stc89c51单片机的视力保护仪设计
摘 要我们常说的智能视力保护仪指得是一种能够实现眼睛到课桌距离的测量、坐姿监测、坐姿不良报警提示以及液晶显示等功能的视力保护仪控制系统，它通常由微处理器作为主控，本课题就以该系统作为研究目标，通过对该器件的实现方法以及关键问题进行构思和探讨，最终完成了一款使用STC89C51来作为主控的智能视力保护仪系统。本次论文主要在硬件电路系统和软件系统两个层面分别对智能视力保护仪系统的设计方法进行了说明，通过对LCD1602液晶屏电路、有源蜂鸣器电路和等模块的原理图构建和和单片机GPIO管脚相互间的连接，最后把每一个子电路进行物理连接，形成了智能视力保护仪控制系统的硬件骨架。在系统软件设计上，本论文主要通过对主程序和各子程序的工作过程进行了流程图绘制，通过流程图的各个步骤演示来对编程代码的工作流程进行了描述。
目录
一、 引言 1
（一） 智能视力保护仪的发展背景 1
（二） 智能视力保护仪的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 智能视力保护仪的方案设计 3
（二） STC89C51处理器简介 3
（三） HCSR04超声波传感器简介 4
（四） LCD1602液晶屏简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
（六） 机械按键介绍 5
三、 系统硬件设计 7
（一） 最小系统电路设计 7
1. 时钟电路设计 7
2. 复位电路配置 7
（二） 眼睛与书桌距离检测电路设计 8
（三） 坐姿不正报警电路设计 9
（四） 液晶显示电路设计 9
（五） 启动电路设计 10
四、 系统软件设计 11
（一） 智能视力保护仪的主程序流程设计 11
（二） 眼睛与书桌距离检测流程设计 12
（三） 参数显示流程设计 13
1. 写数据的操作 13
2. 写指令的操作 14
（四） 坐姿不正报警流程设计 14
五、 实物制作与安装 16
总结 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
引言
智能视力保护仪的发展背景
近年来快速壮大的多传感器化技术使得传感器技术正在迈向新的历史时期，本次论文涉及到的智能视力保护仪控制系统亦和这项技术的发展息息相关，在表面上看来这个技术主要完成的工作是将多个功能各异的传感器件在相同系统中进行并行使用，从而获得多个采集到的数据，其实不然，这不仅仅是总数上的增加，其主要亮点在于从多种各种功能的数据中进行互相融合以此衍生出对更高层信息的提取和判别。本课题所要研究的这款智能视力保护仪控制系统是基于传感器来完成的，近年来传感器件正在由传统型向新型发展，因为传感器件是智能视力保护仪系统乃至是每个控制系统都要使用到的电子元器件，它是控制系统获取外界信号的关键部件，所以智能传感器效果的高低以及使用方法直接关系到整个系统的功效，整体数字化、微型化以及高精度化是传感器未来的发展方向。嵌入式智能视力保护仪系统的出现带来了智能概念，由于该形式的系统多是由高性价比的智能芯片结合高性价比智能传感器完成的，在单片机芯片内部就合成了几十万乃至上百万个晶体管，只需通过程序的优秀配置，近似可以实现任何目标，这种智能理念使开发人员能够把自己的配置想法完美的植入到软硬件系统中。近些年迅速崛起的无线网络技术更加给这类智能视力保护仪控制系统的发展注入了新鲜的源泉，这类技术最终亦实现了嵌入式，就是将无线网络技术放在嵌入式系统中应用，使嵌入式智能视力保护仪系统含有了无线通信的性能，Sigsbee、蓝牙以及GPRS等技术的普及，使多个智能视力保护仪系统相互间实现了数据互补使用，这也正迎合了目前数据处理技术正向信息处理技术过渡的趋势，即通过多种渠道为系统获取尽可能多的信号，从这些数据中整合出有效的信息进行判别而且加以利用，这是从数据层到信息层的转变，智能视力保护仪控制系统未来也会向该目标发展。过去使用非智能方式设计的智能视力保护仪控制系统在应用上尤为不方便，因为不能通过代码完成完全的自动化，因此在使用过程中常常所需要耗费丰富的人力物力来对正在工作状态的系统进行监护，这类使用形式相对于现在的嵌入式智能视力保护仪控制系统来说是特别不方便的，非常容易触及到该器件的性能瓶颈。本次毕业设计将以基于STC89C51的智能视力保护仪控制系统当作设计理念，把通过STC89C51最小系统的建立，完成对周围传感器件、液晶显示屏、按键和其他必要电路的控制，对智能视力保护仪控制系统的各个功能指标进行实现。
