单片机的视力保护器设计(附件)
本文以51单片机为核心，制作了一款多功能视力保护器，并详细介绍了该系统的硬件电路和软件部分。硬件电路分为四个模块超声波模块、光强检测模块、报警模块以及主控模块。本设计以STC89C52单片机为核心器件作为主控模块，采用超声波进行人脸与桌面距离的测量，利用光敏电阻通过模数转换来实现对光线强度的监测，通过三极管放大电路驱动蜂鸣器进行报警。软件部分则利用C语言对各个子程序模块以及单片机内部自带的定时器进行编辑从而实现具体功能。关键词 视力保护器，单片机，超声波，光敏电阻
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 视力保护器的现状 1
1.3 研究的方法与手段 2
2 系统方案 2
2.1 设计要求 2
2.2 系统设计方案 3
3 元器件的选择 4
3.1 STC89C52单片机 4
3.2 数模转换芯片 6
3.3 LCD1602液晶显示 7
3.4 HCSR04超声波测距 8
4 硬件实现及单元电路设计 9
4.1 主控模块 9
4.2 蜂鸣器驱动电路 11
4.3 按键电路 12
4.4 光照强度检测电路 12
4.5 液晶显示模块 13
4.6 超声波坐姿测距模块 13
4.7 定时报警电路 15
5 系统软件设计方案 17
5.1 程序子模块 18
6 系统仿真与调试 20
6.1 Proteus简介 20
6.2 编程软件Keil uVision4 21
6.3 系统仿真 22
6.4 实物调试 24
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 引言
1.1 课题背景
在这注重“知识就是力量”的二十一世纪，中小学生的学业也比以前更加繁重。近视的情况在学生中也屡见不鲜，近视不仅对青少年的身心健康产生了巨大影响，而且有很多医学上的研究表面，近视问题的愈加严重 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
会导致一系列眼部疾病的发生率不断提高，如视网膜脱落等，更加严重的高度近视会引起一系列的并发症，甚至于终生失明。初高中时期是学生学业最为繁重的时期，也是学生用眼时间最长的时期，有数据显示初高中学生的近视率相比于其他阶段是最高的。其中小学、中学、高中、大学分别占总比例的15%、30%、35%和12%。因此，初高中学生更要在注重学习的同时爱护好自己的眼睛预防近视。通过调查了解到有28%的学生阅读时间在1个小时以下，有34%的学生阅读时间在12小时，32%的学生阅读时间在23 小时，仅有6% 的学生阅读时间超过3小时。通过对近视眼原因的调查发现，大部分的学生是因为做作业时坐姿不正确而导致的近视，一部分学生是因为长时间在家看电视和长时间在电脑前上网导致，此外还有其他原因，如遗传、疾病等。
大部分学生在发现自身近视后都会做一些措施来改善自己的情况，一部分学生会改正自己阅读和做作业时错误的坐姿习惯（29%），一部分学生会经常做眼部按摩来缓解眼部疲劳（27%），还有一些学生选择去医院做激光手术来治疗近视（32%），剩下的学生也通过各种其他的办法去改善自己的近视情况。根据中国之声的新闻，世界卫生组织公布的最新研究报告显示，中国近视患者人数高达6亿，几乎是一半的中国人口总量。在中国高级中学和大学的学生近视率大约占全国高中生和大学生的70%以上，并且在一年一年的不断增加，目前中国未成年人的眼睛近视的比例高居世界之首。此外，小学生眼睛近视的比例接近40%，相比于美国的中小学生，美国的中小学生眼睛近视比例仅为中国的四分之一。
几个世纪以来，人们使用玻璃凹凸原理解决近视的问题。既然如此，我们为什么不从根本上调节适当的姿势和其他良好的学习习惯。因此，为了避免造成近视的不良姿势长期使用，从而导致脊椎弯曲变形、驼背、斜视等。有必要设计一个视力保护装置来纠正人们的不良读写姿势。避免人的身体和心灵造成伤害。特别是对于学生群体，它可以规范学生的学习习惯和保护视力。
1.2 视力保护器的现状
通过市场调研, 根据眼部保护的原理可分为特定的机械平衡眼保护、护眼支架、电子平衡眼保护和眼保护测距仪。例如: 背背好, 利姿坐姿矫正, 1.5 视力保护器, 威士美 USB视力保护器，电子报警器平衡防瞌睡, 支架式坐姿矫正器。这些视力保护器都存在着一些问题，部分产品只是打着保护视力的旗号，其实对于视力并没有任何保护作用。还有一些产品存在局限性，只能在一些特定的场合使用或者只能部分人使用。
