智能视力保护器的设计
摘 要本课题以智能视力保护器作为研究对象，通过STC89C51单片机作为主控器，实现了一款能够对视力进行保护的电子系统，将STC89C51结合LCD1602液晶屏、有源蜂鸣器、HC-SR04超声波传感器和光敏传感器等元件实现一款性价比都远高于相关产品的配置。在硬件上通过对单片机最小系统电路以及LCD1602液晶显示电路、报警信号生成电路、距离测量电路和等电路的构建，制作了一款可以对佩戴者的眼睛与书桌之间的距离进行实时监测从而实现坐姿的间接检测效果的电子仪器，与此同时还能够通过系统内部配置的光敏传感器实现对周围环境光源的测量，当检测到周围光线过暗时可以通过蜂鸣器进行报警，提示佩戴者应该到光线充足地方阅读，通过了大量的优化设计并对每一个功能进行反复测试之后，这款系统发挥出了非常高的平稳性和实用性。
目录
一、 智能视力保护器的方案设计 2
二、 系统硬件设计 3
（一） 智能视力保护器的主控电路设计 3
1. STC89C51单片机简介 3
2. 最小系统电路设计 3
（二） 坐姿检测电路设计 4
1. HCSR04超声波传感器简介 4
2. 电路设计 4
（三） 环境光线检测电路设计 5
1. 光敏传感器简介 5
2. 电路设计 5
（四） 视力保护器的参数显示电路设计 6
（五） 坐姿不正或光线较暗时的报警电路设计 7
（六） 按键电路设计 8
三、 系统软件设计 9
（一） 智能视力保护器的主程序流程设计 9
（二） 眼睛与书桌之间距离测量流程设计 10
1. HCSR04超声波模块的启动 10
2. 超声波信号接收中断信号流程 11
（三） 蜂鸣器报警信号的发出流程设计 11
（四） 环境光线检测流程设计 12
四、 实物调试与安装 13
（一） 实物安装 13
（二） 调试总结 16
总结与展望 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
br /> 附录二 元件列表 21
附录三 程序 22
一、引言
本论文构建的这款系统和以往的智能视力保护器控制系统不同的是，控制核心应用了STC89C51，虽然该款控制芯片是一款比较老而且性能不是十分突出的主控器件，但结合到这款器件的价格和内部配置来看，该器件的经典性是非常有道理的，而本设计应用它来做为主控也是基于此道理的，把它的植入到本智能视力保护器系统中，不只可以缩短丰富软硬件电路构建调试周期，相关的系统开发教程能够在图书馆和网络或图书馆中轻易找寻到，这对确保毕业设计的成功性具有很大保障。
智能视力保护器控制系统最早出现在集成电路刚发展起来的那段时间，那个时候集成芯片技术出现，非常多分立模拟电路被集成芯片所替代，这使大多数电路的功效得到了巨大的提升，电路的稳定性能大大增加，同时给予电路的调试和维修也带来了极大的便利，早期智能视力保护器控制系统就是在这类环境下应运而生，工程师们经过大量的设计和实验，最后配置出了这类早期的智能视力保护器系统，完成了人们最初对它的期望性能，当然这些目标很简单，伴随着电子技术的不断发展，这些简易的功能渐渐不能满足使用者的胃口，以此这种早期的智能视力保护器系统开始变得不具有实用价值，研究者不断意识到唯有彻底性的更改该系统的设计方案才能够使其发生根本性的提升。
根据前不久某份国外杂志刊登的一个报道显示英国肯特大学的开发人员完成了一种新型设计而且取得了专利，这款设计与本次论文所研究的智能视力保护器控制系统有点相似，在功效和应用的主要智能传感器上都近乎相似，而他们所取得的成果是将该款智能视力保护器控制系统中的所有传感器件和采集电路进行了合并，并将它的植入到一片芯片中，为此他们还为这块芯片配置了一个高效率的低沉散热技术，通过这种技术完美的解决了智能视力保护器控制系统在运行过程中的发热问题，极大延长了芯片的使用寿命。国内目前对相关研究所取得的成果主要体现在传感模块的选材上，设计师称如果要增加智能视力保护器控制系统的性能必须在其传感电路方面大做文章，从而他们在相关电路的构建上，把主要设计重心都放在了如何计划传感电路的设计。
1、能够实现对佩戴者与书桌之间的距离进行实时持续的测量；
2、能够对阅读环境周围的自然光线进行采集；
3、当佩戴者与书桌之间的距离过近或者周围环境光线较暗时能够通过蜂鸣器进行快速报警功能，实现对视力的保护；
智能视力保护器的方案设计
本课题设计的这款视力保护器系统具有两种保护方式，第一种是通过测量佩戴者的眼睛与书桌之间的距离从而间接实现对佩戴者的坐姿进行实时监测的途径进行视力的保护；第二种则是通过采集周围环境光线强度，当检测到光线强度降低时提示用户开灯或者到光线充足地方去阅读的途径来进行视力的保护。为了实现这两种途径的有效保护，本课题配置了如图中的硬件结构框图，智能视力保护器系统将通过如图中的结构对硬件电路进行连接，并在软件上通过如图中的接口关系进行程序代码配置。
在第一种保护途径上，单片机将与HCSR04型超声波传感器进行连接，通过单片机内部定时器与超声波探头两者之间的相互配合，实现对超声波从眼睛到书桌之间传播时间的计时，根据声速大小从而计算出两者之间的距离，从而对坐姿进行监测。