智能视力保护仪的国内外发展现状
目前效果最高的一些智能视力保护仪控制系统产品使用的是以32位内核处理器当作主控的并且具有超快运算速度的系统，因为它的内核可以在单位时间内部对32比特的二进制数据进行而且运算，从而相比市场上绝大多数16位内核产品来说要快得多。如今世界上对于智能视力保护仪系统的顶尖研究设计技术资料只是学会在特别少一部分国家或者企业当中，所以智能视力保护仪系统的生产研究成本还下不来。国际上当前对智能视力保护仪控制系统研究的研究人员愈来愈多，与此同时大学中亦有众多人在参与对智能视力保护仪系统的设计。智能视力保护仪控制系统的综合性能是如今市场上相关产品的制胜根本的因素，由于目前一些以16位处理器作为主控的智能视力保护仪控制系统相比32位产品具备更低的价格，所以它能比32位产品获取更多的使用人员，不过随着32位微处理器的生产研发价格正在持续压缩，未来不久32位的智能视力保护仪控制系统必将更加具有竞争力。
本文主要研究内容
本课题构建了一种智能视力保护仪系统，接着是本论文将要实现的设计内容和指标功能：
1、控制系统具有穿戴功能，当启动工作后，能够持续检测读书者眼睛距离课本的距离；
2、当系统检测到眼睛距离课本的距离过近时，立即发出报警提示信号，告知佩戴者尽快矫正坐姿；
3、使用价格低并且显示效果良好的LCD1602液晶屏作为显示模块，能够实时显示眼睛和课本的距离；
4、系统采用STC89C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发，实现晶振电路、复位电路的设计，搭建51单片机最小系统。
方案设计及元器件选择
智能视力保护仪的方案设计
此智能视力保护仪系统的设计方案为：以STC89C51最小系统电路作为控制核心，实现了对液晶屏显示电路、蜂鸣器电路和HCSR04传感器电路等电路模块的控制，显示模块使用了LCD1602液晶屏进行系统参数的显示，提升控制系统的性能；按键模块用于启动和暂停保护器的工作；超声波模块用于发射超声波信号和接收反射回来的超声波，并通过AT89C51进行超声波传输时间的计算，并转换为眼睛与课桌之间的距离；液晶屏用于显示测到的课本和眼睛之间的距离等参数；报警模块用于当距离过小时产生报警信号。
这就是下图所示的硬件框图工作方式，本智能视力保护仪系统的系统硬件依照图中的关系进行连接，在软件程序上遵循图中的箭头所指方向完成控制器和各部分相互间的信号流动。
目录
一、 引言 1
（一） 智能视力保护仪的发展背景 1
（二） 智能视力保护仪的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 智能视力保护仪的方案设计 3
（二） STC89C51处理器简介 3
（三） HCSR04超声波传感器简介 4
（四） LCD1602液晶屏简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
（六） 机械按键介绍 5
三、 系统硬件设计 7
（一） 最小系统电路设计 7
1. 时钟电路设计 7
2. 复位电路配置 7
（二） 眼睛与书桌距离检测电路设计 8
（三） 坐姿不正报警电路设计 9
（四） 液晶显示电路设计 9
（五） 启动电路设计 10
四、 系统软件设计 11
（一） 智能视力保护仪的主程序流程设计 11
（二） 眼睛与书桌距离检测流程设计 12
（三） 参数显示流程设计 13
1. 写数据的操作 13
2. 写指令的操作 14
（四） 坐姿不正报警流程设计 14
五、 实物制作与安装 16
总结 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
引言
智能视力保护仪的发展背景
