（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院無錫交通分院，江蘇 無錫 214151）

[摘 要] 如今網(wǎng)絡日益成為人們獲取信息的主要途徑，人均使用手機、電腦、平板等電子設備的時間呈急速上升的趨勢。據(jù)報道，全球有22%的近視發(fā)病率，亞洲地區(qū)特別是我國的近視發(fā)病率已達34.6%。由于兒童使用電子設備的機會和時間顯著增高，青少年及學齡兒童發(fā)病率居高不下，高中生近視率高達70%?？梢?，預防青少年近視具有社會意義。

[關 鍵 詞] 傳感器；近視眼；單片機

[中圖分類號] TP212 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）06-0171-01

一、引言

“創(chuàng)新”是人類發(fā)展的永恒課題。隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代化創(chuàng)新人才的培養(yǎng)在職業(yè)教育領域越顯重要。培養(yǎng)適合當今社會需要的具有創(chuàng)新性的人才成為職業(yè)教育的主要任務。為了適應這一形勢的發(fā)展，為學生創(chuàng)造良好的創(chuàng)新才能發(fā)揮環(huán)境，基于市場上預防近視的矯姿產(chǎn)品很多，傳統(tǒng)的機械式坐姿矯正器械曾經(jīng)風靡一時，但經(jīng)過市場的檢驗，人們發(fā)現(xiàn)無論是攜帶還是使用都較為繁復，護眼原理上也忽略了長時間用眼對眼睛造成的傷害。筆者結合學生實際情況和市場環(huán)境，開發(fā)了基于單片機的多功能電腦護眼系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)總體設計

近距離長時間過度直視是近視患病的一個重要因素，人眼的明視距離為25cm，本系統(tǒng)是設計一個使用方便、多功能的電腦護眼系統(tǒng)，把它固定于電腦顯示屏上，多功能電腦護眼系統(tǒng)以單片機AT89C51為控制核心，超聲波傳感器T/R40-16為測距主體，主要由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、單片機電路、LCD顯示電路、語音提示模塊及防盜模塊組成，如圖所示。使用超聲波傳感器實現(xiàn)用眼距離的測量，光電池實現(xiàn)周圍光線的明暗調(diào)節(jié)，單片機計時定時器測算用眼時間，同時人性化的設計0.5h、1h、1.5h、2h四種不同時間段，供青少年、老年或成年人選擇，一旦使用時間超時，系統(tǒng)通過語音芯片實現(xiàn)報警提示。當使用者過度看近時（人眼離顯示器距離小于15cm），警告電路也會工作，提醒使用者調(diào)整坐姿。

（一）超聲波傳感器測距原理

按照不同的類型，此類傳感器分為四種，分別是磁滯式、電動式、電磁式和電動式。發(fā)射信號的發(fā)射模塊和接受信號的接收模塊共同組成了超聲波傳感器。此類系統(tǒng)在接收超聲波和發(fā)射超聲波時，其兩個探頭實現(xiàn)了電壓與超聲波之間的相互變換，最終該系統(tǒng)完成了數(shù)據(jù)的測算。本系統(tǒng)選用壓電式超聲傳感器T/R40-16，接收和發(fā)射探頭均安裝雙晶振子，發(fā)射超聲波時，發(fā)射模塊將電壓轉(zhuǎn)化成超聲波，聲波在空氣中傳播，遇到電腦顯示器反射回接收模塊，單片機模塊計算出來回時間T，其傳播速度C是已知的，故根據(jù)距離（L）=1/2傳播速度（C）×時間（T），得出測量距離。為了精確測量數(shù)據(jù)，還應考慮兩個因素以減少誤差，（1）由于聲波的傳播速度與溫度有關，顯著的溫差也應該被考慮；（2）若發(fā)射與接收探頭夾角過大也會影響最終數(shù)據(jù)。

（二）超聲波發(fā)射電路設計

發(fā)射電路由反相器和換能器組成，當I/O口P2.3=0時，發(fā)射電路模塊發(fā)出超聲波，I/O口P2.3=1時，其本身的電路振蕩立刻停止。核心部件的P3.5共輸出兩路方波信號，一路經(jīng)過一級的反相器反相后給超聲波換能器的一個電極，另外一個經(jīng)過兩級反相器反相后給它的另外一個電極。我們應用兩個不同級別的反相器輸出最終是想拉高它的驅(qū)動能力。另外，應用R2和R1兩個上拉電阻，更是提高了換能器的阻尼效果。

（三）超聲波接收電路設計

由CX2010A芯片組成的集成電路構成了超聲波接收電路主體，我們知道，超聲波接收電路功能強大，不僅可以對超聲波信號機型放大、比較等功能，還可以進行限幅、整形。測距系統(tǒng)在正常的工作狀態(tài)，其超聲波換能器所接收到的40kHz的方波信號是由單片機所發(fā)出的。它接收到信號后再將其發(fā)出。信號發(fā)出后由單片機負責計算時間。該信號在碰到測距目標后折返，接收端CX20106A將信息發(fā)給單片機進行比較處理，將其結果輸送給LCD顯示器。假如所測量的距離小于設定值時，單片機產(chǎn)生 3kHz信號，送到三極管基極，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴警示。

三、工作流程

為了更好地將其結果調(diào)試出來，要將單片機定時器T0的模式更改為16位計數(shù)器的模式，并且要先把系統(tǒng)的環(huán)境恢復到最初的狀態(tài)。接著將超聲波發(fā)出的一個子程序輸送給一個超神博脈沖，稍等后再將外中斷0接收返回的信號。當單片機中的主要程序發(fā)現(xiàn)接收成功的標志位后，再將單片機定時器T0中的數(shù)按下計算，這樣就可以測量出他們之間的距離。設計取聲速為340m/s。L=170m/s*T0測出距離后將結果送往LCD顯示，然后再發(fā)出超聲波脈沖進行重復測量。

總之，現(xiàn)代社會電腦無處不在，不論是工作、學習，還是娛樂都能在互聯(lián)網(wǎng)上獲得需要的資料和數(shù)據(jù)，上網(wǎng)儼然成為現(xiàn)代人最重要的生活內(nèi)容之一。本文所設計的多功能電腦護眼系統(tǒng)無論對中小學生人群矯正他們上網(wǎng)的不良習慣，還是依靠電腦工作的白領，都有著積極的提醒警示作用。

參考文獻：

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[3]吳旗.傳感器及應用[M].高等教育出版社，2002.

作者簡介：王光祥（1982—），男，講師，學士學位，研究方向：電氣自動化。