在全世界产业朝着四个方向发展的同时，中国消费电子产业不再进行加工模式而是向其他模式进行转变。有公司发表了一份关于2008年和2009国际消费类电子产品市场研究报告。只要是在该行业内工作的人都可以免费得到这份报告，这份报告揭示了全球消费电子产品分别在产品定义，外观设计和功能应用等多个领域发生着翻天覆地的变革，其中最值得一提的是这四大趋势：“技术向绿色化发展是消费电子创新的发展方向之一”，“小的、而且是美的”，“消费电子产品定义和设计思路随着互联网的发展而改变”，“服务、网络、内容与消费电子产品的一体化设计”。这四个发展方向值得国内消费电子制造商，芯片供应商，软件供应商和内容提供商等厂商的高度关注。从而能在不断更新的技术和变幻莫测的市场中找到新的机遇。
1.3 研究的方法与手段
本次设计内容是一个基于MCU控制的视力保护器系统，该系统距离检测、光强度检测等功能。本系统采用STC89C52微处理器作为视力保护器的核心器件，通过超声波模块、LCD1602、按键模块、ADC0832和蜂鸣器报警模块实现系统的各项功能。本文主要介绍了系统硬件电路以及软件部分的设计过程。系统利用光敏电阻吸收光线形成模拟量，通过数模转换设备把光敏电阻采集到的模拟量转换为数字量，然后对采集到的光线强度进行分级处理并且设定报警时光强的等级，当光线照射强度达不到报警时系统设定的等级时，则系统报警。系统通过超声波测距传感器对使用者的脸部与桌面的距离进行测量，当测出距离小于设定距离（一般设定距离为30CM）时蜂鸣器发出报警提示音提醒使用者规范坐姿。系统利用MCU内部定时器进行计时，当使用时间达到45分钟时，电路会发出报警提示音提醒使用者注意休息；系统采用三极管驱动蜂鸣器组成报警电路[1]。
2 系统方案
2.1 设计要求
由于单片机芯片具有智能处理的功能，因此本次设计以单片机芯片为核心，运用理论计算和实际测试相结合的方法对主电路进行设计。首先，各单元电路的设计选择合适的设备。在设备的选择上选择性价比较高的设备，另外电容、电阻这些常用的设备，在严格的计算数据再进行选择。其次，在设计整体电路的过程中，用仿真软件对系统每个部分的电路进行仿真和调试。其中MCU选用STC89C52，测距传感器选用超声波传感器、利用光敏电阻和模式转换模块组成光强测试电路，报警发生电路通过三极管驱动蜂鸣器实现。本次毕业设计的研究内容是设计一个基于MCU的视力保护器。该视力保护器可以实现以下功能：
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 视力保护器的现状 1
1.3 研究的方法与手段 2
2 系统方案 2
2.1 设计要求 2
2.2 系统设计方案 3
3 元器件的选择 4
3.1 STC89C52单片机 4
3.2 数模转换芯片 6
3.3 LCD1602液晶显示 7
3.4 HCSR04超声波测距 8
4 硬件实现及单元电路设计 9
4.1 主控模块 9
4.2 蜂鸣器驱动电路 11
4.3 按键电路 12
4.4 光照强度检测电路 12
4.5 液晶显示模块 13
4.6 超声波坐姿测距模块 13
4.7 定时报警电路 15
5 系统软件设计方案 17
5.1 程序子模块 18
6 系统仿真与调试 20
6.1 Proteus简介 20
6.2 编程软件Keil uVision4 21
6.3 系统仿真 22
6.4 实物调试 24
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 引言
1.1 课题背景
在这注重“知识就是力量”的二十一世纪，中小学生的学业也比以前更加繁重。近视的情况在学生中也屡见不鲜，近视不仅对青少年的身心健康产生了巨大影响，而且有很多医学上的研究表面，近视问题的愈加严重 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
会导致一系列眼部疾病的发生率不断提高，如视网膜脱落等，更加严重的高度近视会引起一系列的并发症，甚至于终生失明。初高中时期是学生学业最为繁重的时期，也是学生用眼时间最长的时期，有数据显示初高中学生的近视率相比于其他阶段是最高的。其中小学、中学、高中、大学分别占总比例的15%、30%、35%和12%。因此，初高中学生更要在注重学习的同时爱护好自己的眼睛预防近视。通过调查了解到有28%的学生阅读时间在1个小时以下，有34%的学生阅读时间在12小时，32%的学生阅读时间在23 小时，仅有6% 的学生阅读时间超过3小时。通过对近视眼原因的调查发现，大部分的学生是因为做作业时坐姿不正确而导致的近视，一部分学生是因为长时间在家看电视和长时间在电脑前上网导致，此外还有其他原因，如遗传、疾病等。
