单片机的视力保护器设计
基于单片机的视力保护器的设计是我这次的毕业设计，此次系统的控制核心为51单片机和它的最小系统，通过超声波测距模块检测当前距离，光强度检测电路检测当前环境光照强弱、经过数模转换器ADC0832模块转换为数字信号传输给单片机，通过LCD1602液晶显示模块显示当前的检测距离、光照强弱以及学习时间。根据关键模块,蜂鸣器声光报警模块和电源模块构成整个系统的硬件模块。设置好报警距离以后，当使用者的面部到桌面的距离小于设置值的时候进行报警。当光照强度过低的时候发出报警。系统利用了单片机的计时器设置了45分钟的学习时间，超过时间后进行报警。本设计通过距离、光照强度以及学习时间三个方面着手保护学生的视力，在我们如今的生活中有着非常重要的意义，所以这个设计非常的有必要性。
目录
一、 前言 1
（一） 研究背景 1
（二）研究现状 1
（三）研究任务 2
二、 整体方案设计 2
（一）方案论证 3
（二）最后的方案 4
三、 硬件系统的设计 5
（一）单片机的最小系统设计 5
（二）坐姿检测模块 6
（三）光照强度检测模块 6
（四）报警模块 7
（五）显示模块 7
（六）按键模块 8
（七）电源模块 8
四、 系统软件设计 9
（一）超声波测距子程序 9
（二）测光的子程序 10
（三）计时子程序 11
（四）使用Keil c51编写程序 11
五、 系统调试 12
（一）调试步骤 12
（二）调试的注意事项 12
（三）软件调试 13
（四）制作问题 13
参考文献 14
结论 15
致谢 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 C语言程序 19
附录四 实物图 26
一、 前言
（一） 研究背景
随着社会的经济的发展，人们对于学生的教育问题越来越重视，不少的学生家
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
长为了实现自己望子成龙，望女成凤的理想。对于学生的学习不断的施加压力。在孩子成绩提高的同时也伴随着视力问题的出现。现如今电子产品越来越普及，有许许多多的小孩子都有视力问题从而戴上了近视眼镜。孩子们万一造成近视了，家长们就是花再多的钱也不能让视力变成原来的水平。
在打算做这份毕业设计时，我对我们班级同学们的近视率做了一些调查，有大概百分之五十多，快六十的同学们都存在近视的问题。而大多数是因为长期的不正确的学习姿势造成的。不少专家也认为：让学生们近视最主要的原因就是学生们不正确的读书姿势造成的。很多的学生们总喜欢躺在床上看书或者在很黑暗的地方看书，这对他们的视力造成非常恶劣的影响。
学生们应该在灯光光亮的地方看书学习，眼睛和书本保持一尺的距离，胸口离桌子三十厘米处，这样才是正确的看书学习姿势。不少孩子养成不良姿势的坏习惯以后，很难纠正过来。经常是屡教不改的状态，造成近视的情况越来越严重。目前国内又缺乏专业的近视机构对于青少年近视的情况进行治疗。
根据以上的观点来看：为了避免长期的不正确的读书写字的姿势而造成的近视等问题，一款视力保护的器的设计就迫在眉睫，改正孩子们学习时的不正确坐姿，改善孩子们的学习环境，让他们养成好的看书习惯，就能很好的保护孩子们的视力。
（二）研究现状
现在国内市场上也出现了很多视力保护的产品，比如与文具盒一体的视力保护器通过一定的距离的卡尺来纠正学生的不良坐姿。但是复杂累赘的文具盒式的保护器并不受学生的欢迎，其对于当前环境的光照强弱并不能做出正确的预警。功能比较单一和现代生活对于智能化的要求相差甚远。所以并不能满足人们的使用要求。
但是现如今我们国内市场上并没有真正意义上的视力保护器，如今有的产品功能简单，不能很好的对孩子们的视力进行保护。而我的设计通过超声波以及光照检测电路来纠正错误的坐姿，达到保护视力的设计要求。
综上所述，目前国内外市场需要大量的智能化的视力保护器来保护青少年的视力，可是现在市场上的视力保护器非常简单单一，所以我这个设计的视力保护器存在的必要性就非常的高。在将来的科技发展提供的知识力量下，视力保护器肯定会有重大的发展，为祖国花朵们的视力遮风避雨保驾护航。
（三）研究任务
