基于单片机的智能视力保护器(附件)【字数：7624】
日期 2020年3月20日近年来，我国青少年近视的发病率逐渐增高，给他们的身心发展带来了很多负面影响。本文设计一种智能视力保护器，通过提醒用户按时休息，来减少眼部疲劳，来实现降低近视发病率的问题。智能视力保护器主要是以STM32F103VET6单片机为主控制器，并围绕着主控制器，根据所要实现的功能目标进行了一系列的外围电路设计，包括测距电路、定位电路、无线通信电路、提醒报警电路、显示电路等。目的是实现视力保护器的智能化，能够根据用户与设备之间的距离和周围环境的光照强度，来实现在合理的时间段内休息，缓解眼部疲劳。在软件程序方面，根据实现的功能，为每个模块制定了控制流程，并将C语言作为系统的程序语言，将系统的控制算法和系统运行逻辑编成程序。
引言 1
一、智能视力保护器开发背景 2
二、智能视力保护器的工作原理 3
（一）智能视力保护器的工作原理 3
（二）智能视力保护器的系统组成 3
三、智能视力保护器的硬件设计 5
（一）控制主机和遥控器的硬件组成 5
（二）电源管理模块的设计 5
（三）超声波测距模块设计 6
（四）热释电红外模块设计 6
（五）光照采集模块设计 7
（六）步进电机驱动电路设计 7
（七）温湿度电路设计 8
（八）无线通信模块 9
四、智能视力保护器程序设计 10
总结 17
参考文献 18
致 谢 19
引言
对大部分中小学生来说，由于缺乏视力保护意识，经常长时间使用眼睛或者在不规范的距离内看书看电视，日复一日造成近视等问题，不得不提早带上眼镜，给生活增加了些许不便。更严重的是长时间近距离看书，可能会造成孩子骨骼弯曲，造成含胸驼背，影响孩子的正常生长发育。
根据青少年视力调查报告，我国青少年的近视率排在世界第一位，而且还再递增的趋势，小学生的近视率为39.05%，初中生的近视率为64.3%，高中生的近视率高达72.8%，与十年前的近视率相比价，分别提高了25%，可以说近视 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
已经成为危害我国中小学视力的眼病问题。为了解决上述问题，本文设计了一种新型的智能视力保护器，在硬件方面，对主控制器进行了选型，对各功能模块进行了设计，搭建了一套完整的硬件系统；在软件方面，利用C语言将控制逻辑和算法编写成程序，实现系统的正常运行。 一、智能视力保护器开发背景
随着信息技术的发展，手机、智能电视和平板电脑已经成为人们工作和休闲娱乐的主要工具，这些工具给人们的生活带来便利的同时，也带了一些负面的影响，尤其是引发视力下降等眼部疾病。根据相关调查显示，很多人花在手机、电视等设备上的时间多达8小时以上，在使用这些设备时，由于观看距离不当，导致眼睛出现疲劳、视力模糊等问题，更严重的是这些问题不光出现在成人身上，很多中小学生因为长时间使用手机或者在使用手机时观看距离较近，不得不提早带上眼镜。近视是一种常见的眼部疾病，对出于身心还都在发育阶段的中小学生来说，会带来一些负面的影响，需要警惕这些问题的发生。
近视问题不光出现在我国，在全世界范围内，已经成为发病率最高的眼病之一，而且这种问题明显有着低龄化的趋势，导致这种问题的主要原因是中小学生的心智还不成熟，在视力保护方面的意识比较弱，经常在使用手机或者电视时，长时间使用或者使用距离不当等，引发的一系列近视问题。为此提出了一种智能视力保护器，主要作用是根据用户与设备之间的距离和周围环境的光照强度，计算在这种情况下，合理使用电脑或者电视的时间。这种智能视力保护器的优点可以是在无人提醒或者督促的情况下时，随时提醒用户进行眼部休息，缓解眼部疲劳。
目前市面上已经出现的视力保护器，一种是用于矫正用户使用设备时的坐姿，另一种是按照固定时间提醒用户休息，这些视力保护器在一定程度上起到了提醒用户休息的作用，但是功能太过单一，不能根据周围的情况进行实时调整，为此本文设计一种智能的视力保护器，这种视力保护器能够根据用户与设备之间的距离、光照强度、温度和湿度等参数，实时调整休息时间，用户可以在合理的时间内进行休息。周围环境和距离决定用户的休息时间，与之前相比，休息时间具有更高的科学性。