第二种保护途径则是通过图中光敏传感器模块实时监测周围环境光线，通过输出高低电平送入单片机的普通GPIO管脚来表示周围光强大小，当输出高电平时表示周围环境光线较弱，反之则较强。
在对坐姿不正或者光线较暗的报警功能上，本课题配置了如图中的蜂鸣器模块，单片机通过输出高低电平来实现对这个模块的启动，从而实现蜂鸣式报警信号的输出。
目录
一、 智能视力保护器的方案设计 2
二、 系统硬件设计 3
（一） 智能视力保护器的主控电路设计 3
1. STC89C51单片机简介 3
2. 最小系统电路设计 3
（二） 坐姿检测电路设计 4
1. HCSR04超声波传感器简介 4
2. 电路设计 4
（三） 环境光线检测电路设计 5
1. 光敏传感器简介 5
2. 电路设计 5
（四） 视力保护器的参数显示电路设计 6
（五） 坐姿不正或光线较暗时的报警电路设计 7
（六） 按键电路设计 8
三、 系统软件设计 9
（一） 智能视力保护器的主程序流程设计 9
（二） 眼睛与书桌之间距离测量流程设计 10
1. HCSR04超声波模块的启动 10
2. 超声波信号接收中断信号流程 11
（三） 蜂鸣器报警信号的发出流程设计 11
（四） 环境光线检测流程设计 12
四、 实物调试与安装 13
（一） 实物安装 13
（二） 调试总结 16
总结与展望 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
br /> 附录二 元件列表 21
附录三 程序 22
一、引言
本论文构建的这款系统和以往的智能视力保护器控制系统不同的是，控制核心应用了STC89C51，虽然该款控制芯片是一款比较老而且性能不是十分突出的主控器件，但结合到这款器件的价格和内部配置来看，该器件的经典性是非常有道理的，而本设计应用它来做为主控也是基于此道理的，把它的植入到本智能视力保护器系统中，不只可以缩短丰富软硬件电路构建调试周期，相关的系统开发教程能够在图书馆和网络或图书馆中轻易找寻到，这对确保毕业设计的成功性具有很大保障。
智能视力保护器控制系统最早出现在集成电路刚发展起来的那段时间，那个时候集成芯片技术出现，非常多分立模拟电路被集成芯片所替代，这使大多数电路的功效得到了巨大的提升，电路的稳定性能大大增加，同时给予电路的调试和维修也带来了极大的便利，早期智能视力保护器控制系统就是在这类环境下应运而生，工程师们经过大量的设计和实验，最后配置出了这类早期的智能视力保护器系统，完成了人们最初对它的期望性能，当然这些目标很简单，伴随着电子技术的不断发展，这些简易的功能渐渐不能满足使用者的胃口，以此这种早期的智能视力保护器系统开始变得不具有实用价值，研究者不断意识到唯有彻底性的更改该系统的设计方案才能够使其发生根本性的提升。
根据前不久某份国外杂志刊登的一个报道显示英国肯特大学的开发人员完成了一种新型设计而且取得了专利，这款设计与本次论文所研究的智能视力保护器控制系统有点相似，在功效和应用的主要智能传感器上都近乎相似，而他们所取得的成果是将该款智能视力保护器控制系统中的所有传感器件和采集电路进行了合并，并将它的植入到一片芯片中，为此他们还为这块芯片配置了一个高效率的低沉散热技术，通过这种技术完美的解决了智能视力保护器控制系统在运行过程中的发热问题，极大延长了芯片的使用寿命。国内目前对相关研究所取得的成果主要体现在传感模块的选材上，设计师称如果要增加智能视力保护器控制系统的性能必须在其传感电路方面大做文章，从而他们在相关电路的构建上，把主要设计重心都放在了如何计划传感电路的设计。
1、能够实现对佩戴者与书桌之间的距离进行实时持续的测量；
2、能够对阅读环境周围的自然光线进行采集；
3、当佩戴者与书桌之间的距离过近或者周围环境光线较暗时能够通过蜂鸣器进行快速报警功能，实现对视力的保护；
智能视力保护器的方案设计
本课题设计的这款视力保护器系统具有两种保护方式，第一种是通过测量佩戴者的眼睛与书桌之间的距离从而间接实现对佩戴者的坐姿进行实时监测的途径进行视力的保护；第二种则是通过采集周围环境光线强度，当检测到光线强度降低时提示用户开灯或者到光线充足地方去阅读的途径来进行视力的保护。为了实现这两种途径的有效保护，本课题配置了如图中的硬件结构框图，智能视力保护器系统将通过如图中的结构对硬件电路进行连接，并在软件上通过如图中的接口关系进行程序代码配置。
在第一种保护途径上，单片机将与HCSR04型超声波传感器进行连接，通过单片机内部定时器与超声波探头两者之间的相互配合，实现对超声波从眼睛到书桌之间传播时间的计时，根据声速大小从而计算出两者之间的距离，从而对坐姿进行监测。
第二种保护途径则是通过图中光敏传感器模块实时监测周围环境光线，通过输出高低电平送入单片机的普通GPIO管脚来表示周围光强大小，当输出高电平时表示周围环境光线较弱，反之则较强。
在对坐姿不正或者光线较暗的报警功能上，本课题配置了如图中的蜂鸣器模块，单片机通过输出高低电平来实现对这个模块的启动，从而实现蜂鸣式报警信号的输出。
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