本设计是基于单片机得视力保护器的设计，首先需要做的是根据设计的要求绘制相应的原理图，根据原理图结合价格、功能等元器件条件进行各个模块的硬件选择。其次是对于软件部分的设计，最后对比设计要求进行实物的调试。
本设计应该具备以下功能：
每当人脸靠近桌面距离低于三十厘米时，蜂鸣器滴滴报警二极管发光点亮；
测试到所处环境下的光芒不够时，可以发出报警；
如果学习时间超过四十五分钟，电路发出滴滴声提醒，提示进行休息；
电路的距离以及光照强度的报警值可以调节；
电路性价比高，适合大范围的推广；
二、 整体方案设计
本设计以单片机为核心，利用超声波传感器以及光照强度检测电路组成的测试模块，检测当前使用者到书桌的距离以及当前环境的光照强弱，经过数模转换器ADC0832模块转换为数字信号传输给单片机，利用单片机的内部定时器，一旦时间超过了四十五分钟就可以自行报警，所测的距离，和明暗程度还有学习的时间通过LCD1602液晶显示模块来显示出来。所有的系统硬件模块靠按键模块，蜂鸣器声光报警器模块和电源模块组成。系统整体框图如图21
图21系统整体框图
（一）方案论证
1.控制模块
作为本系统的控制核心，其运算精度和功能的多样性是我所需求的。
方案一：采取51单片机作为我的设计的微处理器。51单片机具有运算速度快，功耗低，抗干扰能力强等性能有点。采用c语言对程序进行编写，通过测出的距离和明暗程度和时间的长短来报警。
方案二：采取FPGA（可编程门阵列）作为系统的处理器。FPGA是将所有的元器件都集成在芯片中，是的其运算能力强，体积小处理速度快等优点。
对于两种方案相对来说，它们的运算速度，抗干扰性以及功耗等特点都符合我的设计要求，在运算方面FPGA的运算能力更高。把FPGA用在视力保护器上显得不值当，还增加了这个设计的预算，让视力保护器的市场不易让大众接受。所以我选择方案一作为控制器。
2.坐姿检测模块
方案一：采取红外热释电传感器，红外热释传感器对于红外线检测具有较高的灵敏度，通过检测当前使用者的坐姿来判断是否里书桌太近。
方案二：采取超声波传感器模块，通过超声波发射的超声波到使用者的面部检测当前的距离，由此来判断是否距离书桌太近。
对于方案一而言，当打开视力保护器以后，使用者不会长时间的保持一个姿势在读书，难免的会出现轻微的晃动。而热释红外传感器的灵敏度较高，此时就会发出报警，由此就失去了保护的意义。而通过超声波测距的方法检测到书桌的距离能够很好的保持学生面不到书桌的距离。那么我会选择方案二。
目录
一、 前言 1
（一） 研究背景 1
（二）研究现状 1
（三）研究任务 2
二、 整体方案设计 2
（一）方案论证 3
（二）最后的方案 4
三、 硬件系统的设计 5
（一）单片机的最小系统设计 5
（二）坐姿检测模块 6
（三）光照强度检测模块 6
（四）报警模块 7
（五）显示模块 7
（六）按键模块 8
（七）电源模块 8
四、 系统软件设计 9
（一）超声波测距子程序 9
（二）测光的子程序 10
（三）计时子程序 11
（四）使用Keil c51编写程序 11
五、 系统调试 12
（一）调试步骤 12
（二）调试的注意事项 12
（三）软件调试 13
（四）制作问题 13
参考文献 14
结论 15
致谢 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 C语言程序 19
附录四 实物图 26
一、 前言
（一） 研究背景
随着社会的经济的发展，人们对于学生的教育问题越来越重视，不少的学生家
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
长为了实现自己望子成龙，望女成凤的理想。对于学生的学习不断的施加压力。在孩子成绩提高的同时也伴随着视力问题的出现。现如今电子产品越来越普及，有许许多多的小孩子都有视力问题从而戴上了近视眼镜。孩子们万一造成近视了，家长们就是花再多的钱也不能让视力变成原来的水平。
在打算做这份毕业设计时，我对我们班级同学们的近视率做了一些调查，有大概百分之五十多，快六十的同学们都存在近视的问题。而大多数是因为长期的不正确的学习姿势造成的。不少专家也认为：让学生们近视最主要的原因就是学生们不正确的读书姿势造成的。很多的学生们总喜欢躺在床上看书或者在很黑暗的地方看书，这对他们的视力造成非常恶劣的影响。
