趙星，肖東岳

（南陽理工學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院，河南南陽，473004）

0 引言

青少年近視成為社會(huì)的一個(gè)普遍現(xiàn)象。因而，需要有一個(gè)視力保護(hù)裝置，來提醒人們注意用眼習(xí)慣?，F(xiàn)如今市場(chǎng)上的視力保護(hù)儀產(chǎn)品功效比較單一，而且使用不方便。本文利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一款使用方便、具有多重選擇功能的視力保護(hù)儀來保護(hù)學(xué)生視力。

1 總體方案設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)以單片機(jī)為中心,利用光敏電阻感應(yīng)光線強(qiáng)度，經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換芯片將感應(yīng)到的光強(qiáng)度值進(jìn)行等級(jí)劃化；利用超聲波模塊與單片機(jī)之間的中斷；通過單片機(jī)自身所帶的定時(shí)器對(duì)學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)；通過顯示屏顯示各模塊參數(shù)；通過按鍵進(jìn)行功能選擇系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體方案框圖

2 系統(tǒng)各單元硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)選型

單片機(jī)作為該設(shè)計(jì)的中心模塊，其作用在于完成系統(tǒng)的主動(dòng)報(bào)警和語音提示功能，解決超聲波模塊檢測(cè)到的距離信息，將光敏電阻檢測(cè)到的光線信號(hào)作以處理。本系統(tǒng)選用性價(jià)比較高的STC89C52 單片機(jī)作為整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心。

2.2 光強(qiáng)度檢測(cè)模塊

系統(tǒng)中采用光敏電阻對(duì)光信號(hào)進(jìn)行采集，光線的強(qiáng)弱能直觀的體現(xiàn)在光敏電阻的阻值變化上，間接反映在體現(xiàn)了光敏電阻兩端電壓值的變化上，而后經(jīng)過單片機(jī)控制的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)光敏電阻兩端的電壓信號(hào)進(jìn)行采集，將其轉(zhuǎn)換后通過顯示屏顯示出光照強(qiáng)度大小。ADC0832 是可以同時(shí)進(jìn)行讀和寫的A/D 轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。該系統(tǒng)采用光敏電阻串聯(lián)一個(gè)色環(huán)電阻，其作用是為了限流電阻，防止光敏電阻的阻值變化時(shí)造成電壓波動(dòng)。

2.3 超聲波測(cè)距模塊

該裝置需要測(cè)量人臉和桌面的距離以此來確定坐姿，當(dāng)間隔低于設(shè)定值時(shí)就會(huì)發(fā)出語音提醒。超聲波因?yàn)榉较蛐詮?qiáng)，而且在空間中傳播的距離比較遠(yuǎn)，因而選用超聲波進(jìn)行距離檢測(cè)。HC-SRO4 超聲波模塊是一款非接觸式距離檢測(cè)模塊,其性能穩(wěn)定，可以檢測(cè)2cm 到450cm 的間隔，測(cè)量精度非常高。

2.4 語音提示模塊

語音提示模塊具有語音播報(bào)提示功能：當(dāng)視力保護(hù)器與人體距離小于設(shè)置距離時(shí)語音播報(bào)“距離近了，請(qǐng)坐直”，當(dāng)光強(qiáng)度值小于設(shè)置光強(qiáng)度值時(shí)語音播報(bào)“光線暗了，調(diào)亮些”，當(dāng)學(xué)習(xí)時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)語音播報(bào)“時(shí)間到了，休息一會(huì)兒”。WT588D 是一款具有單片機(jī)內(nèi)核的語音芯片，具有音質(zhì)較好，控制靈活的特點(diǎn)，更增加了可播放MIDI 和弦功能，性能更好。揚(yáng)聲器將檢測(cè)到的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲音信號(hào)的一款元器件，通過揚(yáng)聲器與語音芯片的連接，將聲音傳播出來。

2.5 顯示模塊

LCD1602 液晶顯示屏能夠同時(shí)顯示32 個(gè)字符，字跡清晰，比較方便，且容易控制，成本較低。因此，本設(shè)計(jì)用LCD1602 液晶進(jìn)行顯示所需數(shù)據(jù)。