二、智能视力保护器的工作原理
（一）智能视力保护器的工作原理
本文设计的视力保护器装有光照传感器和测距传感器，在计算休息时间就可以参照这两项数据，提高休息时间的科学性。视力保护器的主控芯片采用STM32F103型号的单片机，并在芯片内部进行控制算法的编程，控制算法的理论基础是模糊数学，能够将采集到的光照强度、距离等参数进行处理，根据计算结果，得出一个定时的时间参数，随着传感器采用的数据不断变化，那么根据控制算法得出的时间参数也是一个动态值，这个动态值就是一个实时的、合理的定时时间。
为避免视力保护器的功能过于单一，在测量光照强度和距离的基础上，增加了对温度和湿度的监测，详细的功能可分为：人体检测、距离测量、光照强度等[12]。智能视力保护器的工作步骤主要有以下几步：首先通过步进电机和红外传感器找到用户的位置，通过超声波传感器检测用户和设备之间的距离，完成测距功能，然后采用光敏电阻测量周围环境的光照强度，主控制器对距离数据和光照强度数据进行模糊处理，得出一个定时时间，根据时间值，主控制器控制蜂鸣器鸣响，提醒用户在规定时间内进行休息，避免过度用眼。
（二）智能视力保护器的系统组成
智能视力保护器是一套完整的软硬件系统，集合了测距、测温、测光照强度等多种功能，除了硬件部分要搭建一套完整的系统外，软件部分准备采用嵌入式，对各个功能模块进行软件编程，通过主控制器程序的调用，实现各模块的功能，如图21和22所示为系统的框图
图21 控制主机框图
图22 遥控器框图
智能视力保护器是由各功能模块组成，每个功能模块的性能都会影响到整个系统的功能，因此对每个模块的设计都必须满足性能要求，根据视力保护器要实现的目标，系统需要具备以下功能：
1.主控制器：采用意法半导体公司生产的STM32F103VET6型号的单片机，该主控芯片主要是利用控制算法将采集的数据进行模糊处理。
2.电源管理部分：向各单元提供稳定的额定工作电压。
3.定位功能：为检测用户的具体位置，采用步进电机和热释电红外传感器相结合的方式，红外传感器固定在步进电机上。步进电机带动红外传感器转动一定角度，就可以扩大传感器的检测范围[3]。当有人出现时，红外传感器就会输出一个信号给主控制器，让主控制器停止转动步进电机。
引言 1
一、智能视力保护器开发背景 2
二、智能视力保护器的工作原理 3
（一）智能视力保护器的工作原理 3
（二）智能视力保护器的系统组成 3
三、智能视力保护器的硬件设计 5
（一）控制主机和遥控器的硬件组成 5
（二）电源管理模块的设计 5
（三）超声波测距模块设计 6
（四）热释电红外模块设计 6
（五）光照采集模块设计 7
（六）步进电机驱动电路设计 7
（七）温湿度电路设计 8
（八）无线通信模块 9
四、智能视力保护器程序设计 10
总结 17
参考文献 18
致 谢 19
引言
对大部分中小学生来说，由于缺乏视力保护意识，经常长时间使用眼睛或者在不规范的距离内看书看电视，日复一日造成近视等问题，不得不提早带上眼镜，给生活增加了些许不便。更严重的是长时间近距离看书，可能会造成孩子骨骼弯曲，造成含胸驼背，影响孩子的正常生长发育。
根据青少年视力调查报告，我国青少年的近视率排在世界第一位，而且还再递增的趋势，小学生的近视率为39.05%，初中生的近视率为64.3%，高中生的近视率高达72.8%，与十年前的近视率相比价，分别提高了25%，可以说近视 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
已经成为危害我国中小学视力的眼病问题。为了解决上述问题，本文设计了一种新型的智能视力保护器，在硬件方面，对主控制器进行了选型，对各功能模块进行了设计，搭建了一套完整的硬件系统；在软件方面，利用C语言将控制逻辑和算法编写成程序，实现系统的正常运行。 一、智能视力保护器开发背景