学生们应该在灯光光亮的地方看书学习，眼睛和书本保持一尺的距离，胸口离桌子三十厘米处，这样才是正确的看书学习姿势。不少孩子养成不良姿势的坏习惯以后，很难纠正过来。经常是屡教不改的状态，造成近视的情况越来越严重。目前国内又缺乏专业的近视机构对于青少年近视的情况进行治疗。
根据以上的观点来看：为了避免长期的不正确的读书写字的姿势而造成的近视等问题，一款视力保护的器的设计就迫在眉睫，改正孩子们学习时的不正确坐姿，改善孩子们的学习环境，让他们养成好的看书习惯，就能很好的保护孩子们的视力。
（二）研究现状
现在国内市场上也出现了很多视力保护的产品，比如与文具盒一体的视力保护器通过一定的距离的卡尺来纠正学生的不良坐姿。但是复杂累赘的文具盒式的保护器并不受学生的欢迎，其对于当前环境的光照强弱并不能做出正确的预警。功能比较单一和现代生活对于智能化的要求相差甚远。所以并不能满足人们的使用要求。
但是现如今我们国内市场上并没有真正意义上的视力保护器，如今有的产品功能简单，不能很好的对孩子们的视力进行保护。而我的设计通过超声波以及光照检测电路来纠正错误的坐姿，达到保护视力的设计要求。
综上所述，目前国内外市场需要大量的智能化的视力保护器来保护青少年的视力，可是现在市场上的视力保护器非常简单单一，所以我这个设计的视力保护器存在的必要性就非常的高。在将来的科技发展提供的知识力量下，视力保护器肯定会有重大的发展，为祖国花朵们的视力遮风避雨保驾护航。
（三）研究任务
本设计是基于单片机得视力保护器的设计，首先需要做的是根据设计的要求绘制相应的原理图，根据原理图结合价格、功能等元器件条件进行各个模块的硬件选择。其次是对于软件部分的设计，最后对比设计要求进行实物的调试。
本设计应该具备以下功能：
每当人脸靠近桌面距离低于三十厘米时，蜂鸣器滴滴报警二极管发光点亮；
测试到所处环境下的光芒不够时，可以发出报警；
如果学习时间超过四十五分钟，电路发出滴滴声提醒，提示进行休息；
电路的距离以及光照强度的报警值可以调节；
电路性价比高，适合大范围的推广；
二、 整体方案设计
本设计以单片机为核心，利用超声波传感器以及光照强度检测电路组成的测试模块，检测当前使用者到书桌的距离以及当前环境的光照强弱，经过数模转换器ADC0832模块转换为数字信号传输给单片机，利用单片机的内部定时器，一旦时间超过了四十五分钟就可以自行报警，所测的距离，和明暗程度还有学习的时间通过LCD1602液晶显示模块来显示出来。所有的系统硬件模块靠按键模块，蜂鸣器声光报警器模块和电源模块组成。系统整体框图如图21
图21系统整体框图
（一）方案论证
1.控制模块
作为本系统的控制核心，其运算精度和功能的多样性是我所需求的。
方案一：采取51单片机作为我的设计的微处理器。51单片机具有运算速度快，功耗低，抗干扰能力强等性能有点。采用c语言对程序进行编写，通过测出的距离和明暗程度和时间的长短来报警。
方案二：采取FPGA（可编程门阵列）作为系统的处理器。FPGA是将所有的元器件都集成在芯片中，是的其运算能力强，体积小处理速度快等优点。
对于两种方案相对来说，它们的运算速度，抗干扰性以及功耗等特点都符合我的设计要求，在运算方面FPGA的运算能力更高。把FPGA用在视力保护器上显得不值当，还增加了这个设计的预算，让视力保护器的市场不易让大众接受。所以我选择方案一作为控制器。
2.坐姿检测模块
方案一：采取红外热释电传感器，红外热释传感器对于红外线检测具有较高的灵敏度，通过检测当前使用者的坐姿来判断是否里书桌太近。
方案二：采取超声波传感器模块，通过超声波发射的超声波到使用者的面部检测当前的距离，由此来判断是否距离书桌太近。
对于方案一而言，当打开视力保护器以后，使用者不会长时间的保持一个姿势在读书，难免的会出现轻微的晃动。而热释红外传感器的灵敏度较高，此时就会发出报警，由此就失去了保护的意义。而通过超声波测距的方法检测到书桌的距离能够很好的保持学生面不到书桌的距离。那么我会选择方案二。
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