2.6 按鍵電路

系統(tǒng)采用4 個(gè)按鍵來設(shè)定參數(shù)，S2 鍵按下開始學(xué)習(xí)，當(dāng)S2 鍵按下時(shí)S3 鍵按下可中止學(xué)習(xí)或者當(dāng)S5 鍵按下時(shí)按其可以調(diào)節(jié)參數(shù)減少，當(dāng)S3 鍵按下時(shí)可按S4 鍵繼續(xù)學(xué)習(xí)或者當(dāng)按下S5 鍵時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)增加,S5 設(shè)置鍵，用以設(shè)置光照強(qiáng)度報(bào)警值和人與桌面距離的報(bào)警值。

3 系統(tǒng)各單元軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

圖2 主程序設(shè)計(jì)流程圖

程序執(zhí)行時(shí)，首先將數(shù)據(jù)初始化，然后按照各個(gè)模塊所能實(shí)現(xiàn)的具體功能進(jìn)行各個(gè)子程序的設(shè)計(jì)，最后依次將設(shè)計(jì)的子程序合并入主程序當(dāng)中，這樣編程邏輯清晰，防止出現(xiàn)問題，無從下手。系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2 所示。

3.2 光照檢測(cè)程序

本設(shè)計(jì)通過光線變化而使光敏電阻電阻值產(chǎn)生變化，從而得出光敏電阻兩端電壓值通過ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將檢測(cè)到的模擬量電壓值換算成數(shù)字信號(hào)輸出給STC89C52。判斷當(dāng)前環(huán)境下的光強(qiáng)度值是否符合經(jīng)換算后設(shè)置的光強(qiáng)度值，若檢測(cè)值低于設(shè)置值將發(fā)出語音提示，提醒使用者調(diào)整光照強(qiáng)度，從而愛護(hù)眼睛。其程序流程圖如圖3 所示。

圖3 光照檢測(cè)電路流程圖

3.3 超聲波測(cè)距程序

系統(tǒng)開始工作并對(duì)超聲波測(cè)距模塊進(jìn)行程序初始化，然后利用超聲波發(fā)射的時(shí)間以及信號(hào)返回的時(shí)間差計(jì)算檢測(cè)距離。如若檢測(cè)到使用者與桌面的間距小于15cm，則發(fā)出語音提示“距離近了，請(qǐng)坐直”，提醒使用者注意與桌面的距離，坐直身體。如果沒有檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則表示此次測(cè)距不成功，返回程序，繼續(xù)發(fā)射超聲波信號(hào)，進(jìn)行距離測(cè)量。超聲波測(cè)距子程序流程圖如圖4 所示。

圖4 超聲波測(cè)距流程圖

3.4 定時(shí)程序

定時(shí)子程序是對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)，在使用定時(shí)器之前必須對(duì)其進(jìn)行初始化編程操作。單片機(jī)定時(shí)器的初始化在主函數(shù)進(jìn)行，編程需要以下幾個(gè)步驟：

第1 步：設(shè)置TMOD。本設(shè)計(jì)使用的是定時(shí)器T1，而且選取工作模式1 進(jìn)行工作定時(shí)，因此TMOD=0x11；

第2 步：設(shè)置定時(shí)器的計(jì)數(shù)初值。TH1=0xD8,TL1=0xF0；

第3 步：設(shè)置TCON。啟動(dòng)定時(shí)器，TR1=0；

第4 步：設(shè)置中斷允許寄存器IE。EA=1,ET1=1。

定時(shí)程序流程圖如圖5 所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試

把用keil4 編寫好的程序下載燒錄到到單片機(jī)后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行通電測(cè)試。

圖5 定時(shí)子程序流程圖

按下系統(tǒng)開始工作鍵，即電路板上的第一個(gè)按鍵，系統(tǒng)開始進(jìn)行工作。當(dāng)檢測(cè)到與桌面距離過近時(shí)或光照強(qiáng)度值為30%或計(jì)時(shí)結(jié)束，系統(tǒng)均能發(fā)出提醒語音。

5 結(jié)論

本文以STC89C52 單片機(jī)為處理器設(shè)計(jì)一款視力保護(hù)儀。該儀器不僅可以提醒用戶調(diào)整坐姿；而且可以感應(yīng)光線強(qiáng)弱，讓用戶在合適的光線下進(jìn)行學(xué)習(xí)；液晶顯示屏顯示各模塊參數(shù)，讓用戶更加直觀的了解參數(shù)，方便進(jìn)行調(diào)整。本設(shè)計(jì)尚存在一定的不足需要解決，比如：視力保護(hù)器可以通過藍(lán)牙模塊與手機(jī)進(jìn)行連接，便于家長(zhǎng)的監(jiān)督等等。