多功能辅助学习仪的设计与实现(附件)【字数：10182】
年 月 日摘 要随着我国经济的高速发展，学生的学习资源越来越丰富，学习方式也多种多样，然而学习现状却不容乐观。学习不规范以及学习压力大等诸多因素给青少年的成长与发育造成了极大的影响，从而导致学习效率低，近视率也大大增加。因此，本课题设计为了让使用者可以更好得学习，提高学习效率。多功能辅助学习仪的设计是很有必要的。本课题设计的一种多功能学习辅助仪，主要功能是实时监控环境亮度、矫正坐姿、定时学习，通过蓝牙APP监测数据。主要编程语言采用了C语言，硬件电路包括传感器电路、语音报警电路、光线强度电路以及定时电路。主要选择的元器件包括52单片机、HC-SR04超声波测距模块、Header2电源插座、按键电路、光敏电阻，1602液晶显示电路、蜂鸣器、以及各种传感器等。经过测试，本系统可以基本实现多功能辅助学习仪的要求，增加了新的功能，可以使使用者获得更好的用户体验，具有良好经济效益前景。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2国内外现状 1
1.3研究主要内容 2
第二章 总体方案设计 4
2.1 多功能辅助学习仪需求分析 4
2.1.1用户需求分析 4
2.1.2性能需求分析 4
2.2 多功能辅助学习仪可行性分析 4
2.3 总体方案设计 5
第三章 硬件实现及单元电路设计 6
3.1主控制模块 6
3.2供电器设计 6
3.3蜂鸣器驱动电路 7
3.4按键电路 7
3.5光照强度检测电路 8
3.6液晶显示模块 9
3.7超声波模块 10
3.7.1超声波的基本特性 11
3.7.2超声波的电器特性 12
第四章 系统软件设计方案 16
4.1系统主程序流程图 17
4.2软件环境的测试 18
4.3主控程序 18
4.4 超声波测距模块 19
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/> 4.5 光照强度模块 19
4.6 蓝牙APP模块 20
第五章 系统的安装与调试 21
5.1 安装步骤 21
5.2 电路的调试 21
5.3 实物展示 21
第六章 总结与展望 23
6.1总结 23
6.2展望 23
参考文献 24
附录1 整机PCB电路原理图 25
附录2 元器件清单 26
致 谢 28
第一章 绪论
1.1课题背景
学生是一国之本，随着现在信息网络技术的不断发展，学生拥有的学习资源愈加丰富，获取知识的方式也越来越多元化，但是，学习环境欠佳导致学生视力下降却是当下一个不容忽略的问题。2006年09月13日，黑龙江省暨哈尔滨市青少年举行了心理健康宣传活动，活动中，50余名心理咨询专家对 2000余名大中小学生进行义务咨询时发现，超过三成的学生视力高度近视，超过九成的中小学生学习压力大，已经戴上了眼镜。视力问题极其严峻。根据近年全国学生视力健康调查报告结论如图11所示：
图11 视力调查表
越来越多的人开始考虑如何给学生营造一个良好的学习环境。所以本课题设计一种多功能辅助学习仪来辅助学生拥有一个良好的学习环境，来帮助学生解决因各种的坐姿和作业方式不正确，导致的视力问题。
1.2国内外现状
由于我国经济的高速发展、环境现状不容乐观，学生们需要时刻面临学习效率低下以及学习压力的加重等诸多因素[1]。给青少年的成长与发育造成极大的障碍。使得青少年长时间不健康学习，对青少年的身心健康造成极大的影响，近视率也大大增加[2]
目前，国内许多科技公司都设计有了自己的特色的辅助学习仪，用来辅助学生，养成良好学习习惯，保护视力。在国内华恒电子有限公司生产的型号为MS3023的坐姿矫正器，可以纠正看书、写字的不良坐姿，但功能过于单一，与人们的个性化需求尚有很大的差距，故不能很好的满足广大使用者的需求[3]。张玉凤等设计的红外视力保护仪，使用 W18D50NK 红外测距，测量使用者和书本之间的距离，此产品安装不便，很难测得准确距离，且使用红外线原理测距，其对外界环境要求较高[4]。陈炜设计的简易青少年视力保护器可以对学习环境进行监测，但无法显示数据，报警方式单一，难以辨别是哪方面不符合实际要求[5]。王颖等设计的视力保护仪可以智能化监测使用者的坐姿，但功能单一，无法监测的光线强度及学习时间等，实用性能不高[6]。
国外关于辅助学习仪的研究，仅仅是关注近视产生的原因[7]。研究表明，市场上真正多功能的辅助学习仪很少。现有产品只注重视觉保护这一方面，功能相对简单。没有不能从多个角度去辅助用户学习[8]。因为现在大型国内外市场需求,辅助仪器才刚刚开始,有很大的发展空间,来自所有国家的很多公司在这方面的研究,。在美国，保护视力从来没有被当做一个单独的问题来对待，少数族裔少年的视力问题相对比较突出[10]。在各界看来，生活习惯、种族与健康状况都是影响视力的一些重要因素。在华盛顿举行的保护视力高峰会议上，最新的一项统计显示，在美国，亚裔、非洲裔、拉丁裔儿童患视力或眼病的几率较高[11]，认为未来辅助学习仪肯定会是一个巨大的发展[9]家庭教育经验浅薄和对家庭教育问题认识不全面深刻, 容易造成对孩子视力的不重视[12]，如何通过纠正学习状态来保护视力问题已成为广泛关注的问题。
1.3研究主要内容
