劉鵬飛 謝浩東 王藝霖

摘 要：本系統(tǒng)是以STC89C52型單片機(jī)為主控制系統(tǒng)，對使用電子設(shè)備的時間進(jìn)行計時，同時運(yùn)用HC-SR04超聲波測距模塊測量人眼到電子設(shè)備之間的距離，并將測距結(jié)果及計時情況傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行分析比較，當(dāng)測定值小于設(shè)定距離時LED發(fā)光，當(dāng)計時時間超過設(shè)定時間時，蜂鳴器開始鳴叫報警。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；眼睛與電子設(shè)備；測距報警；系統(tǒng)設(shè)計

如今，電子設(shè)備在生活中的使用隨處可見，尤其是手機(jī)這種應(yīng)用比較普及的電子設(shè)備。但像手機(jī)這類電子設(shè)備的普及也給現(xiàn)代人們帶來許多困擾，比如長時間看手機(jī)、筆記本、iPad等會給人們的視力造成傷害，導(dǎo)致正處于成長發(fā)育期的青少年視力普遍下降。而本文所述的設(shè)計可以幫助和監(jiān)督用戶合理使用電子設(shè)備，有效減少因人眼與電子設(shè)備屏幕距離過近及使用時間過長而帶來的傷害。

1 背景技術(shù)介紹

1.1 單片機(jī)

單片機(jī)在現(xiàn)代各種微型電子產(chǎn)品的智能化控制中應(yīng)用十分廣泛。單片機(jī)的本質(zhì)是一個完整的微型計算機(jī)系統(tǒng)，它是一種利用集成電路技術(shù)將中央處理系統(tǒng)、內(nèi)部存儲系統(tǒng)以及總線系統(tǒng)集成到特定的芯片中而形成的微型計算機(jī)系統(tǒng)。STC89C52型單片機(jī)是由宏晶科技推出的新一代增強(qiáng)型高性能8051產(chǎn)品，具有低電壓、高性能的優(yōu)點(diǎn)。

1.2 HC-SR04超聲波測距模塊

HC-SR04超聲波測距模塊是一種利用超聲波進(jìn)行非接觸式距離測定的裝置，其測定范圍可達(dá)2cm-400cm，測定精確度可達(dá)3mm，因其測定范圍大、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)在非接觸測量領(lǐng)域中備受青睞。該測距模塊主要包括超聲波發(fā)射器、超聲波接收器以及控制電路三個部分，其工作原理較簡單，運(yùn)行性能較穩(wěn)定，且測距盲區(qū)較小，目前主要應(yīng)用于物體測距、停車場檢測等領(lǐng)域。

1.3 蜂鳴器、數(shù)碼管、LED燈

蜂鳴器是一種電子訊響器，常用在計算機(jī)、定時器、打/復(fù)印機(jī)、車載電子設(shè)備、報警器以及電子玩具等多種領(lǐng)域中，在本文所設(shè)計的系統(tǒng)中主要用作報警器。數(shù)碼管是一種能夠顯示數(shù)字等電子信息的電子設(shè)備，是顯示屏的一種，在本文所描述的設(shè)計系統(tǒng)中用于顯示距離和時間。LED燈是一種常見的能夠發(fā)光的燈，其本質(zhì)是發(fā)光二極管，因其制作成本較低、技術(shù)成熟、構(gòu)造簡單而得到廣泛應(yīng)用，在本文所設(shè)計的測距報警系統(tǒng)中主要發(fā)揮提醒功能。

2 總體設(shè)計及工作原理

本設(shè)計是由兩個單片機(jī)控制電路板、兩組數(shù)碼管、多個按鍵、一個HC-SR04超聲波測距模塊、一個LED等部分組成，包含HC-SR04超聲波測距系統(tǒng)和定時報警系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。整個單片機(jī)控制電路板包含單片機(jī)、LED、按鍵、數(shù)碼管以及蜂鳴器，該系統(tǒng)所需的電源可以是電源插頭，也可以是充電寶。