大部分学生在发现自身近视后都会做一些措施来改善自己的情况，一部分学生会改正自己阅读和做作业时错误的坐姿习惯（29%），一部分学生会经常做眼部按摩来缓解眼部疲劳（27%），还有一些学生选择去医院做激光手术来治疗近视（32%），剩下的学生也通过各种其他的办法去改善自己的近视情况。根据中国之声的新闻，世界卫生组织公布的最新研究报告显示，中国近视患者人数高达6亿，几乎是一半的中国人口总量。在中国高级中学和大学的学生近视率大约占全国高中生和大学生的70%以上，并且在一年一年的不断增加，目前中国未成年人的眼睛近视的比例高居世界之首。此外，小学生眼睛近视的比例接近40%，相比于美国的中小学生，美国的中小学生眼睛近视比例仅为中国的四分之一。
几个世纪以来，人们使用玻璃凹凸原理解决近视的问题。既然如此，我们为什么不从根本上调节适当的姿势和其他良好的学习习惯。因此，为了避免造成近视的不良姿势长期使用，从而导致脊椎弯曲变形、驼背、斜视等。有必要设计一个视力保护装置来纠正人们的不良读写姿势。避免人的身体和心灵造成伤害。特别是对于学生群体，它可以规范学生的学习习惯和保护视力。
1.2 视力保护器的现状
通过市场调研, 根据眼部保护的原理可分为特定的机械平衡眼保护、护眼支架、电子平衡眼保护和眼保护测距仪。例如: 背背好, 利姿坐姿矫正, 1.5 视力保护器, 威士美 USB视力保护器，电子报警器平衡防瞌睡, 支架式坐姿矫正器。这些视力保护器都存在着一些问题，部分产品只是打着保护视力的旗号，其实对于视力并没有任何保护作用。还有一些产品存在局限性，只能在一些特定的场合使用或者只能部分人使用。
在全世界产业朝着四个方向发展的同时，中国消费电子产业不再进行加工模式而是向其他模式进行转变。有公司发表了一份关于2008年和2009国际消费类电子产品市场研究报告。只要是在该行业内工作的人都可以免费得到这份报告，这份报告揭示了全球消费电子产品分别在产品定义，外观设计和功能应用等多个领域发生着翻天覆地的变革，其中最值得一提的是这四大趋势：“技术向绿色化发展是消费电子创新的发展方向之一”，“小的、而且是美的”，“消费电子产品定义和设计思路随着互联网的发展而改变”，“服务、网络、内容与消费电子产品的一体化设计”。这四个发展方向值得国内消费电子制造商，芯片供应商，软件供应商和内容提供商等厂商的高度关注。从而能在不断更新的技术和变幻莫测的市场中找到新的机遇。
1.3 研究的方法与手段
本次设计内容是一个基于MCU控制的视力保护器系统，该系统距离检测、光强度检测等功能。本系统采用STC89C52微处理器作为视力保护器的核心器件，通过超声波模块、LCD1602、按键模块、ADC0832和蜂鸣器报警模块实现系统的各项功能。本文主要介绍了系统硬件电路以及软件部分的设计过程。系统利用光敏电阻吸收光线形成模拟量，通过数模转换设备把光敏电阻采集到的模拟量转换为数字量，然后对采集到的光线强度进行分级处理并且设定报警时光强的等级，当光线照射强度达不到报警时系统设定的等级时，则系统报警。系统通过超声波测距传感器对使用者的脸部与桌面的距离进行测量，当测出距离小于设定距离（一般设定距离为30CM）时蜂鸣器发出报警提示音提醒使用者规范坐姿。系统利用MCU内部定时器进行计时，当使用时间达到45分钟时，电路会发出报警提示音提醒使用者注意休息；系统采用三极管驱动蜂鸣器组成报警电路[1]。
2 系统方案
2.1 设计要求
由于单片机芯片具有智能处理的功能，因此本次设计以单片机芯片为核心，运用理论计算和实际测试相结合的方法对主电路进行设计。首先，各单元电路的设计选择合适的设备。在设备的选择上选择性价比较高的设备，另外电容、电阻这些常用的设备，在严格的计算数据再进行选择。其次，在设计整体电路的过程中，用仿真软件对系统每个部分的电路进行仿真和调试。其中MCU选用STC89C52，测距传感器选用超声波传感器、利用光敏电阻和模式转换模块组成光强测试电路，报警发生电路通过三极管驱动蜂鸣器实现。本次毕业设计的研究内容是设计一个基于MCU的视力保护器。该视力保护器可以实现以下功能：
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/1108.html
