单片机的视力保护器
摘 要本文以视力保护仪为研究核心，经过了资料查阅、器件对比选择、软硬件设计以及调试等过程，最终设计了一款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，本系统突破了目前市面上相关产品的高价格弊端，在主控上使用了51单片机来担任主控核心，不但使得成本大大降低，更是将系统的功耗特性以及使用性能得到大大提升。在软硬件设计上，本文以先搭建硬件系统后进行软件程序代码编写的顺序进行设计，通过Protel、Keil以及Visio等软件平台的辅助，大大加快了毕业设计的进程，最终经过了大量的试验验证以及改进优化，本系统实现了预期拟设的所有功能指标。
目录
一、 引言 1
（一） 电子视力保护仪的发展背景 1
（二） 视力保护仪控制系统的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 主控器件的选择 4
（二） STC89C51单片机介绍 5
（三） LCD1602显示器概述 6
（四） HCSR04超声波传感器 6
（五） 蜂鸣器概述 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 视力保护仪系统的系统原理框图设计 8
（二） 51单片机最小系统设计 8
1. 晶振电路设计 9
2. 复位电路设计 9
（三） 显示器电路设计 10
（四） HCSR04超声波传感器电路设计 10
（五） 蜂鸣器电路设计 11
（六） 按键电路 11
四、 软件系统设计 13
（一） 视力保护仪系统的主程序流程图设计 13
（二） 显示器工作流程设计 14
（三） HCSR04超声波传感器流程设计 14
五、 硬件调试 16
（一） 实物展示 16
（二） 问题总结 16
总 结 17
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
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
件列表 22
附录四 程序 23
附录五 实物图 27
引言
电子视力保护仪的发展背景
本课题将要设计的这款视力保护仪控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，它的视力保护原理是基于超声波测距原理，实现对阅读者眼睛道书桌（课本）的距离不间断测量机，从而实现对阅读者的坐姿进行间接判断和坐姿矫正，从而实现视力的保护，所谓的基于51单片机的视力保护仪控制系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的超声波传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的视力保护仪控制系统。最早的用于实现视力保护或者坐姿矫正功能的仪器或者称为穿戴衣物早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的视力保护仪系统全部采用机械结构或者穿戴医疗器械（如背背佳等）来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用传统方法来实现坐姿调整、身姿矫正功能是主流方式，这种传统式视力保护仪系统所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用机械部件来组成整个系统框架，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于全部采用传统结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统视力保护仪的典型特点。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，家长已经越来越不能满足于这种传统视力保护仪所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分视力保护仪系统的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的视力保护仪控制系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的视力保护仪控制系统突破了传统式的单一功能性，不但实现了传统式的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误视力保护仪产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现视力保护仪控制系统的二次甚至多次升级，这还传统式视力保护仪系统所无法实现的，另外由于这种电子式视力保护仪系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的视力保护仪控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款视力保护仪控制系统。
视力保护仪控制系统的国内外发展现状
电子式视力保护仪系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产视力保护仪系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的视力保护仪控制系统将能够实现更好的坐姿检测、坐姿快速矫正以及坐姿数据保存并且通过历史数据提出合理的视力矫正方案等功能，目前国内外所能实现的最先进视力保护仪系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款能够实现坐姿快速监测并且通过GSM通信技术将孩子的坐姿数据送入家长手机中进行实施监护的智能视力保护仪系统，这款系统的推出实现了嵌入式系统与人民生活的息息相关性，同时也标志着为了实现更高性能的视力保护仪系统我们有很长一段路要走。
本文主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的视力保护仪控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对视力保护仪控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章快速确定了视力保护仪控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是视力保护仪控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析，下列为本课题将要实现的指标和功能：
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；
目录
一、 引言 1
（一） 电子视力保护仪的发展背景 1
（二） 视力保护仪控制系统的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 主控器件的选择 4
（二） STC89C51单片机介绍 5
（三） LCD1602显示器概述 6
（四） HCSR04超声波传感器 6
（五） 蜂鸣器概述 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 视力保护仪系统的系统原理框图设计 8
（二） 51单片机最小系统设计 8
1. 晶振电路设计 9
2. 复位电路设计 9
（三） 显示器电路设计 10
（四） HCSR04超声波传感器电路设计 10
（五） 蜂鸣器电路设计 11
（六） 按键电路 11
四、 软件系统设计 13
（一） 视力保护仪系统的主程序流程图设计 13
（二） 显示器工作流程设计 14
（三） HCSR04超声波传感器流程设计 14
五、 硬件调试 16
（一） 实物展示 16
（二） 问题总结 16
总 结 17
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
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
件列表 22
附录四 程序 23
附录五 实物图 27
引言
电子视力保护仪的发展背景
本课题将要设计的这款视力保护仪控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，它的视力保护原理是基于超声波测距原理，实现对阅读者眼睛道书桌（课本）的距离不间断测量机，从而实现对阅读者的坐姿进行间接判断和坐姿矫正，从而实现视力的保护，所谓的基于51单片机的视力保护仪控制系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的超声波传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的视力保护仪控制系统。最早的用于实现视力保护或者坐姿矫正功能的仪器或者称为穿戴衣物早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的视力保护仪系统全部采用机械结构或者穿戴医疗器械（如背背佳等）来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用传统方法来实现坐姿调整、身姿矫正功能是主流方式，这种传统式视力保护仪系统所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用机械部件来组成整个系统框架，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于全部采用传统结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统视力保护仪的典型特点。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，家长已经越来越不能满足于这种传统视力保护仪所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分视力保护仪系统的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的视力保护仪控制系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的视力保护仪控制系统突破了传统式的单一功能性，不但实现了传统式的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误视力保护仪产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现视力保护仪控制系统的二次甚至多次升级，这还传统式视力保护仪系统所无法实现的，另外由于这种电子式视力保护仪系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的视力保护仪控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款视力保护仪控制系统。
视力保护仪控制系统的国内外发展现状
电子式视力保护仪系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产视力保护仪系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的视力保护仪控制系统将能够实现更好的坐姿检测、坐姿快速矫正以及坐姿数据保存并且通过历史数据提出合理的视力矫正方案等功能，目前国内外所能实现的最先进视力保护仪系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款能够实现坐姿快速监测并且通过GSM通信技术将孩子的坐姿数据送入家长手机中进行实施监护的智能视力保护仪系统，这款系统的推出实现了嵌入式系统与人民生活的息息相关性，同时也标志着为了实现更高性能的视力保护仪系统我们有很长一段路要走。
本文主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的视力保护仪控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对视力保护仪控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章快速确定了视力保护仪控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是视力保护仪控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析，下列为本课题将要实现的指标和功能：
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；
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