該設(shè)計的總體特征可以描述為：單片機(jī)控制電路板呈長方形較薄，四周有四個螺絲固定，通過USB端口與電源相連，同時通過導(dǎo)線將兩個單片機(jī)控制電路板及HC-SR04超聲波測距模塊連接在一起，由單片機(jī)里面芯片設(shè)定的程序測量距離和定時，將距離和開啟設(shè)備的時間顯示在數(shù)碼管上，當(dāng)距離過近或時間過長時會出現(xiàn)亮燈或者蜂鳴報警的反饋。

在實(shí)際使用時，先將其與電源連接，按下電源開關(guān)鍵，這個時候會將人眼與電子設(shè)備之間的初始距離和初始使用時間顯示在數(shù)碼管顯示屏上。然后通過時間設(shè)定按鍵對規(guī)定的使用時間進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定完成后所設(shè)定的時間也會顯示在數(shù)碼管上。當(dāng)人眼與電子設(shè)備之間的距離過近時，LED會發(fā)光做出提醒，當(dāng)用戶使用電子設(shè)備超出設(shè)定時間時，蜂鳴器會發(fā)出聲音給予警告。

3 具體設(shè)計

3.1 HC-SR04超聲波測距報警模塊

HC-SR04超聲波測距測模塊的工作原理是利用超聲波發(fā)射超聲波信號，當(dāng)發(fā)射出去的信號碰倒阻礙物時會被反射回來，反射回來的信號被單片機(jī)測距系統(tǒng)接收分析，計算得到測量距離，并將測量結(jié)果顯示在數(shù)碼管顯示屏上，當(dāng)顯示屏上的距離小于規(guī)定的距離時，由單片機(jī)所控制的LED等就會發(fā)亮提醒。

3.2 蜂鳴報警模塊

圖1是該設(shè)計系統(tǒng)中的定時蜂鳴報警單片機(jī)控制電路板的平面布局示意圖，如圖所示，在實(shí)際工作中，先將USB接口接通電源，打開電源開關(guān)，按K3鍵開始設(shè)定時間，初始為00-00-00（時-分-秒），然后通過按K2進(jìn)行加1，即每按一次K2可進(jìn)行一次加1。按K1進(jìn)行設(shè)定位置的移動，初始為小時的十位，按下一次，開始設(shè)定小時的個位，再按下一次，設(shè)定分鐘的十位，再次按下設(shè)定分鐘的個位，最后按下，結(jié)束設(shè)定。當(dāng)用戶使用時間達(dá)到設(shè)定時間時，會觸發(fā)由單片機(jī)控制的蜂鳴器鳴叫，以作提醒。本模塊的時間設(shè)定只可設(shè)定小時和分鐘。

3.3 顯示模塊

顯示模塊是由兩組數(shù)碼管組成，分別分布在HC-SR04超聲波測距系統(tǒng)和定時蜂鳴報警系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)中，用來顯示超聲波測距結(jié)果及設(shè)定使用時間，方便用戶自我監(jiān)督。

3.4 軟件設(shè)計

該系統(tǒng)中的軟件設(shè)計主要包括系統(tǒng)主程序，數(shù)據(jù)采集子程序、按鍵控制、數(shù)碼顯示子程序以及報警控制子程序等部分。在工作開始時，整個系統(tǒng)是處于初始化狀態(tài)，然后在安全數(shù)值設(shè)置好后開始工作。

4 結(jié)語

本設(shè)計是利用單片機(jī)控制電路來控制人眼到電子屏幕的距離以及電子設(shè)備的使用時長，并通過燈光及蜂鳴叫聲來提醒用戶合理使用電子設(shè)備，這在緩解用戶眼睛疲勞，預(yù)防青少年近視，保護(hù)兒童視力等方面具有顯著效果。與此同時，這種自動控制系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命較長、安全可靠、造價低廉等優(yōu)點(diǎn)，完全符合現(xiàn)代市場的需求，具有巨大的市場前景。

參考文獻(xiàn)

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