本课题针对单片机芯片的智能处理功能，将理论与实际相结合，以主电路和单片机芯片为核心，选择STC89C52单片机作为主控制器。选择合适的电路对各单元的性能进行了修改与设计，并且选择各种合适的元器件。对于电阻、电容器等常用元件，在选择前请先计算参数。设计电路在计算机上进行了调试仿真，在测距上选择超声波测距非接触式检测技术，它不受外界环境和外界电磁场的影响，它不受光照、被测物体颜色、外界环境和电磁场的影响。电路简单，成本低，定向发射容易，定向性能好。对人体无害，具有一定的环境适应能力[4]。超声波传感器用于测距离，光敏电阻用于光报警，声报警蜂鸣器用于声硬件电路。该课题总的具有以下功能:
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2国内外现状 1
1.3研究主要内容 2
第二章 总体方案设计 4
2.1 多功能辅助学习仪需求分析 4
2.1.1用户需求分析 4
2.1.2性能需求分析 4
2.2 多功能辅助学习仪可行性分析 4
2.3 总体方案设计 5
第三章 硬件实现及单元电路设计 6
3.1主控制模块 6
3.2供电器设计 6
3.3蜂鸣器驱动电路 7
3.4按键电路 7
3.5光照强度检测电路 8
3.6液晶显示模块 9
3.7超声波模块 10
3.7.1超声波的基本特性 11
3.7.2超声波的电器特性 12
第四章 系统软件设计方案 16
4.1系统主程序流程图 17
4.2软件环境的测试 18
4.3主控程序 18
4.4 超声波测距模块 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
/> 4.5 光照强度模块 19
4.6 蓝牙APP模块 20
第五章 系统的安装与调试 21
5.1 安装步骤 21
5.2 电路的调试 21
5.3 实物展示 21
第六章 总结与展望 23
6.1总结 23
6.2展望 23
参考文献 24
附录1 整机PCB电路原理图 25
附录2 元器件清单 26
致 谢 28
第一章 绪论
1.1课题背景
学生是一国之本，随着现在信息网络技术的不断发展，学生拥有的学习资源愈加丰富，获取知识的方式也越来越多元化，但是，学习环境欠佳导致学生视力下降却是当下一个不容忽略的问题。2006年09月13日，黑龙江省暨哈尔滨市青少年举行了心理健康宣传活动，活动中，50余名心理咨询专家对 2000余名大中小学生进行义务咨询时发现，超过三成的学生视力高度近视，超过九成的中小学生学习压力大，已经戴上了眼镜。视力问题极其严峻。根据近年全国学生视力健康调查报告结论如图11所示：
图11 视力调查表
越来越多的人开始考虑如何给学生营造一个良好的学习环境。所以本课题设计一种多功能辅助学习仪来辅助学生拥有一个良好的学习环境，来帮助学生解决因各种的坐姿和作业方式不正确，导致的视力问题。
1.2国内外现状
由于我国经济的高速发展、环境现状不容乐观，学生们需要时刻面临学习效率低下以及学习压力的加重等诸多因素[1]。给青少年的成长与发育造成极大的障碍。使得青少年长时间不健康学习，对青少年的身心健康造成极大的影响，近视率也大大增加[2]
目前，国内许多科技公司都设计有了自己的特色的辅助学习仪，用来辅助学生，养成良好学习习惯，保护视力。在国内华恒电子有限公司生产的型号为MS3023的坐姿矫正器，可以纠正看书、写字的不良坐姿，但功能过于单一，与人们的个性化需求尚有很大的差距，故不能很好的满足广大使用者的需求[3]。张玉凤等设计的红外视力保护仪，使用 W18D50NK 红外测距，测量使用者和书本之间的距离，此产品安装不便，很难测得准确距离，且使用红外线原理测距，其对外界环境要求较高[4]。陈炜设计的简易青少年视力保护器可以对学习环境进行监测，但无法显示数据，报警方式单一，难以辨别是哪方面不符合实际要求[5]。王颖等设计的视力保护仪可以智能化监测使用者的坐姿，但功能单一，无法监测的光线强度及学习时间等，实用性能不高[6]。
国外关于辅助学习仪的研究，仅仅是关注近视产生的原因[7]。研究表明，市场上真正多功能的辅助学习仪很少。现有产品只注重视觉保护这一方面，功能相对简单。没有不能从多个角度去辅助用户学习[8]。因为现在大型国内外市场需求,辅助仪器才刚刚开始,有很大的发展空间,来自所有国家的很多公司在这方面的研究,。在美国，保护视力从来没有被当做一个单独的问题来对待，少数族裔少年的视力问题相对比较突出[10]。在各界看来，生活习惯、种族与健康状况都是影响视力的一些重要因素。在华盛顿举行的保护视力高峰会议上，最新的一项统计显示，在美国，亚裔、非洲裔、拉丁裔儿童患视力或眼病的几率较高[11]，认为未来辅助学习仪肯定会是一个巨大的发展[9]家庭教育经验浅薄和对家庭教育问题认识不全面深刻, 容易造成对孩子视力的不重视[12]，如何通过纠正学习状态来保护视力问题已成为广泛关注的问题。
1.3研究主要内容
本课题针对单片机芯片的智能处理功能，将理论与实际相结合，以主电路和单片机芯片为核心，选择STC89C52单片机作为主控制器。选择合适的电路对各单元的性能进行了修改与设计，并且选择各种合适的元器件。对于电阻、电容器等常用元件，在选择前请先计算参数。设计电路在计算机上进行了调试仿真，在测距上选择超声波测距非接触式检测技术，它不受外界环境和外界电磁场的影响，它不受光照、被测物体颜色、外界环境和电磁场的影响。电路简单，成本低，定向发射容易，定向性能好。对人体无害，具有一定的环境适应能力[4]。超声波传感器用于测距离，光敏电阻用于光报警，声报警蜂鸣器用于声硬件电路。该课题总的具有以下功能:
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