近年来快速壮大的多传感器化技术使得传感器技术正在迈向新的历史时期，本次论文涉及到的智能视力保护仪控制系统亦和这项技术的发展息息相关，在表面上看来这个技术主要完成的工作是将多个功能各异的传感器件在相同系统中进行并行使用，从而获得多个采集到的数据，其实不然，这不仅仅是总数上的增加，其主要亮点在于从多种各种功能的数据中进行互相融合以此衍生出对更高层信息的提取和判别。本课题所要研究的这款智能视力保护仪控制系统是基于传感器来完成的，近年来传感器件正在由传统型向新型发展，因为传感器件是智能视力保护仪系统乃至是每个控制系统都要使用到的电子元器件，它是控制系统获取外界信号的关键部件，所以智能传感器效果的高低以及使用方法直接关系到整个系统的功效，整体数字化、微型化以及高精度化是传感器未来的发展方向。嵌入式智能视力保护仪系统的出现带来了智能概念，由于该形式的系统多是由高性价比的智能芯片结合高性价比智能传感器完成的，在单片机芯片内部就合成了几十万乃至上百万个晶体管，只需通过程序的优秀配置，近似可以实现任何目标，这种智能理念使开发人员能够把自己的配置想法完美的植入到软硬件系统中。近些年迅速崛起的无线网络技术更加给这类智能视力保护仪控制系统的发展注入了新鲜的源泉，这类技术最终亦实现了嵌入式，就是将无线网络技术放在嵌入式系统中应用，使嵌入式智能视力保护仪系统含有了无线通信的性能，Sigsbee、蓝牙以及GPRS等技术的普及，使多个智能视力保护仪系统相互间实现了数据互补使用，这也正迎合了目前数据处理技术正向信息处理技术过渡的趋势，即通过多种渠道为系统获取尽可能多的信号，从这些数据中整合出有效的信息进行判别而且加以利用，这是从数据层到信息层的转变，智能视力保护仪控制系统未来也会向该目标发展。过去使用非智能方式设计的智能视力保护仪控制系统在应用上尤为不方便，因为不能通过代码完成完全的自动化，因此在使用过程中常常所需要耗费丰富的人力物力来对正在工作状态的系统进行监护，这类使用形式相对于现在的嵌入式智能视力保护仪控制系统来说是特别不方便的，非常容易触及到该器件的性能瓶颈。本次毕业设计将以基于STC89C51的智能视力保护仪控制系统当作设计理念，把通过STC89C51最小系统的建立，完成对周围传感器件、液晶显示屏、按键和其他必要电路的控制，对智能视力保护仪控制系统的各个功能指标进行实现。
智能视力保护仪的国内外发展现状
目前效果最高的一些智能视力保护仪控制系统产品使用的是以32位内核处理器当作主控的并且具有超快运算速度的系统，因为它的内核可以在单位时间内部对32比特的二进制数据进行而且运算，从而相比市场上绝大多数16位内核产品来说要快得多。如今世界上对于智能视力保护仪系统的顶尖研究设计技术资料只是学会在特别少一部分国家或者企业当中，所以智能视力保护仪系统的生产研究成本还下不来。国际上当前对智能视力保护仪控制系统研究的研究人员愈来愈多，与此同时大学中亦有众多人在参与对智能视力保护仪系统的设计。智能视力保护仪控制系统的综合性能是如今市场上相关产品的制胜根本的因素，由于目前一些以16位处理器作为主控的智能视力保护仪控制系统相比32位产品具备更低的价格，所以它能比32位产品获取更多的使用人员，不过随着32位微处理器的生产研发价格正在持续压缩，未来不久32位的智能视力保护仪控制系统必将更加具有竞争力。
本文主要研究内容
本课题构建了一种智能视力保护仪系统，接着是本论文将要实现的设计内容和指标功能：
1、控制系统具有穿戴功能，当启动工作后，能够持续检测读书者眼睛距离课本的距离；
2、当系统检测到眼睛距离课本的距离过近时，立即发出报警提示信号，告知佩戴者尽快矫正坐姿；
3、使用价格低并且显示效果良好的LCD1602液晶屏作为显示模块，能够实时显示眼睛和课本的距离；
4、系统采用STC89C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发，实现晶振电路、复位电路的设计，搭建51单片机最小系统。
方案设计及元器件选择
智能视力保护仪的方案设计
此智能视力保护仪系统的设计方案为：以STC89C51最小系统电路作为控制核心，实现了对液晶屏显示电路、蜂鸣器电路和HCSR04传感器电路等电路模块的控制，显示模块使用了LCD1602液晶屏进行系统参数的显示，提升控制系统的性能；按键模块用于启动和暂停保护器的工作；超声波模块用于发射超声波信号和接收反射回来的超声波，并通过AT89C51进行超声波传输时间的计算，并转换为眼睛与课桌之间的距离；液晶屏用于显示测到的课本和眼睛之间的距离等参数；报警模块用于当距离过小时产生报警信号。
这就是下图所示的硬件框图工作方式，本智能视力保护仪系统的系统硬件依照图中的关系进行连接，在软件程序上遵循图中的箭头所指方向完成控制器和各部分相互间的信号流动。
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