当休息防止过度使用电子产品，本设计要对用户使用的时间要进行监控，一般不超过60分钟。电子屏幕大都是液晶显示屏，对视力的损害很大，可能会诱发视力下滑、青光眼、近视等眼科疾病。这就要求我们使用电脑时要保持至少30厘米和使用手机至少10厘米的安全距离，所以要加按键设定功能在使用手机和电脑之间切换。光照强度也是一个安全因素，在光线昏暗的情况下使用手机对眼部危害特别大，调查显示，很多人夜里熄灯还在使用手机，在黑暗中使用电子产品会影响生物钟，让人始终处于浅睡眠精神萎靡的状态，诱发慢性疲劳，黑暗中的辐射也会加大对面部皮肤损伤，因此检测环境光照强度是很必要的。
1.2本设计目的和意义
青少年是未来的希望，沉迷于电子产品不仅是他们自己前途的损失，更是一个个家庭甚至是国家和社会的损失。结合身边的亲人和同学朋友的现状，我感到深深地担忧，长此以往对身体肯定有伤害。本设计目的就是要呼吁广大青年珍爱自己的健康，正确使用电子产品预防疾病发生。设计这个监测仪，也是监督青少年和工作者合理使用电子产品，特别要控制使用时间，实现超时警报提醒休息的功能。
1.3 本设计的内容和步骤
本设计的主要内容是设计出一种电子产品使用监测仪，从电子产品对人体的危害角度考虑，在使用电子产品的过程中，我们要控制使用时间以防止用眼过度；控制离屏距离以防止辐射超标；控制环境光线以防止屏幕强光刺激眼部和面部皮肤；设置报警装置以提醒用户合理调整使用电子产品，合理休息。它具备以下功能：
（1）当电子屏幕与人脸之间的距离小于设定距离时,将发出报警提示；
（2）当环境光线强度低于设定值时,电路将发出声音提示；
（3）当使用时间达到60分钟时,电路自动发出报警,提醒使用者注意休息；
（4）有显示功能，可以按键更改预定的距离;
项目的规划和步骤实施至关重要，首先要进行材料的选型，查阅相关的元件资料书，对同器材的不同型号的材料进行相互对比，找到相关的供应商了解情况，包括价格、使用寿命、国际环保标准、性能参数、应用说明等信息，最终采购已经确定完成的元器件；第二步要设计好原理图，学会各个部分的设计原理，撰写相关的技术文档以备后期写稿使用；第三步连接好电路，检查最终电气连接状况，记录好使用的端口，出具端口使用类型表为以后软件提供设置依据；第四步查询相关规格书，在硬件原理的理解基础上编写代码；第五步调试整个系统，解决可能会出现的问题并做好记录；第六步进行测试，做出误差分析表格和原因说明；第七步整理每个步骤的过程记录，以此可以比较快速的撰写论文初稿；第八步成品展示，整理相关附件材料保存提交。
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