随着信息技术的发展，手机、智能电视和平板电脑已经成为人们工作和休闲娱乐的主要工具，这些工具给人们的生活带来便利的同时，也带了一些负面的影响，尤其是引发视力下降等眼部疾病。根据相关调查显示，很多人花在手机、电视等设备上的时间多达8小时以上，在使用这些设备时，由于观看距离不当，导致眼睛出现疲劳、视力模糊等问题，更严重的是这些问题不光出现在成人身上，很多中小学生因为长时间使用手机或者在使用手机时观看距离较近，不得不提早带上眼镜。近视是一种常见的眼部疾病，对出于身心还都在发育阶段的中小学生来说，会带来一些负面的影响，需要警惕这些问题的发生。
近视问题不光出现在我国，在全世界范围内，已经成为发病率最高的眼病之一，而且这种问题明显有着低龄化的趋势，导致这种问题的主要原因是中小学生的心智还不成熟，在视力保护方面的意识比较弱，经常在使用手机或者电视时，长时间使用或者使用距离不当等，引发的一系列近视问题。为此提出了一种智能视力保护器，主要作用是根据用户与设备之间的距离和周围环境的光照强度，计算在这种情况下，合理使用电脑或者电视的时间。这种智能视力保护器的优点可以是在无人提醒或者督促的情况下时，随时提醒用户进行眼部休息，缓解眼部疲劳。
目前市面上已经出现的视力保护器，一种是用于矫正用户使用设备时的坐姿，另一种是按照固定时间提醒用户休息，这些视力保护器在一定程度上起到了提醒用户休息的作用，但是功能太过单一，不能根据周围的情况进行实时调整，为此本文设计一种智能的视力保护器，这种视力保护器能够根据用户与设备之间的距离、光照强度、温度和湿度等参数，实时调整休息时间，用户可以在合理的时间内进行休息。周围环境和距离决定用户的休息时间，与之前相比，休息时间具有更高的科学性。
二、智能视力保护器的工作原理
（一）智能视力保护器的工作原理
本文设计的视力保护器装有光照传感器和测距传感器，在计算休息时间就可以参照这两项数据，提高休息时间的科学性。视力保护器的主控芯片采用STM32F103型号的单片机，并在芯片内部进行控制算法的编程，控制算法的理论基础是模糊数学，能够将采集到的光照强度、距离等参数进行处理，根据计算结果，得出一个定时的时间参数，随着传感器采用的数据不断变化，那么根据控制算法得出的时间参数也是一个动态值，这个动态值就是一个实时的、合理的定时时间。
为避免视力保护器的功能过于单一，在测量光照强度和距离的基础上，增加了对温度和湿度的监测，详细的功能可分为：人体检测、距离测量、光照强度等[12]。智能视力保护器的工作步骤主要有以下几步：首先通过步进电机和红外传感器找到用户的位置，通过超声波传感器检测用户和设备之间的距离，完成测距功能，然后采用光敏电阻测量周围环境的光照强度，主控制器对距离数据和光照强度数据进行模糊处理，得出一个定时时间，根据时间值，主控制器控制蜂鸣器鸣响，提醒用户在规定时间内进行休息，避免过度用眼。
（二）智能视力保护器的系统组成
智能视力保护器是一套完整的软硬件系统，集合了测距、测温、测光照强度等多种功能，除了硬件部分要搭建一套完整的系统外，软件部分准备采用嵌入式，对各个功能模块进行软件编程，通过主控制器程序的调用，实现各模块的功能，如图21和22所示为系统的框图
图21 控制主机框图
图22 遥控器框图
智能视力保护器是由各功能模块组成，每个功能模块的性能都会影响到整个系统的功能，因此对每个模块的设计都必须满足性能要求，根据视力保护器要实现的目标，系统需要具备以下功能：
1.主控制器：采用意法半导体公司生产的STM32F103VET6型号的单片机，该主控芯片主要是利用控制算法将采集的数据进行模糊处理。
2.电源管理部分：向各单元提供稳定的额定工作电压。
3.定位功能：为检测用户的具体位置，采用步进电机和热释电红外传感器相结合的方式，红外传感器固定在步进电机上。步进电机带动红外传感器转动一定角度，就可以扩大传感器的检测范围[3]。当有人出现时，红外传感器就会输出一个信号给主控制器，让主控制器停止转动步进电机。
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